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文 献 综 述 一、研究背景及意义 功率分配器是一种将输入信号的功率分成几路相同或不同的信号输出的多端口微波网络，广泛应用于雷达，多路中继通信机等器件的电路设计中。由于功率分配器也可以逆向使用，将多路输入信号合成为一路输出信号，所以也称为功率分配/合成器。 传统的功率分配器可以分为分支线定向耦合器、威尔金森功率分配器和双线二分线等类，分支线定向耦合器频带窄、输出损耗高，双线二分线虽然频带较宽但没有输出隔离。与前述两类功率分配器不同，威尔金森功率分配器的频带宽、输出损耗小、存在输出隔离且为同相位输出，具有比较明显的优势。威尔金森功率分配器，英文名为Wilkinson Power Divider，是一种特殊的三端口功率分配器，它可以实现端口全匹配和输出端口之间相互隔离，并在输出端与负载匹配时可以实现无耗传输，在射频领域有着广泛的应用，是微波电路和系统中最基本的元件之一。 二、技术发展历史 功率分配器是微波电路的基本元件之一，从上世纪70年代开始就在国外广泛使用，目前技术已经基本成熟。并且始终以威尔金森功率分配器作为主要结构。 最早的传统威尔金森功率分配器结构是在两个端口之间连一个电阻R来实现，不过只能在单一频率下作用，传输线就等于四分之一的波长，如果频率改变，而传输线长度不变，就不能再实现预想的功分结果。 但由于无线工业中的多波段微波器件和系统增多，人们对具有双波段或多波段工作能力的无源器件的需求越来越大，双频威尔金森功率分配器也就诞生了，并且根据实际需求的不同诞生了许多不同的种类，许多国内外学者都设计过新型双频威尔金森功率分配器，各有其优点。 目前国外生产这一类元器件的公司已经有很多，并且技术大都十分成熟，国内也有一些较大的公司在进行这方面研究。 |
三、课题实现方案
理想的威尔金森功率分配合成器应该将端口1的一路输入信号的功率平均分配到端口2和3两路输出，过程中损耗为0，也就是S21=S31=3dB，S11=S22=S33=S32=S23=0。
而双频威尔金森功率分配器需要设备在两种不同的频率下都可以实现上述效果。
为了实现这一目的，通常都是将两种频率之间的比值f2/f1作为已知量，根据这个数值设计电路传输线或者其它元器件的长度，阻抗，从而实现这个功能。
例如Kwok-Keung M. Cheng提出过一种新型双频威尔金森功率分配器的实现方法，这种方法仅基于传输线(除隔离电阻器外)。具有结构简单、损耗低(仅分布元件)和精确解(理想特性)的优点，该电路不仅具有良好的电气性能，而且具有较大的实用阻抗频带比。
第二种双频设计方法是由Myun-Joo Park ，Byungje Lee等人提出，它通过在传统的威尔金森功率分配器中部安装两个短传输线来实现的。它有着结构简单，适用于分布式电路实现的特点。
通过改变线路和短线的长度和阻抗，还可以选择工作频率的两个波段。除了一个与传统结构完全相同的电阻器之外，双频段工作不需要额外的集总元件。因此，该方案较传统的威尔金森功率分配器结构变化最小，适合于微波应用中的分布式电路实现。
此后，为了进一步简化设计，Myun-Joo Park又提出了另一种方案。这种方法采用耦合线作为实现双频工作的关键元件，提出并分析了适用于威尔金森功率分配器双频工作的两段级联耦合线结构。双波段工作完全由耦合线路参数控制，没有任何附加元件，如短线。这大大简化了整体功率分配器的结构。
它仅由两个串联的耦合线段和两个输出端口之间的集总电阻组成，远少于其它同类的结构。
两个耦合线路是这一结构的核心，功率分配器的双频特性仅由耦合线参数决定。集总电阻 r 用于功率分配器的匹配和隔离，不直接参与双频工作的控制，因为它在所有工作条件下都有一个固定值。
上述三种方法分别是基于传输线，基于短线和基于耦合线的双频威尔金森功率分配器结构，观察三种功率分配器的损耗，可以看出其各种损耗都非常小。
其中，基于短截线的结构S11，S22和S23都小于-20dB，基于传输线的结构的S11，S22和S23都小于-25dB，基于耦合线的结构的S11，S22和S23都小于-30dB，比较三种结构，显然基于耦合线的结构隔离性能最好。而且结构也更加简单。
但由于本次设计需要的频带比在2左右，基于耦合线的设计要求 在频带比较高时才有很好的效果，而基于短截线的设计频带比在1.7-2.5左右，符合设计要求，所以，本次设计应该采用基于短截线的方法，并在ADS软件上进行仿真，根据设计要求，重新算S11,S22,S23等数值，画出频率图，然后分析其结果，验证原本比较的可靠性，然后完成设计。
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