完整word版基于ADS仿真wilkinson功分器.docx
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完整word版基于ADS仿真wilkinson功分器
微带wilkinson功分器的仿真设计
实验报告
学院电子科学与工程学院
姓名
学号
指导教师
2016年10月21日
一、实验目的
●了解功率分配器电路的原理及设计方法。
●学习使用ADS软件进行微波电路的设计,优化,仿真。
●掌握功率分配器的制作及调试方法。
二、设计要求指标
●通带范围0.9—1.1GHz。
●双端输出,功分比为1:
1。
●通带内个端口反射系数小于-20dB。
●两个输出端口的隔离度小于-20dB。
●传输损耗小于3.1dB。
三、设计思路
图一:
设计思路示意图
四、理论分析设计
1.基本工作原理分析
功率分配器是三端口电路结构,其信号输入端的输入功率为P1,而其它两个输出端的输出功率分别为P2和P3。
理论上,由能量守恒定律可知:
P1=P2+P3。
端口特性为:
(1)端口1无反射
(2)端口2和端口3输出电压相等且相同
(3)端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1/
由这些条件可以确定Zo2、Zo3以及R2、R3的值。
2.功分器技术指标计算
(1)输入端口回波损耗
输入端口1的回波损耗根据输入端口1的反射功率和输入功率之比来计算
(2)插入损耗
输入端口1的回波损耗根据输出端口的输出功率和输入端口1的输入功率之比来计算
(3)输出端口间的隔离度
输出端口2和输出端口3间的隔离度可以根据输出端口2和输出端口3的输出功率比来计算
(4)功分比
当其它端口没有反射时,功分比根据输出端口3和输出端口4的输出功率比来计算
(5)相位平滑度
在做功率分配器时,输出端口的平滑度直接影响功率合成效率。
五、尺寸计算
使用ADS软件自带的计算工具计算出微带线的尺寸。
图5.150Ω的微带线宽度计算
图5.275Ω的微带线宽度计算
输入Z0=50Ohm,可以算出微带线的宽度为1.52mm。
填入ZO=70.7Ohm和E_Eff=90deg,可以算出微带线的线宽为0.79mm和长度42.9mm。
完成理论值计算。
六、ADS仿真步骤
(一)创建项目
⏹点击File->NewProject设置工程文件名称为Wilkinsondivider,点击LengthUnit设置长度单位为mm。
⏹点击NewProject对话中的OK键,并保存文件。
(二)创建原理图
⏹将MUSB插入原理图,参数设置:
H:
基板厚度(0.8mm);er:
基板相对介电常数(4.3);Mur:
磁导率
(1);Cond:
金属电导率(5.88E+7);Hu:
封装高度(1.0e+33mm);T:
金属层厚度(0.03mm);TanD:
损耗角正切(1e-4);Roungh:
表面粗糙度(0mm)。
如下图所示:
图6.1:
MSub控件参数
⏹在菜单中选择变量VAR空间,插入到原理图,设置w1范围为0.7-0.9,l1范围为5-20。
设置后如下图所示:
图6.2:
Var控件参数
⏹同样方法完成原理图绘制
图6.3:
完整原理图
(三)原理图S参数仿真
图6.4:
原理图S参数仿真结果
(四)指标优化
⏹在原理图设计窗口中选择优化工具栏
⏹选择优化设置控件Optim放置在原理图中,双击该控件设置优化方法及优化次数。
⏹常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。
随机法通常用于大范围搜索,梯度法则用于局部收敛
⏹因为具有四个优化目标,所以在插入Optim后需插入4个Goal控件设置,并进行参数设置,例如:
⏹在Expr中设置表达式dB(S(1,1)),表示优化的目标是端口1反射系数的dB值。
⏹在SimInstanceName中,输入SP1,表示是针对S参数仿真SP1进行的优化。
⏹Max=-20,表示优化的目标不超过-20dB
⏹Min值不添,这是由于S(1,1)的值越小越好
⏹Weight值不添,这是由于优化的几个参数没有主次之分。
⏹RangeVar[1]=freq,表示优化是在一定频率范围内进行的。
⏹RangeMin[1]=0.9GHz,表示频率变化范围的最小值为0.9GHz。
⏹RangeMax[1]=1.1GHz,表示频率变化范围的最大值为1.1GHz。
图6.5:
设置优化指标后的原理图
(五)优化后的S参数仿真
图6.6:
优化后的S参数结果
(六)生产版图
图6.7:
版图
(七)版图仿真
⏹版图生成后先要设置微带电路的基本参数(即原理图中MSUB里的参数),方法是点击版图窗口菜单中的Momentum->Substrate->UpdateFromSchematic从原理图中获得这些参数,点击Momentum->Substrate->Create/Modify可以修改这些参数。
⏹为了进行S参数仿真还要在功分器两侧添加两个端口,做法是点击工具栏上的Port按钮,弹出port设置窗口,点击OK关闭该窗口,在电路两边要加端口的地方分别点击加上两个port。
⏹电阻要替换成薄膜电阻,否则无法用矩量法进行仿真,注意薄膜电阻的宽度要和连接的微带线一致,不要忘记在substrate中的metallizationlayers中加入薄膜电阻所在的层。
⏹点击EM->SimulationSetup->frequenceplan弹出仿真设置窗口,该窗口右侧的SweepType选择Adaptive,起止频率设为与原理图中相同,采样点数限制取10(因为仿真很慢,所以点数不要取得太多)。
然后点击保存按钮,将设置填入左侧列表中,点击Simulate按钮开始进行仿真。
仿真过程中会出现一个状态窗口显示仿真进程。
⏹在option中调整网格大小,如图所示:
图6.8网格大小的调整
(八)版图仿真S参数结果
图6.9版图S参数仿真结果
版图仿真结果看出通带内个端口反射系数小于-20dB,两个输出端口的隔离度小于-20dB,传输损耗小于3.1dB。
符合设计要求