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新型小型化超寬帶功率分配器的設計
來源:電子技術應用2011年第11期
范海軍, 周希朗
(上海交通大學 射頻與微波技術研究中心, 上海200240)
摘要: 利用四分之三波長折疊微帶線與四分之一波長微帶線級聯,并在輸入端口引入四分之一波長短路線,設計出一種新型的超寬帶功率分配器。采用奇偶模的方法進行理論分析,導出設計參數方程,并通過HFSS進行仿真優化。仿真和測量結果表明, 輸入回波損耗從3 GHz~10.9 GHz均大于10 dB。插入損耗從2.6 GHz~9.5 GHz均小于1 dB,從9.5 GHz~10.8 GHz均小于1.3 dB。輸出端口的回波損耗和隔離度從3 GHz~12.7 GHz均大于10 dB。高頻的帶外抑制在14.2 GHz時達到20 dB。
中圖分類號: TN626
文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2011)11-0125-03
Design of a novel compact ultra-wideband power divider
Fan Haijun, Zhou Xilang
Center for Microwave and RF Technologies,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240, China
Abstract: The design of a novel Wilkinson power divider for ultra-wideband(UWB) operation is presented. This structure is formed by a three-quarter-wavelength folded microstrip line segment connected a quarter-wavelength section and a short-circuited stub introduced at the input port. Closed-form design equations are derived based on the even-mode and odd-mode analysis. The measured results show the input return loss is greater than 10 dB from 3 GHz to 10.9 GHz, while the insertion loss is less than 1 dB from 2.6 GHz to 9.5 GHz, less than 1.3 dB from 9.5 GHz to 10.8 GHz, and the out-of-band rejection level is more than 20 dB at 14.2 GHz. The output return loss and the isolation between the port 2 and port 3 are all greater than 10 dB from 3 GHz to 12.7 GHz.
Key words : UWB;power divider;even-mode and odd-mode decomposition method


   自從2002年美國通信委員會批準超寬帶商用以來,各種超寬帶器件的研究逐漸增加[1-4]。超寬帶功率分配器作為建立超寬帶電路和系統不可或缺的器件,其發展也非常重要。但關于超寬帶功率分配器的文獻并不多。參考文獻[5]通過級聯多級威爾金森功率分配器來實現超寬帶的目的,但結構尺寸太大且需要更多的電阻。參考文獻[6]采用一對階躍阻抗開路線和一對平行耦合線設計超寬帶功率分配器,具有很好的帶外抑制以及很好的隔離度,但在高頻時插入損耗較大。參考文獻[7]中提出用多層的槽線實現超寬帶功率分配器,具有很好的帶通性能,但不易加工制作。參考文獻[8]使用微帶線與槽線形成T-型結構,在超寬帶的頻率范圍內形成異相信號的功率分配器。
    本文利用四分之三波長折疊微帶線與四分之一波長微帶線級聯,并在輸入端口引入四分之一波長短路線,設計出一種新型的超寬帶功率分配器。通過在輸入端口引入四分之一波長短路線,可以有效地增加帶內傳輸極點。運用奇偶模的分析方法進行理論分析,導出相應的設計公式。然后通過HFSS仿真并進行優化,加工成實物進行測試。測試結果顯示該結構在超寬帶頻帶內具有很好的匹配性能和隔離度,且與仿真結果相符。
1 設計原理
    超寬帶功率分配器的結構如圖1所示。由于結構對稱性,可以采用奇偶模的分析方法對其進行理論分析。




2 仿真及測試結果

 


    本文采用的是介電常數為2.65、厚度為0.8 mm的介質。由前面的分析可得到結構初始尺寸,并通過HFSS進行仿真優化,得到最終的尺寸:W0=2.2 mm,W1=0.7 mm,W2=0.2 mm,W3=1 mm,L1=6.7 mm,L2=5.8 mm,L3=5.7 mm,L4=9.6 mm,L5=3.5 mm,d=3 mm,S=2.2 mm,R1=43 Ω,R2=130 Ω。

參考文獻
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[8] BIALKOWSKI M E, ABBOSH A M. Design of a compact UWB out-of-phase power divider[J]. IEEE Microwave and  Wireless Components Letters, 2007, 17(4): 289-291.

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