1、微帶wilkinson功分器的仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué) 院 電子科學(xué)與工程學(xué)院 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2016年10月21日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌 了解功率分配器電路的原理及設(shè)計(jì)方法。l 學(xué)習(xí)使用ADS軟件進(jìn)行微波電路的設(shè)計(jì)，優(yōu)化，仿真。l 掌握功率分配器的制作及調(diào)試方法。二、設(shè)計(jì)要求指標(biāo)l 通帶范圍0.9 1.1GHz。l 雙端輸出，功分比為1:1。l 通帶內(nèi)個(gè)端口反射系數(shù)小于-20dB。l 兩個(gè)輸出端口的隔離度小于-20dB。l 傳輸損耗小于3.1dB。三、設(shè)計(jì)思路 圖一：設(shè)計(jì)思路示意圖四、理論分析設(shè)計(jì)1. 基本工作原理分析功率分配器是三端口電路結(jié)構(gòu)，其信號(hào)輸入端的輸入功率為P1，而其它兩個(gè)輸出端

2、的輸出功率分別為P2和P3。理論上，由能量守恒定律可知：P1=P2+P3。端口特性為：(1) 端口1無反射(2) 端口2和端口3輸出電壓相等且相同(3) 端口2、端口3輸出功率比值為任意指定值1/k2 由這些條件可以確定Zo2、Zo3以及R2、R3的值。2.功分器技術(shù)指標(biāo)計(jì)算 (1) 輸入端口回波損耗 輸入端口1的回波損耗根據(jù)輸入端口1的反射功率和輸入功率之比來計(jì)算s11=-10Log(PrPi) (2) 插入損耗 輸入端口1的回波損耗根據(jù)輸出端口的輸出功率和輸入端口1的輸入功率之比來計(jì)算S21=-10Log(P2P1) S31=-10Log(P2P1)(3) 輸出端口間的隔離度 輸出端口2和

3、輸出端口3間的隔離度可以根據(jù)輸出端口2和輸出端口3的輸出功率比來計(jì)算S23=-10Log(P2P3)(4) 功分比 當(dāng)其它端口沒有反射時(shí)，功分比根據(jù)輸出端口3和輸出端口4的輸出功率比來計(jì)算K2=P2P3(5) 相位平滑度 在做功率分配器時(shí)，輸出端口的平滑度直接影響功率合成效率。五、尺寸計(jì)算使用ADS軟件自帶的計(jì)算工具計(jì)算出微帶線的尺寸。圖5.1 50的微帶線寬度計(jì)算圖5.2 75的微帶線寬度計(jì)算輸入Z0=50Ohm,可以算出微帶線的寬度為1.52mm。填入ZO=70.7Ohm和E_Eff=90deg，可以算出微帶線的線寬為0.79mm和長度42.9mm。完成理論值計(jì)算。六、ADS仿真步驟(一)

4、 創(chuàng)建項(xiàng)目n 點(diǎn)擊File->New Project設(shè)置工程文件名稱為Wilkinson divider，點(diǎn)擊Length Unit設(shè)置長度單位為mm。 n 點(diǎn)擊New Project對(duì)話中的OK鍵，并保存文件。 （二）創(chuàng)建原理圖n 將MUSB插入原理圖，參數(shù)設(shè)置：H：基板厚度(0.8 mm)；er：基板相對(duì)介電常數(shù)(4.3)；Mur：磁導(dǎo)率(1)；Cond：金屬電導(dǎo)率(5.88E+7)；Hu：封裝高度(1.0e+33 mm)；T：金屬層厚度(0.03 mm)；TanD：損耗角正切(1e-4)；Roungh：表面粗糙度(0 mm)。如下圖所示： 圖6.1：MSub控件參數(shù)n 在菜單中選擇

5、變量VAR空間，插入到原理圖,設(shè)置w1范圍為0.7-0.9，l1范圍為5-20。設(shè)置后如下圖所示：圖6.2：Var控件參數(shù)n 同樣方法完成原理圖繪制圖6.3：完整原理圖（三）原理圖S參數(shù)仿真 圖6.4：原理圖S參數(shù)仿真結(jié)果（四）指標(biāo)優(yōu)化n 在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇優(yōu)化工具欄n 選擇優(yōu)化設(shè)置控件Optim放置在原理圖中，雙擊該 控件設(shè)置優(yōu)化方法及優(yōu)化次數(shù)。n 常用的優(yōu)化方法有Random(隨機(jī))、Gradient(梯度)等。隨機(jī)法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局部收斂n 因?yàn)榫哂兴膫€(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所以在插入Optim后需插入4個(gè)Goal控件設(shè)置，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，例如：n 在Expr中設(shè)置表達(dá)式dB(

6、S(1,1)，表示優(yōu)化的目標(biāo)是端口1反射系數(shù)的dB值。n 在SimInstanceName中，輸入SP1，表示是針對(duì)S參數(shù)仿真SP1進(jìn)行的優(yōu)化。n Max=-20,表示優(yōu)化的目標(biāo)不超過-20dBn Min值不添，這是由于S(1,1)的值越小越好n Weight值不添，這是由于優(yōu)化的幾個(gè)參數(shù)沒有主次之分。n RangeVar1=freq，表示優(yōu)化是在一定頻率范圍內(nèi)進(jìn)行的。n RangeMin1=0.9GHz，表示頻率變化范圍的最小值為0.9GHz。n RangeMax1=1.1GHz，表示頻率變化范圍的最大值為1.1GHz。圖6.5：設(shè)置優(yōu)化指標(biāo)后的原理圖（五）優(yōu)化后的S參數(shù)仿真圖6.6：優(yōu)化后

7、的S參數(shù)結(jié)果（六）生產(chǎn)版圖圖6.7：版圖（七）版圖仿真n 版圖生成后先要設(shè)置微帶電路的基本參數(shù)(即原理圖中MSUB里的參數(shù))，方法是點(diǎn)擊版圖窗口菜單中的Momentum -> Substrate -> Update From Schematic從原理圖中獲得這些參數(shù)，點(diǎn)擊Momentum -> Substrate -> Create/Modify可以修改這些參數(shù)。n 為了進(jìn)行S參數(shù)仿真還要在功分器兩側(cè)添加兩個(gè)端口，做法是點(diǎn)擊工具欄上的Port按鈕，彈出port設(shè)置窗口，點(diǎn)擊OK關(guān)閉該窗口，在電路兩邊要加端口的地方分別點(diǎn)擊加上兩個(gè)port。n 電阻要替換成薄膜電阻，否則無法用矩量法進(jìn)行仿真，注意薄膜電阻的寬度要和連接的微帶線一致，不要忘記在substrate中的metallization layers中加入薄膜電阻所在的層。n 點(diǎn)擊EM -> Simulation Setup -> frequence plan彈出仿真設(shè)置窗口，該窗口右側(cè)的Sweep Type選擇Adaptive，起止頻率設(shè)為與原理圖中相同，采樣點(diǎn)數(shù)限制取10 (因?yàn)榉抡婧苈渣c(diǎn)數(shù)不要取得太多)。然后點(diǎn)擊保存按鈕，將設(shè)置填入左側(cè)列表中，點(diǎn)擊Simulate按鈕開始進(jìn)行仿真。仿真過程中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)狀態(tài)窗口顯示仿真進(jìn)