1、毫米波功率分配器一、功分器簡介功率分配器簡稱功分器，基本功能是將輸入信號功率分成相等或不相等的幾路輸出，是一種多端口微波網(wǎng)絡，為無源器件，廣泛應用于現(xiàn)代通信領域。常見的功分器有微帶型、帶狀線型、波導型等。微帶線型功分器常用于工程實踐，尤以其中的Wilkinson功分器使用廣泛。毫米波頻段天線體積較小，傳統(tǒng)的直接饋電結(jié)構難以實現(xiàn)，這時候便需要設計制作毫米波功分饋電網(wǎng)絡來實現(xiàn)陣列的饋電。二、35GHz一分八功分器通過采用工字型及弧度設計的方式可以設計出工作在35GHz頻率下的一分八Wilkinson功率分配器。如下圖所示為一分二功分器的基本模型。整體設計上，通過圓弧減少反射，并對尖銳地方打孔，對變

2、量及弧的彎曲度不斷更正，將毫米波段的功分器設計的S11值降至-15dB以下。通過采用優(yōu)化變量的方法用HFSS進行仿真分析，在取定范圍內(nèi)選出最佳數(shù)值。模型中采用的圓弧方式，也可以在一定程度上擴展帶寬，但在功分八路情況下仍有帶寬變窄現(xiàn)象。該功分器所得S參數(shù)結(jié)果對于位于毫米波段的功分器研究具有較好的參考價值及應用前景。三、32GHz37GHz功分器設計設計功分器最常用的方法是采用樹狀結(jié)構，三等分功分器一般有3 種設計方法：第1種先把輸人信號分成2路，然后每路又分成2路。這種結(jié)構只有一種二等分功分器，設計和加工均較方便，但分路數(shù)需滿足N = 2 M。如要分成3路，則必須先分成4路，其中一路 用匹配負載

3、吸收。這種方法不但白白消耗了一路能量，而且由于其它路負載與吸收支路匹配負載并不 完全一樣，而其平分度也不是很理想。 第 2 種是可以先將輸入按 1:2不等分，然后再將初次分配后功率為2/3的一支再二等分，結(jié)構如下圖所示。這樣既可以三等分功率，又可以避免不必要的吸收。但在電路中，實現(xiàn)滿意的功串分配并非容易，而且三等分功分器其中一個支路線寬過細導致加工困難；此外這種三等分功分器占用尺寸較大，無法實現(xiàn)小型化。第三種采用對稱結(jié)構的直接三等分功分器設計，可以克服上述困難。因而它插損小，各端口匹配，各路間互相隔離度好，不平分度小。其模型如下圖所示。依照此模型所設計的功分器在32GHz37GHz頻段內(nèi)駐波比

4、小于1.5.，插損大于-6dB。而隔離度為-15dB以下。四、毫米波一分八等幅同相功分器和等幅移相功分器設計為了給毫米波相控陣進行饋電，分別仿真設計了毫米波頻段的等幅同相一分八功分器和等幅移相一分八功分器。該功分器計劃用同軸饋電，根實際所用的同軸進行建模。由于功分器采用的是帶線結(jié)構，因而需要對插入功分器內(nèi)芯的地方進行適當處理。為了方便焊接，需要將介質(zhì)基板和進行黏合的膠挖去一部分，預留足夠焊接焊錫的空間。為了準確的模擬焊錫，仿真模型中與功分器饋線相連的內(nèi)芯被一段用長方體金屬塊包裹，實現(xiàn)由原來與饋線的線接觸到現(xiàn)在面接觸的改進。饋線上方的介質(zhì)和金屬地被挖去后，這一段實際上變成了類似于微帶傳輸線的結(jié)構

5、，因此會在微帶轉(zhuǎn)變?yōu)閹Ь€的地方引入不連續(xù)性。為了盡量減小不連續(xù)性的影響，微帶線裝帶狀線的部分采用漸變結(jié)構。在傳輸線漸變轉(zhuǎn)換部分上方金屬地也添加了漸變結(jié)構，使得微帶線漸變?yōu)閹罹€傳輸。仿真表面該漸變結(jié)構效果良好，極大得抑制了駐波的惡化。雖然同軸饋電部分近似為微帶傳輸線結(jié)構，但也同樣需要在饋線兩邊打入金屬柱以防止諧振的產(chǎn)生而導致功分器性能的惡化。仿真結(jié)果表明該等幅同相功分器具有不錯的性能，帶內(nèi)輸出起伏在0.3dB以內(nèi)，不同端口的輸出差值在±0.05dB以內(nèi)，該功分器足以用于毫米波天線陣列的饋電。而對于移相功分器，為了實現(xiàn)輸出之間存在一定的相位差，一般會在一端的輸出添加一段額外長度的傳輸線

6、。由于多了一段傳輸線，不同級功分器之間的級聯(lián)將很容易產(chǎn)生匹配惡化，最為直接的表現(xiàn)便是輸出端幅度會有較大的起伏。各級功分器的匹配對于最終輸出的起伏程度有著較大的影響等幅移相一分八功分器結(jié)構及其性能參數(shù)如下圖所示。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)輸出幅度的起伏確實有所惡化，但被控制在了±0.5dB以內(nèi)，滿足了一定的設計要求。同時該功分器也有著不錯的輸入性能。五、2738 GHz 毫米波砷化鎵微帶功分器對微納結(jié)構中微帶線之間的耦合對功率分配器性能的影響進行了一定的研究，在減小耦合效應和減小功分器尺寸之間取得一個折中，設計了一款毫米波集成功分器。該功率分配器利用0.25um GaAs IPD工藝加工制作，裸片大小為 1100 um×840 um，并進行了片上測試。功分器結(jié)構如下圖所示：工作頻帶為 26.95 GHz 到37.95 GHz。端口 2 和 3的回波損耗小于-18.3dB，插入損耗小于0.4 dB。隔離度優(yōu)于15.8 dB。六、小結(jié)本文主要介紹了幾個工作在毫米波頻段的