改進型Wilkinson功分器的設(shè)計方案

0 引言

功分器是無線通信系統(tǒng)中的一種非常重要的微波無源器件，在天線陣饋電系統(tǒng)、功率放大器和 無線局域網(wǎng)中都有著廣泛的應(yīng)用。目前應(yīng)用最多的微波功率分配器多為威爾金森（Wilkinson）形式的功分器，其優(yōu)點在于設(shè)計方法較簡單、易于實現(xiàn)，輸 出端口可以實現(xiàn)較高隔離。近年來，功分器的研究已經(jīng)越來越成熟，也越來越深入在傳統(tǒng)Wilkinson功分器的輸出端添加短路枝節(jié)的方法實現(xiàn)了寬帶功分 器；文蘆狀的多節(jié)阻抗變換器Wilkinson 功分器結(jié)構(gòu)，顯著展寬了功分器的工作帶寬；一款平面結(jié)構(gòu)的新型雙頻功分器；直接多路輸出Wilkinson 功分器的計算公式，進一步完善了該功分器的設(shè)計指導(dǎo)。然而，當(dāng)工作頻率升高以后，制作器件的實際尺寸將會縮小，由于隔離電阻的存在，使得兩個輸出支路的電 路布局存在限制，尤其在不等功率分配，兩個輸出端口存在強烈互耦而惡化功分器的整體性能。設(shè)計了改良型的Wilkinson功分器，該功分器工作在無線局 域網(wǎng)S頻段2.4~2.483 5 GHz頻率范圍內(nèi)，從而增加了其實用價值。利用ADS 軟件進行了仿真設(shè)計，并進行了實物加工和測試。

1 功分器設(shè)計

對于基本的Wilkinson功分器，其輸入/輸出端口特性阻抗為Z0,兩段分支微帶線的電長度均 為λg 4 .實現(xiàn)等功分3 dB設(shè)計的Wilkinson功分器，基本原理與設(shè)計公式在參考文獻[7]中已經(jīng)做了詳細(xì)介紹，其電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。然而傳統(tǒng)的 Wilkinson功分器在工作于頻率較高的情況下，電路尺寸將會縮小，電路布局受到限制，并且兩輸出端口互耦嚴(yán)重進而影響其性能。

為了解決這些問題，本文通過在隔離電阻兩側(cè)和兩輸出支路上引入電長度180°（ λ 2）微帶傳輸線，將圖1所示的功分器結(jié)構(gòu)改進為圖2所示。

改進型Wilkinson 電路結(jié)構(gòu)，通過引入λ 2 長度的傳輸線后，大大提高了電路布局的靈活性。由傳輸線理論可知，中心頻率處隔離電路部分的矩陣A 為：

由矩陣A 可知，兩輸出支路之間的隔離電路部分仍等效為一個串聯(lián)電阻，兩段λ/2長度傳輸線的引入，不但沒有改變電路的性能，而且增加了兩輸出端口微帶線間的距離，從而減小了相互干擾。