双频段Gyl功分器设计
张漫;吴云飞;韩海生;赖署晨;崔永良
【摘 要】伴随着无线通讯技术的飞速发展,传统的wilkinson功分器在带宽、小型化以及双频段等方面已不能满足一些系统的设计要求.通过理论计算分析双频段微带线理论和工作方式,以及Gyl的工作原理,在此基础上结合Gyl功分器以及双频段微带结构,设计出一种新型双频段Gyl功分器.该双频段Gyl功分器主要工作在1.8 GHz和5.8 GHz两个频段.ADS仿真结果表明,该Gyl功分器在上述两个频段内的插损均小于3.45 dB,回波损耗小于-10 dB,隔离度大于等于10 dB,在中心频率为1.8 G Hz频段中,3 dB带宽为120 M Hz,而在高频段5.8 GHz中心频段中,3 dB带宽为100 MHz.
【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2019(033)001
【总页数】4页(P47-49,55)
【关键词】双频段;Gyl功分器;插损;回波损耗
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【作 者】张漫;吴云飞;韩海生;赖署晨;崔永良
【作者单位】佳木斯大学 理学院 ,黑龙江 佳木斯 154007;佳木斯大学 理学院 ,黑龙江 佳木斯 154007;佳木斯大学 理学院 ,黑龙江 佳木斯 154007;佳木斯大学 理学院 ,黑龙江 佳木斯 154007;佳木斯十九中学 ,黑龙江 佳木斯 154007
【正文语种】中 文
【中图分类】O157.5
随着无线通信的持续发展，需要更加紧凑的、更宽的带宽，满足多频段同时工作的功分器器件。Wilkinson功分器[1]具有低插损、高隔离以及所有端口匹配的特性，适用于双频段[2-4]以及超宽带[5]领域。一个显著的特征是Wilkinson功分器都具有一个未连接到地的内部隔离电阻。为了实现输出端口之间的高隔离度，这些隔离电阻应该满足零相位延迟。而且Wilkinson功分器目前对耗散在隔离电阻上的热耗处理也不是很好，这些缺点严重限制了Wilkinson功分器在大功率条件下的应用[1-5]。
图1 典型Gyl功分器拓扑
典型的Gyl功分器[6]如图1所示，其本身具有良好的散热能力，广泛地应用于诸如波束成型网络[7]和高功率放大器[8]等微波和毫米波电路中。在文献[9]中，通过在传统Gyl功率分配器中增加匹配网络，使得Gyl功分器实现了44.3%的相对带宽和15 dB的回波损耗。 通过对多级级联的Gyl功率分配器结构[10]的研究，证明多级级联Gyl功分器在相对带宽为62%时，仍然具有15 dB隔离度。通过使用优化算法[11]，文献[10]中的功分器扩展可以在任意功分比和任意端口匹配条件下进行设计。这些Gyl功分器进一步验证了Gyl可以满足高隔离度大带宽的需求。将交换结构应用于环形功率分配器中[12]可以提高器件的隔离度，而双频段应用则未被考虑。最近，额外带有分流短截线的双频带Gyl功率分配器在文献[13]中实现，其缺点是带宽有限。 测量结果表明，每个通带的15 dB回波损耗下隔离带宽仅为65 MHz。文献[14]在文献[13]的基础上，进一步提出具有任意隔离电阻的不等分功率分配器的设计方程。但是其设计带宽也是有限的。
本文提出一种双频段Gyl功分器结构，该双频段Gyl的15 dB回波损耗下的隔离带宽明显得到增加。此外，它在设计和制造功分器时具有更大的灵活性，在选择结构参数上具有更大的自由度。
篮球牌子1 双频段Gyl功分器设计
图1所示为传统Gyl功分器结构，它含有两个接地的隔离电阻R，具有良好的散热效果。对于等分单频段的Gyl功率分配器而言，各个微带线的具体参数可以从文献[15]中查到，分别为其中，Z0=50 Ω。
本文提出一种新的双频段结构，如图2所示。不管是开路短截线还是短路短截线都接在特征阻抗为Z1的传输线的中心处。通过对每一个微带线使用ABCD矩阵，然后级联，可以得到图2所示结构的整体ABCD矩阵参数
(1)
图2 双频λ/4波长线原理
游戏运营是做什么的同时，对于传统的λ/4波长微带线而言，其ABCD矩阵参数为
秋天的树
(2)
式中：ZA为λ/4波长微带线的特征阻抗。将式(1)代入式(2)，可以得到双频(f1和f2)下的关系式
王昌龄的诗句Z1tan θ1=±ZA，
(3)
(4)
(5)
式中：n1=1,2,3，…,Z1,Z2,Z3,θ1,θ2,θ3分别为图2所示的微带线的特征阻抗和电长度。
2 双频段Gyl功分器模拟验证晕染美甲教程
为了验证上述理论的正确性，本文使用厚度为30 mil，介电常数为2.2，损耗角正切为0.000 9的罗杰斯板材RT/Duroid 5880作为介质，在ADS软件中构建一款工作在1.8 GHz和5.8 GHz的双频段Gyl功分器，其频率比为3.22。使用上述理论分析，可以得到各个微带线的参数值。
1) 对于而言：
2) 对于Z2=Z0=R而言：
3) 对于而言,由于该段微带线的电长度为180°，为方便计算，将其分解为两段串联的90°相同特征阻抗的微带线，然后进行等效：
将上述参数使用ADS建模后进行优化仿真,使用PCB绘图软件处理后，结构如图3所示，其中，电阻R1和R2采用1206封装的50 Ω电阻。
图3 双频段Gyl功分器版图
如图4所示为双频段Gyl功分器的输入端口和输出端口的发射系数仿真曲线，可见双频段的中心频率均位于1.8 GHz和5.8 GHz,在两个频段内，满足反射系数小于-10 dBm时的工作带宽分别为120 ******* GHz center,以及100 ******* GHz center.双频段工作带宽对比如表1所示。从表中可以看到本文所设计的结构在两个频段的工作带宽都较参考文件中有优势。
图4 双频段Gyl功分器输入S11和输出S22、S33仿真优化曲线表1 双频段工作带宽对比
参考文献相关结果Ref[17]45 MHz@1 GHz, 50 MHz@2 GHzRef[18]75 ******* GHz, 100 ******* GHzRef[19]73 MHz@1 GHz, 73 MHz@2 GHzThis work120 ******* GHz, 100 ******* GHz
如图5所示为双频段Gyl功分器的输出端口2、3的插损仿真曲线，可见在中心频率处的插损为3.04 dB，另外，在反射系数小于-10 dBm的条件下，低频段1.8 GHz的最大插损为3.39 dB，而在高频段5.8 GHz的最大插损为3.45 dB。综上，该双频段Gyl仿真结果良好。图6所示为隔离度仿真结果，可见在两个工作频段内隔离度均大于10 dB。
图5 双频段Gyl功分器输出端口插损曲线
图6 双频段Gyl功分器输出端口隔离度
3 结束语
本文提出一种双频段设计方法，并通过使用ABCD参数矩阵的方法将其在传统的Gyl功分器上等效使用，最后在ADS仿真软件中进行优化设计一款可同时工作在1.8 GHz和5.8 GHz的双频段Gyl等分功分器。仿真结果表明：当反射系数满足小于等于-10 dB的时候，低频段1.8 GHz的工作带宽120 MHz，最大插损为3.39 dB，高频段5.8 GHz的工作带宽为100 MHz,最大插损为3.45 dB，同时，两个频段内的隔离度均满足大于10 dB。
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