Splitter之十一：無(wú)隔離寬帶功分器，碎片三分鐘，收獲一丟丟。

前四篇文章講了多節(jié)阻抗變換器，但在射頻微波PCB上好象很少見(jiàn)到。因?yàn)槎喙?jié)阻抗變換器具有較寬的帶通特征，通常用于寬帶功分器。

前四篇文章討論多節(jié)阻抗變換器理論上公式推導(dǎo)、理想模型仿真。本篇文章向工程上的物理實(shí)現(xiàn)往前跨一步。

無(wú)隔離寬帶等功分器

采用野蠻優(yōu)化和HFSS仿真能顯著縮短樣品開(kāi)發(fā)周期。

假設(shè)需要用PCB做一個(gè)2~18GHz的無(wú)隔離寬帶等功分器，如何開(kāi)始？

我們知道這種無(wú)隔離寬帶等功分器包含兩部分：

• 無(wú)隔離的等功分的T形節(jié)——參見(jiàn)第015篇文章；

• 兩個(gè)100歐→50歐多節(jié)寬帶阻抗變換器——參見(jiàn)第028~031篇文章；

  
  

如下圖所示：

按以上幾篇文章介紹的辦法搭積木就行了。

第一步選板材。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選射頻微波專用板材較合適，RO4350B材料較常用。介質(zhì)厚度與微帶線線寬相關(guān)，ADS自帶的LineCal計(jì)算器，可算出20mil介質(zhì)厚度的50歐微帶線線寬43mil，而多節(jié)阻抗變換器中出現(xiàn)的92.5歐微帶線線寬大概12mil。

∵上圖等功分：

∴P2 = P3；

而且通常：

∵Z0 = 50歐，

∵Z2e = Z3e =100歐

這次野蠻優(yōu)化不去優(yōu)化微帶線阻抗，直接優(yōu)化微帶線線寬。

另外，寬帶功分器中心頻率10GHz頻點(diǎn)的λ/4的線長(zhǎng)度L90也當(dāng)做優(yōu)化變量；

第二步建模并優(yōu)化。按前四期文章所算過(guò)的8節(jié)阻抗變換器來(lái)優(yōu)化，建模如下：

注意各種顏色小框中的參數(shù)設(shè)置：

• MSUB是微帶線層疊結(jié)構(gòu)控件，參數(shù)設(shè)置有：介質(zhì)厚H、介質(zhì)損耗角正切Tan0、相對(duì)介電常數(shù)Er、銅導(dǎo)電率Cond、銅厚T等等；

• 在端口1增加了一個(gè)TL11，是100歐，線寬9.3mil；

• 在端口2也增加了一個(gè)TL10，是50歐，線寬WZ0 =43.12mil；

• TL10、TL11均與各自的端口阻抗相等，所以其長(zhǎng)度和阻抗都不影響仿真優(yōu)化的結(jié)果。

• 優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置為dB(S(2,2))≤-25dB，各種優(yōu)化算法都可試試；

• 優(yōu)化出來(lái)的結(jié)果顯示在VAR控件中的W1~W8；

• 還有L90也是被優(yōu)化的變量，表示寬帶功分器中心頻率10GHz頻點(diǎn)的λ/4；

多節(jié)阻抗變換器優(yōu)化結(jié)果如下：

第三步，搭建無(wú)隔離寬帶等功分器模型，仿真。

再拷貝一個(gè)8節(jié)阻抗變換器，加一個(gè)T形節(jié)構(gòu)成如下電路的完整模型：

要注意T形節(jié)的三個(gè)線寬設(shè)置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一定不能搞錯(cuò)，建議打開(kāi)T形節(jié)的Help文件，仔細(xì)觀察拓樸結(jié)構(gòu)的定義。

更改各微帶線的線寬，除了2*8節(jié)阻抗變換器之外，接在三個(gè)端口的微帶線的線寬都改為WZ0 mil，表示50歐。如上圖小藍(lán)框所示。

三個(gè)端口阻抗也都改為50歐。如上圖小藍(lán)框所示。

總合路端口1的回波損耗仿真結(jié)果如下：

基本符合要求，只是高頻段稍微超標(biāo)（如果以20dB為限）。

兩個(gè)分路端口的等功分比仿真結(jié)果如下：

紅藍(lán)兩條曲線重疊，等功分符合預(yù)期。

隨著頻率提高，分配功率基本按線性衰減，從2GHz的3.1dB線性變化到18GHz的3.6dB。這是由于PCB存在導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗的原因。

無(wú)隔離不等功分寬帶功分器

需要分別計(jì)算出Z2e 和Z3e。

假設(shè)功率分配比K2?=P3/P2 = 2，按照《015_Splitter之五：無(wú)隔離電阻的T形節(jié)》中的公式，可以算出：

Z2e= 150歐；

Z3e= 75歐；

于是框圖就變化：

那么要就分別優(yōu)化出兩個(gè)多節(jié)阻抗變換器：

• 150歐→50歐多節(jié)寬帶阻抗變換器；

• 75歐→50歐多節(jié)寬帶阻抗變換器；

  ; P1 ^8 i* ?2 g( o1 ], j9 ^8 h
  

但要注意，由于阻抗比不同，因此兩個(gè)多節(jié)阻抗變換器優(yōu)化的參數(shù)和指標(biāo)都會(huì)有差異：

• L90的長(zhǎng)度（λ/4）不同；

• 回波損耗（優(yōu)化目標(biāo)）也不同，顯然150歐多節(jié)阻抗變換器，如果只用8節(jié)，是很難接近26dB回?fù)p的。而75歐是很容易優(yōu)化到30dB以上回?fù)p的，甚至還有帶寬裕量?！?28_多節(jié)階梯阻抗變換器工程設(shè)計(jì)的公式推導(dǎo)》中給出了節(jié)數(shù)、阻抗比、帶寬、回波損耗（帶內(nèi)紋波）之間復(fù)雜的關(guān)系：

  
  

優(yōu)化好這兩個(gè)多節(jié)阻抗變換器之后，再在ADS中畫(huà)出無(wú)隔離不等分寬帶功分器電路的完整模型：

仿真回波損耗如下：

如果仿真不正確，那就再回頭仔細(xì)檢查。仿真做多了，很多錯(cuò)誤能瞬間找出來(lái)。

仿真的功率分配比如下：

功率分配比大約為3+/-0.5dB，有紋波。

遺留問(wèn)題

ü?功率分配比有紋波；

ü?150歐變換為50歐的支路中，出現(xiàn)了W1 = 3.36mil的高阻線寬，這種細(xì)線是很難加工出來(lái)的。

如何解決，且聽(tīng)下回分解。