高频小型化威尔金森功分器：基于周期性慢波结构

"周期性慢波结构的微带线威尔金森功分器" 本文主要探讨了一种创新的设计方案，即采用周期性慢波结构加载的开路传输线来替代传统的四分之一波长阻抗变换器，以实现一种小型化且适用于高频环境的威尔金森功分器。这种设计策略旨在解决传统威尔金森功分器在高频工作时尺寸较大、易发生色散的问题。威尔金森功分器是一种常见的射频组件，它能将输入信号均匀地分成两个或多个独立的输出信号，同时保持良好的端口匹配和隔离。 在传统的威尔金森功分器设计中，四分之一波长阻抗变换器是关键部分，但随着频率的升高，其物理尺寸会变得庞大，而且容易因材料的寄生电抗导致色散现象，这限制了其在现代多频带和宽带通信系统中的应用。周期性慢波结构则因其独特的色散特性，能在高频下提供更平坦的响应，从而减少了尺寸和色散问题。 文中提到，基于FR4基板的900MHz威尔金森功分器被设计和实现。FR4是一种常用的低成本、高介电常数的环氧树脂玻璃布层压板，适合微波和射频电路的制造。该设计的测量结果显示，功分器的三个端口表现出良好的匹配性能，S11约为-20.58dB，S22约为-23.62dB，S21约为-3.28dB，这表明输入和输出端口之间的反射小，能量传输效率高。此外，输出端口的隔离度约为-33.3dB，意味着各输出端口之间的信号干扰得到有效抑制。这些测量结果与仿真结果的趋势一致，证明了采用周期性慢波结构设计的可行性和有效性。 在介绍中，作者还提到了功率分配器在高功率射频功率放大器应用中的重要性，它们可以将多路PA的功率合并，并以适当的功率比例转化为单端输出，解决了单个PA在高功率输出时的散热问题。文章进一步讨论了采用分立元件、波导结构或特殊材料设计功分器的局限性，而周期性慢波结构提供了一个更简洁、成本效益高的解决方案。 通过HFSS（High Frequency Structure Simulator）软件进行电磁仿真，作者优化了电路参数，确保了设计的准确性和实用性。周期性慢波结构的电路模型如图1所示，通过在传输线上周期性地加载电容，降低了等效波速，使得在高频范围内能够保持稳定的传播特性。 这项研究通过周期性慢波结构的微带线威尔金森功分器设计，成功地克服了传统设计的局限，实现了小型化和高效能的射频功率分配。这种方法对于提高现代通信设备中高度集成模组芯片的性能具有重要意义，同时降低了设计和制造的成本。