一种改进型Wilkinson功率分配器的设计方案

本文提出了改进型Wilkinson功率分配器的设计方案，通过引入λ/2微带传输线的办法，解决了传统Wilkinson功分器工作在较高频率时尺寸变小导致的电路布局的限制，以及两输出臂靠近相互干扰严重而性能下降的问题。应用ADS软件进行了电磁仿真设计，并制作了一款工作在无线局域网2.4~2.483 5 GHz频率范围内的功率分配器样件，对样件进行了指标测试，测试结果与设计结果吻合较好，验证了方案的可行性。

0 引言

功分器是无线通信系统中的一种非常重要的微波无源器件，在天线阵馈电系统、功率放大器和无线局域网中都有着广泛的应用。目前应用最多的微波功率分配器多为威尔金森(Wilkinson)形式的功分器，其优点在于设计方法较简单、易于实现，输出端口可以实现较高隔离。近年来，功分器的研究已经越来越成熟，也越来越深入在传统Wilkinson功分器的输出端添加短路枝节的方法实现了宽带功分器;文芦状的多节阻抗变换器Wilkinson 功分器结构，显着展宽了功分器的工作带宽;一款平面结构的新型双频功分器;直接多路输出Wilkinson 功分器的计算公式，进一步完善了该功分器的设计指导。然而，当工作频率升高以后，制作器件的实际尺寸将会缩小，由于隔离电阻的存在，使得两个输出支路的电路布局存在限制，尤其在不等功率分配，两个输出端口存在强烈互耦而恶化功分器的整体性能。设计了改良型的Wilkinson功分器，该功率分配器工作在无线局域网S频段2.4~2.483 5 GHz频率范围内，从而增加了其实用价值。利用ADS 软件进行了仿真设计，并进行了实物加工和测试。

1 功分器设计

对于基本的Wilkinson功分器，其输入/输出端口特性阻抗为Z0,两段分支微带线的电长度均为λg 4 .实现等功分3 dB设计的Wilkinson功分器，基本原理与设计公式在参考文献[7]中已经做了详细介绍，其电路结构示意图如图1所示。然而传统的Wilkinson功率分配器在工作于频率较高的情况下，电路尺寸将会缩小，电路布局受到限制，并且两输出端口互耦严重进而影响其性能。

为了解决这些问题，本文通过在隔离电阻两侧和两输出支路上引入电长度180°( λ 2)微带传输线，将图1所示的功分器结构改进为图2所示。

改进型Wilkinson 电路结构，通过引入λ 2 长度的传输线后，大大提高了电路布局的灵活性。由传输线理论可知，中心频率处隔离电路部分的矩阵A 为：

由矩阵A 可知，两输出支路之间的隔离电路部分仍等效为一个串联电阻，两段λ/2长度传输线的引入，不但没有改变电路的性能，而且增加了两输出端口微带线间的距离，从而减小了相互干扰。