一种适用于ISM双频段的功率分配器的设计（一）
1、引言
在中国，无线和移动通信的蓬勃发展需要更多的频谱资源，由此造成了频谱的珍贵和拥挤。为了和商用频段进行区分，同时满足国际上对于工业、科学、医疗等公用领域的需求，我国单独分配了以下四个ISM(Industry, Scientific, Medical)频段作为公用：315 MHz，433 MHz，2.45 GHz，5.8 GHz.该频段可以不需要申请就能免费使用。在实际的商用系统和芯片产业链中，ISM射频段2.45 GHz和5.8 GHz的有很大的比例。因此，本文提出了一种能同时适用于该两频段的功率分配器，通过严格的电路设计得出了其具体的理想设计参数，通过电磁仿真AWR-MWO和SONNET验证了该类功率分配器的正确性和实用性。
2、功率分配器的结构和设计参数
早在2006年，双频功率分配器的设计和理论分析就已经得到了深入的研究。双频的概念就是让器件能同时工作在两个不同的频段，其设计原理复杂，被认为是单频器件的极大扩展，因此属于研究的热点。为了满足ISM两个频段的需要，我们希望设计出的功率分配器在满足双频的同时，还需要对中间频率的隔离以此达到滤除噪声的实际效果。因此本文参考的功率分配器的结构，根据其给出的设计公式和设计数据，得出适应于满足ISM中2.45 MHz和5.8 GHz的功率分配器。其在AWR-MWO中基于理想传输线的平面结构以及具体的电路参数显示在图1:
图1、适用于ISM带电路参数的功率分配器结构
3、基于理想传输线的MWO仿真
采用图1的电路结构和具体的参数，在MWO中进行频率扫描仿真，得出图2的S参数仿真结果。其仿真时间在一秒钟内。
图2、基于理想传输线的S参数仿真结果
从图2的仿真结果可以看出，其三个端口在2.45 GHz 和5.8 GHz 两个频段上都满足理想的匹配，同时端口2和端口3之间在这两个频段满足理想的隔离。另外从传输参数S(2,1)可以看出，其在两个频段的功率分配达到了-3dB的理想功率分配特性。值得提出的是在3 GHz 到5 GHz 之间端口1的匹配参数S(1,1)在-5dB和0dB之间，意味着该频段的信号能在端口1被理想地反射，不会在端口2和端口3 大量输出，达到实用的滤波效果。因此根据理想传输线的严格仿真，验证了该双频功率分配器的正确性。
4、基于几何模型的Sonnet全波电磁仿真
为了在全波电磁仿真方面验证该功率分配器的正确性。采用传输线理论模型和实际物理参数模型的转化工具(AWR-MWO中的txline)，考虑基板材料Rogers RO3003，其介电常数为3，损耗余弦角为0.0013，基板厚为1.2 毫米。从而得出最终的物理尺寸。其被列在了表1中：
表1、功率分配器中传输线的实际物理参数值
特性阻抗值(欧姆)(宽度，长度)
(毫米)
16.61(12.9899, 10.9848)
46.10(3.41613, 11.5689)
48.82(3.13038, 11.6087)
50(Ports)(3.01664,*)
最后通过Sonne的几何编辑工具，可以画出如图3的平面结构图。该结构和图1中的模型一样是对称的。为了显示立体参数，图4给出了相应的三维立体图。
图3、实际双频功率分配器的平面显示图
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