射频调频信号功分器仿真设计(附件)【字数：10951】
摘 要功率分配器又叫作功分器,当功分器被用于功率分配时,一个输入信号被分成两个或者多路比较小的功率信号。功率合成器与功率分配器属于交互结构。功分器可用于功率分配器和功率合成器的功率合成。在相控阵雷达,大功率器件等微波射频电路中，功分器有着广泛的应用[1]。现代社会电子和通信的发展对信息的交流交换起到了很大的推进作用，电子设备的飞速发展也在很大程度上改变了我们以前固有的生活方式。在微波通信领域,随着微波技术的发展,功分器作为一种重要的器件,其性能对系统的影响是非常重要的，是不可忽略的,因此它的发展技术也需要不断的改进[3]。本文简要的介绍了功分器的基本原理和性能指标,然后给出了具体的一分四功分器的设计思想和工艺过程,并且给出了电路结构、仿真结果和生成了相应的布置框图,最后进行布局。本文还用到了ADS和 AutoCAD,如何对功率分配器的具体电路结构进行建模，如何优化仿真和如何生成布局，在设计过程中都做出了相应的解释。
目 录
第一章 引言 1
1.1微波的概念及其应用 1
1.2微波的主要特性 2
1.3功分器 3
1.4设计内容 4
1.5本章小结 4
第二章 微带传输线理论 5
2.1微带线概述 5
2.2设计微带线各项参数 5
2.3四分之一波长阻抗变换 7
2.4本章小结 7
第三章 功分器的技术基础 8
3.1功分器的分类 8
3.2功分器的原理 8
3.3功率分配器技术指标 9
3.4本章小结 11
第四章 功分器的设计与仿真 12
4.1功分器的设计指标 12
4.2原理图的设计与仿真 13
4.3仿真结果 14
4.4实物测试 16
4.5本章小结 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
第一章 引言
1.1微波的概念及其应用
1.1.1微波的概念
微波是一种频率很高的电磁波,通常指的是300MHz到3000GHz *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
频率范围的无线电波,其波长范围从1毫米到1000毫米,分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波。微波频率高于普通无线电波频率,也被称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波，也具有波粒二象性。微波的基本特性通常具有三个特点：穿透、反射和吸收。对于玻璃、塑料和瓷器来说,微波几乎是通过而不是被吸收。对于水和食物等，就会吸收微波而使其变热。而对金属类来说,它会反射微波。从电子学和物理学的角度来看,微波的电磁频谱与其他频段有一些不同的特点。电子学中微波的特点是它的波长远远小于地球上许多物体和实验室中常用的器件，或者相同数量级的波长。这和传统的普通无线电波不同,因为它们的波长远大于地球上普通物体的尺寸。当波长比物体(如飞机、轮船、火箭、建筑物等)的尺寸小得多的时候，微波的特性与几何光学相似。利用该特性，可以在微波波段制作高方向系统(如抛物面反射镜)。如果物体(例如实验室的一些无线电设备)的尺寸和波长处于基本相同的数量级时微波和声波具有基本相同的性质，例如，波导和声学的声音传输类似:喇叭天线和槽天线类似于扬声器、箫和笛:谐振腔和共鸣箱等相似。波长和物体的大小是相同的数量级，提供了一系列典型的电磁边界值问题[1]。
在通信和雷达工程中，拉丁字母常用来表示微波频带的名称，如表11所示。
表11 微波波段的代号及对应的频率范围
波段
频率范围/GHz
波段
频率范围/GHz
UHF
0.31.12
K
18.026.5
L
1.121.7
Ka
26.540.0
LS
1.72.6
Q
33.050.0
S
2.63.95
U
40.060.0
C
3.955.85
M
50.075.0
XC
5.858.2
E
60.090.0
X
8.212.4
F
90.0140.0
Ku
12.418.0
G
140.0220.0
R
220.0325.0
微波通常能由直流或50Hz的交流电通过特殊装置获得。有许多种设备可以生产微波，但主要分为两大类:半导体器件和电子真空器件。电子真空器件是电子在真空中输送一种可移动以完成能量转换的装置或电子管。在电子真空器件中有磁控管，多腔速调管，微波三、四极管，行波管等能产生高功率微波能量。磁控管和速调 管主要用于微波加热领域，特别是工业应用领域[2]。
1.1.2微波的应用
基于微波的一些特性，我们可以得到一些简单的应用:
（1）电视和广播。由于无线电台数量的增加，无线电波段的拥挤程度越来越大，广播电台之间的干扰越来越严重。唯一的解决办法是转向高频。微波的频带比长波，中波，短波和超短波的总和宽约一万倍。采用微波传输多路广播电视信号。
（2）通信。中继通信一般采用厘米波，其他微波散射通信和卫星通信正在迅速发展。 微波通信在某种角度上讲属于空中微波中继通信。
（3）雷达和导航。现代雷达分很多类型，每种都是针对特定的需求而设计都拥有各自的特性，性能也在不断提高。除军用雷达外，还研制了多种民用雷达，如导航雷达、气象雷达、防盗雷达、汽车防撞雷达等。
（4）微波加热。微波加热是指吸收微波能量并将其转化为一些消耗介质中的热能，特别是在水或脂肪材料中。它具有加热均匀，内外热量相同，热效率高，无传热过程，加热时间短，易于自动控制和连续生产的优点。
（5）医学。热疗在医疗中的应用，除微波理疗机进行热处理外，还利用微波局部加热杀死癌细胞。
（6）能源。电离层的微波穿透可以用来将卫星上产生的电能传输到地面[1]。
1.2微波的主要特性
微波波段有着其他波段不同的显著特性，主要表现在以下几方面。
(1)信息性。微波频段所能获取的信息量非常庞大，就算是相对带宽小的也会有较为可观的可用频带。可以达到数百甚至数千兆赫。因此，包括卫星通信系统在内绝大部分通信系统工作状态都是处于微波频段的。而且，微波信号还能给与许多其他的关于极化、相位以及多普勒频率的信息，这在目标检测、遥感、目标特征分析等方面具有重要意义。
(2)穿透性。当微波照射到一个介质物体上时,可以渗透到该物体內部的特性称为穿透性。例如，微波是唯一可以穿透电离层的电磁波（除了光波）。从而成为人类外太空的“宇宙窗”，微波能穿透生物体,成为医疗热疗的重要手段，毫米波也能穿透等离子体,是远程导弹和航天器通信和终端制导的重要方法。
目 录
第一章 引言 1
1.1微波的概念及其应用 1
1.2微波的主要特性 2
1.3功分器 3
1.4设计内容 4
1.5本章小结 4
第二章 微带传输线理论 5
2.1微带线概述 5
2.2设计微带线各项参数 5
2.3四分之一波长阻抗变换 7
2.4本章小结 7
第三章 功分器的技术基础 8
3.1功分器的分类 8
3.2功分器的原理 8
3.3功率分配器技术指标 9
3.4本章小结 11
第四章 功分器的设计与仿真 12
4.1功分器的设计指标 12
4.2原理图的设计与仿真 13
4.3仿真结果 14
4.4实物测试 16
4.5本章小结 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
第一章 引言
1.1微波的概念及其应用
1.1.1微波的概念
微波是一种频率很高的电磁波,通常指的是300MHz到3000GHz *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
频率范围的无线电波,其波长范围从1毫米到1000毫米,分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波。微波频率高于普通无线电波频率,也被称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波，也具有波粒二象性。微波的基本特性通常具有三个特点：穿透、反射和吸收。对于玻璃、塑料和瓷器来说,微波几乎是通过而不是被吸收。对于水和食物等，就会吸收微波而使其变热。而对金属类来说,它会反射微波。从电子学和物理学的角度来看,微波的电磁频谱与其他频段有一些不同的特点。电子学中微波的特点是它的波长远远小于地球上许多物体和实验室中常用的器件，或者相同数量级的波长。这和传统的普通无线电波不同,因为它们的波长远大于地球上普通物体的尺寸。当波长比物体(如飞机、轮船、火箭、建筑物等)的尺寸小得多的时候，微波的特性与几何光学相似。利用该特性，可以在微波波段制作高方向系统(如抛物面反射镜)。如果物体(例如实验室的一些无线电设备)的尺寸和波长处于基本相同的数量级时微波和声波具有基本相同的性质，例如，波导和声学的声音传输类似:喇叭天线和槽天线类似于扬声器、箫和笛:谐振腔和共鸣箱等相似。波长和物体的大小是相同的数量级，提供了一系列典型的电磁边界值问题[1]。
在通信和雷达工程中，拉丁字母常用来表示微波频带的名称，如表11所示。
表11 微波波段的代号及对应的频率范围
波段
频率范围/GHz
波段
频率范围/GHz
UHF
0.31.12
K
18.026.5
L
1.121.7
Ka
26.540.0
LS
1.72.6
Q
33.050.0
S
2.63.95
U
40.060.0
C
3.955.85
M
50.075.0
XC
5.858.2
E
60.090.0
X
8.212.4
F
90.0140.0
Ku
12.418.0
G
140.0220.0
R
220.0325.0
微波通常能由直流或50Hz的交流电通过特殊装置获得。有许多种设备可以生产微波，但主要分为两大类:半导体器件和电子真空器件。电子真空器件是电子在真空中输送一种可移动以完成能量转换的装置或电子管。在电子真空器件中有磁控管，多腔速调管，微波三、四极管，行波管等能产生高功率微波能量。磁控管和速调 管主要用于微波加热领域，特别是工业应用领域[2]。
1.1.2微波的应用
基于微波的一些特性，我们可以得到一些简单的应用:
（1）电视和广播。由于无线电台数量的增加，无线电波段的拥挤程度越来越大，广播电台之间的干扰越来越严重。唯一的解决办法是转向高频。微波的频带比长波，中波，短波和超短波的总和宽约一万倍。采用微波传输多路广播电视信号。
（2）通信。中继通信一般采用厘米波，其他微波散射通信和卫星通信正在迅速发展。 微波通信在某种角度上讲属于空中微波中继通信。
（3）雷达和导航。现代雷达分很多类型，每种都是针对特定的需求而设计都拥有各自的特性，性能也在不断提高。除军用雷达外，还研制了多种民用雷达，如导航雷达、气象雷达、防盗雷达、汽车防撞雷达等。
（4）微波加热。微波加热是指吸收微波能量并将其转化为一些消耗介质中的热能，特别是在水或脂肪材料中。它具有加热均匀，内外热量相同，热效率高，无传热过程，加热时间短，易于自动控制和连续生产的优点。
（5）医学。热疗在医疗中的应用，除微波理疗机进行热处理外，还利用微波局部加热杀死癌细胞。
（6）能源。电离层的微波穿透可以用来将卫星上产生的电能传输到地面[1]。
1.2微波的主要特性
微波波段有着其他波段不同的显著特性，主要表现在以下几方面。
(1)信息性。微波频段所能获取的信息量非常庞大，就算是相对带宽小的也会有较为可观的可用频带。可以达到数百甚至数千兆赫。因此，包括卫星通信系统在内绝大部分通信系统工作状态都是处于微波频段的。而且，微波信号还能给与许多其他的关于极化、相位以及多普勒频率的信息，这在目标检测、遥感、目标特征分析等方面具有重要意义。
(2)穿透性。当微波照射到一个介质物体上时,可以渗透到该物体內部的特性称为穿透性。例如，微波是唯一可以穿透电离层的电磁波（除了光波）。从而成为人类外太空的“宇宙窗”，微波能穿透生物体,成为医疗热疗的重要手段，毫米波也能穿透等离子体,是远程导弹和航天器通信和终端制导的重要方法。
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