本文介紹了λ/4階梯阻抗變換實現寬帶功分器方法。設計了6-18GHz一分二帶狀線功分器，2-18GHz一分二帶狀線功分器，6-18GHz一分四帶狀線功分器，仿真結果和測試結果有很好的一致性，表明設計是成功的。該產品性能完全達到了國外Elisra公司先進水平。

1 引言

功率分配器是將輸入功率分成相等或不相等的幾路功率輸出的一種多端口微波網絡，它在系統中起著信號分配或合成的作用，廣泛應用于天線的饋電系統中。

2 理論分析

拓寬功分器帶寬常用的方法是多節階梯阻抗變換，也可用漸變線阻抗變換。在多節階梯阻抗變換器中，各阻抗階梯所產生的反射波彼此抵消，于是匹配的頻帶得以展寬。多節階梯阻抗變換器中最常用的是每節長為四分之一波長的變換器。

N節2路寬頻帶功分器的結構如圖1所示。

圖1 N節2路寬頻帶功分器結構圖

3 電路設計

本文設計了三種寬帶帶狀線功分器，功分器的主要指標如表1所示。

表1 功分器的指標要求

在我們要求的三種不同的功分器中，頻帶為6-18GHz的功分器倍頻程為3，頻帶為2-18GHz的功分器的倍頻程為9。以下為6-18GHz一分二帶狀線功分器設計的過程：

（1）查表得到功分器各節歸一化阻抗值和隔離電阻值為： Z1=1.1497，Z2 =1.4142，Z3=1.7396；R1=8.0000，R2=4.2282，R3=2.1436。

（2）電路中采用Rogers RT/Duriod 5880作為帶狀線的介質板，介電常數為2.2。先用Agilent ADS中的LineCalc工具計算各段金屬帶線初始尺寸，得到各段帶線寬度為：W0=1.25mm，W1=1mm，W2=0.68mm，W3=0.44mm；1/4波長阻抗線長度為4.2mm，以此作為初值。

（3）采用三維電磁仿真軟件Ansoft HFSS對功分器進行仿真，如圖2所示，并對參數進行了優化設計。功分器的插入損耗、端口駐波比和隔離度仿真結果見圖3、圖4和圖5。

圖2 帶狀線功分器仿真模型

圖3 6-18GHz一分二功分器插入損耗

圖4 6-18GHz一分二功分器端口駐波比

圖5 6-18GHz一分二功分器隔離度

4 測試結果

按照上面的理論分析結合仿真結果，試制了6-18GHz一分二功分器、2-18GHz一分二功分器、6-18GHz一分四功分器等三種寬帶帶狀線功分器，使用Agilent公司的矢量網絡分析儀測試，其測試結果見圖6、圖7和圖8。

圖6 6-18GHz一分二功分器測試結果

圖7 2-18GHz一分二功分器測試結果

可以看出，仿真結果和測試結果變化趨勢相同但在某些頻帶內稍有偏差，造成誤差的主要原因可能有加工誤差、裝配和接地不良等因素。但功分器的整體性能良好，在要求的頻帶范圍內插入損耗、端口駐波比和隔離度等指標都滿足要求。

圖8 6-18GHz一分四功分器測試結果

5 結論

本文給出了多級阻抗級聯的寬帶帶狀線功分器準確設計方法，并在三維電磁仿真軟件HFSS下進行仿真和優化，最后對試制的三種功分器進行了測試，測試結果仿真結果有很好的一致性。該產品性能達到國外同類產品先進水平。利用三維電磁仿真軟件可以大大縮短研發周期，節約成本，有著很好的實用價值。

射頻通信高頻高速PCB Layout（包括普通PCB）設計外包，信號完整性仿真，Rogers/FR4 PCB加工，請聯系群主徐興福 15989459034（微信同號），射頻高速互連專家為您的產品保駕護航！