Design of Wilkinson Power Divider with Capacitive loaded Coupled-lines Phase Shifter

Abstract

This research presents the design and development of a compact Wilkinson Power Divider (WPD) suitable for modern communication systems requiring miniaturized devices. The proposed design utilizes a phase shifter with a characteristic impedance of 1.414 times the transmission line's Z0, constructed from microstrip parallel-coupled lines and capacitors. The circuit was designed to operate at a frequency of 3.0 GHz on an AD260 substrate, achieving size reduction while maintaining high power division efficiency. The new Wilkinson Power Divider measures 15.367 mm x 22.860 mm, representing a 22% size reduction compared to conventional designs. Test results indicate that the circuit achieves a reflection coefficient (S11​) of -50 dB and isolation coefficients (S21, S31) of -3.25 dB at 3.0 GHz, demonstrating balanced power division with minimal energy loss. The research includes the analysis, design, and simulation of the circuit using the Advanced Design System (ADS) software, followed by experimental validation. This work serves as a significant contribution to the development of compact microwave circuits for future applications.

การวิจัยนี้นำเสนอการออกแบบและพัฒนาวงจรแบ่งกำลังงานแบบวิลคินสัน (Wilkinson Power Divider) เพื่อให้มีขนาดเล็กลงและเหมาะสมกับการใช้งานในระบบการสื่อสารสมัยใหม่ที่ต้องการอุปกรณ์ขนาดเล็ก โดยใช้งานตัวเลื่อนเฟส (Phase Shifter) ที่มีค่าอิมพีแดนซ์คุณลักษณะ 1.414 เท่าของค่า Z0 ของสายส่ง ซึ่งสร้างจากสายส่งเชื่อมต่อคู่ขนานไมโครสตริปและตัวเก็บประจุ วงจรที่พัฒนาขึ้นนี้ได้รับการออกแบบให้ทำงานที่ความถี่ 3.0 GHz บนวัสดุฐาน AD260 เพื่อลดขนาดของวงจรโดยยังคงคุณสมบัติของการแบ่งกำลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง วงจรแบ่งกำลังแบบวิลคินสันแบบใหม่นี้มีขนาด 15.367 มิลลิเมตร x 22.860 มิลลิเมตร ซึ่งมีขนาดลดขนาดลงเทียบกับวงจรแบบดั้งเดิมคิดเป็นลงลงร้อยละ 22 ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าวงจรมีค่าการสะท้อนกลับ (S11) เป็น -50 dB และค่าการแยกสัญญาณ (S21, S31) เป็น -3.25 dB ที่ความถี่ 3.0 GHz ซึ่งแสดงถึงการแบ่งกำลังงานอย่างสมดุลและมีการสูญเสียพลังงานต่ำ การวิจัยประกอบด้วยการวิเคราะห์ การออกแบบ และการจำลองการทำงานของวงจร โดยใช้โปรแกรม Advanced Design System (ADS) และทำการทดลองเพื่อยืนยันผลการออกแบบ งานวิจัยนี้จึงเป็นแนวทางสำคัญสำหรับการพัฒนาวงจรไมโครเวฟขนาดเล็กในอนาคต