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1、麟瓤潦麟辩电子测量技术E I 。E C T R ( ) N I CM E A S U R E M E N TT E ( ：H N O L O G Y第3 1 卷第1 期2 0 0 8 年1 月一种使用集总参数元件实现的一分四功率分配器徐敏贾建华( 同济大学电子与信息工程学院上海2 0 1 8 0 4 )摘要：功率分配是一种常用的无源器件，随着通信设备小型化的要求越来越高，无源器件的体积成为其发展瓶颈。本文基于W i l k i n s o n 功率分配器的结构，采用集中参数元件和电容负载法，设计了一种新型的分四功率分配器，有效减少了电路尺寸。此功率分配器4 端口输出，将输入功率进行4 等分。使
2、用A D S 软件进行仿真，采用非理想元件，减小体积的情况下，由于电路的偶合效应致使性能略有下降。但是有限的带宽仍然是一个有待解决的问题。关键词：集总参数；功率分配器；微带传输线；A D s中图分类号：T N 7 3文献标识码：AA n a l y s i sa n dd e s i g n0 f1 ：4p o w e rd i V i d e r su s i n gt h el u m p e d _ e l e m e n tt r a n s m i s s i o nl i n e sX uM i nJ i aJ i a n h u 8( C o l l e g eo fE l e
3、c t r o n i ca n dI n f o 咖a t i o nE n g i n e e r i n g ，1 b n 萄iU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 0 3 3 1 )A b s t r a c t ：P o w e rd i v i d e ri sag e n e r a lp a s s i v ec o m p o n e n t W i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nd e v i c e s ，i ti sn e c e s s a r
4、 yt ou s ec o m p o n e n t si ns 1 1 1 a l l e rs i z e ，w h i c hi st h eb o t t l e n e c ki nt h i sf i e l d T h i sp a p e rp r e s e n t st h ed e s i g no fa1 ：4p o w e rd i v i d e rb a s e do nW i l k i n s o np o w e rs p l i t t e r sw i t hl u m p e d _ e l e m e n ta n dc a p a c i t i
5、 v el o a d i n g I nt h i sw a y ，t h es i z eo ft h ec i r c u i t si sm i n i a t u r i z e d ，a n dt h ec o s ti nf a b r i c a t i o ni sl o lT h ed i v i d e rh a sf 6 u ro u t p u tp o r t s ，a n de a c hp o r tg e t sq u a r t e rp o w e rf r o mt h ei n p u tp o r t A tl a s t ，u s eA ) St
6、os i m u l a t et h ed e s i g nC o n s i d e r i n gt h ec o u p l i n ge f f e c t ，p e r f o r n l a n c ed e s c e n d sa1 i t t l e T h i sp a p e ra I s od i s c u s s e st h er e s u l t sa n ds u g g e s t i o n s T h el i m i t e db a n d w i d t hi sa l s oa ne x i t i n gp r o b l e 札K e
7、”m r d s ：l u m p e de l e m e n t s ；p o w e rd i v i d e r ；m i c m s t r i pt r a n s m i s s i o nl i n e s ；A D SO 引言1 理论分析与设计微波系统中，功率分配器( 功分器) ，是一种常用的无源器件。在平衡放大器，高功率传输器，以及阵列天线反馈网络中有着广泛的应用。功率分配器通常主要由一个设计在中心频率处的1 4 阻抗变换器构成。但是随着M I C 的普遍应用，传输线的尺寸就显得过于庞大，特别是频率低于1 0G H z 。比如特性阻抗Z 0 7 0 7Q ，在F R 一4基
8、板( ，一4 3 ， 一1 om m ) 上，厂o = 1G H z 时长度约为4 3m m 。为此研究者们探索出新的办法，如用集总参数元件实现的T 型或兀型L C 网络，来等效斯1 4 波长阻抗变换器 1 ，负载电容法 2 ，以及分布一集总结构 3 3 等。由此可以大大减小电路尺寸，降低制造成本。目前已有很多基于传统w i l k i n s o n 结构对功率分配器进行小型化设计。一分四功率分配器却很少。本文设计一个中心频率在9 0 0M H z 的一分四功率分配器。并在A D S 软件中仿真，然后对其性能进行讨论。电长度为曰，特征阻抗为Z 【的传输线，其等效的低通丌网络如图1 所示。 为
9、中心频率，电容和电感的值由公式( 1 3 ) 计算得到1 | 。图l 等效a 低通兀网络k ：L 一互s i 胡OG c ，一c z = 去与笋( 1 )( 2 )6 9 万方数据万方数据 第3 1 卷电子测量技术Z 一蜂( 3 )“一s i 胡”7此网络仅在中心频率处完全等效传输线，但是在适度的性能允许下仍近似等效。电容负载法( 如图2 ) ，其中各端口端接阻抗，传输线特征阻抗为Z o 一5 0Q ，长度为Z c ( 电长度A 8 ) ( 电长度口一4 5 。) 。将图2 中的传输线用集总参数元件网络等效。图2 电容负载法电路图p o n 2p o r t 3根据引言中的介绍，8 0 0M
10、H z 1G H z 频段传输线太庞大，使用低通兀网络等效入8 传输线。由于平面型微波集成电路的制造工艺，致使在一个平面上放置多个隔离电阻有困难，所以采用2 个一分二的级联形式，来实现一分四的功能，结构如图3 所示，各元件值如表1 。这样既改善了输出端口的匹配，又增大了输出端之间的隔离。使用A D S 仿真，得到图4 所示的结果。表l 各元件值图3 一分四电路图在o 8 1 oG H z 范围内，回波损耗均小于一2 0d B 。优于一2 5d B 的隔离度占整个带宽的5 0 。插入损耗接近理想值一6d B 。7 0 罩_ JC宴七鬟Sf r e o G H z( a ) 回波损耗和隔离度( b
11、 ) 插入损耗图4 仿真结果2 实践设计与分析中心频率厂。一9 0 0M H z ，在A D S 中采用商用器件，电容，电感，隔离电阻分别采用标准0 6 0 3 一S M T 薄覆膜电容( t h i nf i l mc a p a c i t o r ) ，微带螺旋电感( m i c r os t r i pr o u n ds p i r a l i n d u c t o r ) ，和S M T 薄覆膜电阻( t h i nf i l mr e s i s t o r ) 。基板的参数为，H 一1 0m i l ，丁一o 1 5 0m i l 。仿真结果如图5 所示。f k a G H
12、z( a ) 回波损耗和隔离度( b ) 插入损耗图5 仿真结果C一亍+ 山 万方数据万方数据 徐敏等：一种使用集总参数元件实现的一分四功率分配器第1 期在0 8 1 oG H z 范围内，回波损耗明显恶化，隔离度优于一2 0d B 仅占带宽的5 0 。这是因为采用了一系列非理想元件。在仿真过程中发现，电路之间的耦合效应使电路特性发生漂移和退化。随着频率增大，越来越接近电感谐振频率，致使在匹配上有偏差，同时插入损耗恶化，最小误差为o 3 2d B 。另外采用低Q 值的螺旋电感，导致带宽有限。若使用高Q 值的电感，增大了电感线圈直径，中心频率有所下降，但同时增大了电路尺寸。3 结论采用集总参数元
13、件实现传输线，大大减小了电路尺寸，在M I C 制造中节约成本，同时这也是功率分配器制造的关键所在。一分四的对称结构，保证了输出端口的零相位差。但是带宽十分有限，这是一个有待解决的问题。参考文献 1 N O R I E G AF ，( X ) N Z A L E sPJ D e s i g n i n gL cw i l k i n s o np o w e rs p l i t t e r s J R FD e s i g n ，2 0 0 2 ，2 5 ( 8 ) ：1 8 2 4 2 P I E R N A sB ，H I R A T AM E n h a n c e dm i n i
14、a t u r i z e dw 订k i n s o np o w e rd i v i d e r J I E E EM 1 7 r - sI n t ，2 0 0 3 ，2 ：3 8 3 S I R I P ( ) NN ，R O B E R s ，r 0 ND ：D e s i g na n dp e r f o m a n c eo “m p r o v e d1 u m p e 小d i s t r i b u t e dw i l k i n s o n- 。p + ”一r 。( 上接第5 5 页)( 4 ) 无线报警发射距离：1 0 0m ( 空旷地) 。( 5 ) 无线接收距
15、离：5 0m ( 空旷地) 。设计时，为了降低系统功耗，减小了接收电路的工作电流，所以接收距离相对于一般的超再生接收模块要近。但考虑到用户一般是在室内使用遥控器，这个距离是可以接受的。5 结论本设计根据实际应用的需要，利用P I C 单片机、无线收发技术和热释电红外传感器设计的被动式红外报警系统具有结构简单、性能可靠、功耗低等优点，实现了开关设防与遥控设防兼容，现场报警与无线报警兼容。经过多次测试该系统工作稳定。参考文献 1 郭宏，朱吴，周锴，等红外节水器 J 电子测量技术，2 0 0 5 ( 2 ) ：1 9 2 1 2 毛献辉，郭宏，朱吴，等智能化红外感应控制系统 J 电子测量技术，2 0
16、 0 5 ( 2 ) ：4 5 4 9 3 马长坤，李文元，腾用兴完全可配置模拟器件在热释d i v i d e rt o p 0 1 0 9 y J I E E E ，2 0 0 1 ，3 7 ( 8 ) ：5 0 1 5 0 3 I 。I 肪W I N GR ，B R E T C H K ( ) 射频电路设计一理论与应用 M 北京：电子工业出版社，2 0 0 2 K U Y L E N S I T I E R N AD I 。u m p e d e l e m e n tq u a d r t u r ep o w e rs p l i t t e r su s i n gm i x e
17、dr i g h t l e f t h a n d e dt r a n s m i s s i o n1 i n e s J I E E ET r a n s a c t i o no nM i c r O w a v eT h e o r ya n dT e c h n i q u e s ，2 0 0 5 ，5 3 ( 8 ) ：2 6 1 6 2 6 2 1 N A G IHS M i n i a t u r el u m D e de l e m e n t18 0W i l k i n s o nd i v i d e r J I E E EM T T SI n t M i c
18、r o w a v eS y m p D i g ，2 0 0 3 ：5 5 5 8 K ( ) P PBA s y I n m e t r i cl u m p e de l e m e n t e dw m n s i o np o w e rs p l i t t e r s J 1 9 8 9I E E EM I T S ，1 9 8 9 ：3 3 3 3 3 6 P A R I S Is 1 8 0l u m p e dE l e m e n tH y b r i d J I E E EM I T S ，1 9 8 9 ：1 2 4 3 1 2 4 6 作者简介徐敏，同济大学电子与信
19、息工程学院通信与信息系统专业，硕士研究生，主要从事微波无源器件和射频电路设计的研究。贾建华，同济大学信息与通信系副教授，硕士生导师，主要从事微波射频电路与系统，数字信号处理的研究与开发。电系统中应用口 电子测量技术，2 0 0 5 ( 4 ) ：8 0 一8 1 4 孔凡国，伍康敏基于热释电红外传感器的多点监测防盗系统设计 J 测控技术，2 0 0 6 ，2 5 ( 7 ) ：7 3 7 6 5 周高杯，戴瑜兴，阎博文智能无线防盗系统的设计口 单片机与嵌入式系统应用，2 0 0 4 ( 7 ) ：3 1 3 4 6 李学海P I C 单片机原理 M 北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 4 7 何希才传感器及其应用电路 M j E 京：电子工业出版社，2 0 0 1 r 8 P I C l 6 F 7 2d a t a s h e e t M I C R O C H I PC r o 2 0 0 2 作者简介杨波，男，1 9 7 6 年出生，安徽蚌埠人，硕士研究生，主要研究方向为单片机与嵌入式系统技术。E m a i l ：d n L y b 2 1 6 3 c o m张兴敢，男，1 9 5 6 年出生，江苏盐城人，教授，博士，主要研究方向为雷达信号处理，目标识别等。7 1西邸口 万方数据万方数据