文/钟淑蓉

1 前言

随着现代电子和通信信息技术的飞速发展，信息交流越发频繁，各种各样的电子设备的功能已经影响到各个领域。而在微波系统中各种无源和有源器件对微波信号进行必要的处理和变换。其性能的好坏会影响到系统的正常工作,而功分器做为常见的微波无源器件,它是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口网络，广泛应用于雷达系统及天线的馈电系统中。

图1：一分二功分器等效电路

图2：一分三示意图

2 一种一分三功分器的设计

为了将功率按照一定的比例分成两路或者多路，需要使用功率分配器。功率分配器反过来则是将多路信号能量合成一路输出，此时也称为功率合成器。在现代无源器件中，微带功分器从质量以及重量上都日益重要。

本文的设计目的:其工作频带1.5GHz-2.5GHz，输出端口隔离度≤-20dB，输出端口≤-5.0 dB，电压驻波比≤1.5，

一分三的功分器的设计，传统上可以采用先用1:2 的不等分功分器，然后再将功率为2 份的这个分支进行等功分，这样设计的功分器也可以实现功率的等分配，但是由于不等分功分器两分支的输出差别较大，因此两只参与分功率的四分之一波长线的宽度差别较大，所以最后输出时，功率分配并不太均匀，同时其电压驻波比不满足设计要求。

图3：HFSS 中建模

图4：S12、S13、S14

图5：S23 S24 S34

图6：电压驻波比

因此本文在一分二的基础上之间使用一分三均匀对称的分布线使输出更加均匀，驻波比满足设计要求。因此我们首先介绍常见的一分二的模型原理。该类型的功分器可以实现任意功率比的分配，并且可以使用微带线或带状线来实现。

在现有的通信系统中，传输线的特性阻抗通常为为50Ω，而匹配电阻也为50Ω，即图1中R2=R3=50Ω。根据匹配原理，分支节点A 处的电阻ZinA=Zin2=Zin3=Z0=50Ω。因此功分器的结构是对称的，所以输入阻抗Zin2=Zin3=100Ω。Zin2、Zin3分别通过λ/4 阻抗变换段的阻抗变换作用来实现与终端电阻R2、R3的匹配。由传输线理论得：

三等分功分器初始值计算及原理如图2。

三等分功分器各端口特性如下：

（1）端口1 无反射

（2）端口2、3、4 输出电压相等且同相

（3）端口2、3、4 输出功率比值为任意指定值1/k2

由于在一分三的计算中，我们得到的四分之一波长线和负载50 欧的值差别较大，所以我们在实际操作中会在四分之一波长线和负载50 欧之间再增加一节匹配线，同时为了达到更好的隔离度，我们也在如图2的基础上增加两个隔离电阻，其电阻的值可以通过奇偶模分析得到。

在HFSS 中建模如图3所示,由设计可得,当选择相对介电常数为2.2,厚度为0.5mm的微带板时，R0=50Ω 时，W0=1.52mm，L0=28mm，R1=113Ω 时，W1=0.3mm，L1=27mm，R2=65Ω 时，W2=0.99mm，L2=28mm

在微带之间加上隔离电阻，并在输入输出端口加上激励，进行仿真可以得到三个输出端口的输出S12、S13、S14 在-5dB 左右，如图4所示。

其23、24、34 端口之间的隔离度，如图5所示，可以看到其隔离度大于-15dB，完全满足设计要求。

同时我们可以看到端口的电压驻波比如图6所示，电压驻波比小于1.5，完全满足设计要求

3 结语

由图我们可以看到，直接使用一分三的功率分配模式，并增加一节阻抗匹配线及隔离电阻，可以很好地实现功率的均匀分配，同时由于电路的对称性，不仅输出功率的值很均匀，而且其电压驻波比和隔离度都满足设计要求，在实际生产可以使用，但是其输出端的三根微带线的宽度很窄，因此对加工精度要求较高，如果加工精度不高的话，微带相互之间的耦合较大，输出端口的隔离度不满足要求，所以，在实际使用时，要提高加工的精度。