新型小型化超宽带功率分配器的设计-AET-电子技术应用

新型小型化超宽带功率分配器的设计

来源：电子技术应用2011年第11期

范海军，周希朗

(上海交通大学射频与微波技术研究中心，上海200240)

摘要： 利用四分之三波长折叠微带线与四分之一波长微带线级联，并在输入端口引入四分之一波长短路线，设计出一种新型的超宽带功率分配器。采用奇偶模的方法进行理论分析，导出设计参数方程，并通过HFSS进行仿真优化。仿真和测量结果表明，输入回波损耗从3 GHz~10.9 GHz均大于10 dB。插入损耗从2.6 GHz~9.5 GHz均小于1 dB，从9.5 GHz~10.8 GHz均小于1.3 dB。输出端口的回波损耗和隔离度从3 GHz~12.7 GHz均大于10 dB。高频的带外抑制在14.2 GHz时达到20 dB。

关键词： 超宽带功率分配器奇偶模分解方法

中图分类号： TN626
文献标识码： A
文章编号： 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

   自从2002年美国通信委员会批准超宽带商用以来，各种超宽带器件的研究逐渐增加[1-4]。超宽带功率分配器作为建立超宽带电路和系统不可或缺的器件，其发展也非常重要。但关于超宽带功率分配器的文献并不多。参考文献[5]通过级联多级威尔金森功率分配器来实现超宽带的目的，但结构尺寸太大且需要更多的电阻。参考文献[6]采用一对阶跃阻抗开路线和一对平行耦合线设计超宽带功率分配器，具有很好的带外抑制以及很好的隔离度，但在高频时插入损耗较大。参考文献[7]中提出用多层的槽线实现超宽带功率分配器，具有很好的带通性能，但不易加工制作。参考文献[8]使用微带线与槽线形成T-型结构，在超宽带的频率范围内形成异相信号的功率分配器。
   本文利用四分之三波长折叠微带线与四分之一波长微带线级联，并在输入端口引入四分之一波长短路线，设计出一种新型的超宽带功率分配器。通过在输入端口引入四分之一波长短路线，可以有效地增加带内传输极点。运用奇偶模的分析方法进行理论分析，导出相应的设计公式。然后通过HFSS仿真并进行优化，加工成实物进行测试。测试结果显示该结构在超宽带频带内具有很好的匹配性能和隔离度，且与仿真结果相符。
1 设计原理
    超宽带功率分配器的结构如图1所示。由于结构对称性，可以采用奇偶模的分析方法对其进行理论分析。

2 仿真及测试结果

本文采用的是介电常数为2.65、厚度为0.8 mm的介质。由前面的分析可得到结构初始尺寸，并通过HFSS进行仿真优化,得到最终的尺寸：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。

参考文献
[1] Lin Wenjeng, Li Jianyi, Chen Lihshan, et al. Investigation in open circuit metal lines embedded in defected ground structure and its application to UWB filters[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters,2010,20(3):148-150.
[2] JANG J W, HWANG H Y. An improve band-rejection UWB antenna with resonant patches and a slot[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2009,8:299-302.
[3] Li Wentao, Shi Xiaowei, Hei Yongqiang.Novel planar UWB monopole antenna with triple band-notched characteristics[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2009(8):1094-1098.
[4] Hao Zhangcheng, Hong Jiasheng. Compact UWB filter with double notch-bands using multilayer LCP technology[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2009,19(8):500-502.
[5] WILKINSON E. An n-way hybrid power divider[J]. IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 1960,8(1):116-118.
[6] WONG S W, ZHU L. Ultra-wideband power divider with good in-band splitting and isolation Performances[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2008, 18(8):518-520.
[7] SONG K J, XUE Q. Novel ultra-wideband(UWB) multilayer slotline power divider with bandpass response[J].IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2010, 20(1):13-15.
[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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