Ku波段一分八寬帶功分器開發及實現

楊星華

[摘要]利用Wilkinson功分器的工作原理，仿真設計了一款Ku波段1分8微帶線功分器，并通過產品實測驗證，該功分器在14～18GHz的范圍內性能優良，各端口匹配和幅相一致性良好，帶內起伏小，與仿真結果吻合較好。

[關鍵詞]Ku波段；寬帶功分器；一分八

功率分配器是將輸入信號功率分成相等或不相等的多路輸出的一種多端口微波網絡，廣泛運用在雷達、多路中繼通信機等微波射頻電路中。同時功率分配器也可以逆向用作功率合成器，所以也可稱為功率分配/合成器。在微波技術和制造工藝不斷發展的條件下，近年微帶功分器作為高頻段低功率的功率分配/合成器的主要形式廣泛應用。本文即在Ku波段支持下，研究可實現一分八功能的寬帶功分器。具體分析如下：

1背景分析

近年來有源相控雷達系統廣泛應用，同時隨雷達系統的工作頻率越來越高，陣列單元間距越來越小，微帶形式的功率分配/合成器是小型化微波模塊的首選設計方式。

由于微帶板材料在高頻段相對插損越來越高，所以在設計中需要通過仔細的理論分析和仿真計算預先優化好功率分配器性能，以降低后期制造和調試的難度。

對于微波模塊中使用的微帶功分器的主要要求是各端口駐波較小、各路插損較小、各路幅相一致性好、通道間隔離度好以及與設計一致的工作帶寬

2微帶功分器原理

一個二等分功分器如圖所示，其輸入線和輸出線特性阻抗都是ZO，輸入和輸出口之間的分支線特性阻抗為Z₁，線長為λ_g/4。

對功分/合成器的主要要求有：當（2）、（3）口接匹配負載時，在輸入的（1）口無反射，反之，對（2）、（3）口也如此。（2）、（3）兩輸出口功率按一定比例分配，以及（2）、（3）兩輸出口之間相互隔離。

從圖中可直接看出：由于（2）及（3）兩路結構上對稱，故功率是平分的。

跨接在A、B兩點上的電阻R是為了得到（2）（3）兩口之間相互隔離的作用。

由于單級變換的功分器無法達到Ku波段4GHz的帶寬要求，所以必須采取2級以上變換的功分器來實現，實際設計中我們采用2級功分器，采用的兩級隔離電阻分配方式為100Ω和260Ω。

3仿真設計

為驗證該設計實現方案的科學性，設計工作頻帶控制范圍為14～18GHz，微帶板材選用RT5880，介電常數2.2，采用威爾金森功分器兩級變換設計方式。仿真模型如下圖1所示。仿真結果如圖2～3所示。根據圖2～3：該功分器所對應的總口駐波小于1.22（-20dB），分口駐波小于1.1（-26.6dB）。隔離度小于-23.7dB，可滿足一分八功分器的設計標準。

對于加工出的產品進行了測試，在頻帶14～18GHz范圍，駐波小于1.37；中心頻點插入損耗小于2dB，帶內起伏±0.3dB；通道間隔離度小于-25dB，優于仿真結果。

實物包含了加工工藝的影響，包含了SMP連接器及轉接器的插入損耗，性能良好，實測的工作頻帶與理論值相吻合。

5結束語

本文通過以上分析，研究了一種基于威爾金森多級功分器理論的Ku波段的一分八寬帶功分器，該寬帶功分器在整個Ku波段中有良好的覆蓋效果（覆蓋區域為14GHz～18GHz），與設計非常吻合，同時可滿足寬帶功分一分八的要求。該功分器尺寸小重量輕具有良好的工程應用性，可以免調試量產使用，達到很好的預期效果。