西电微波工程设计报告.docx
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西电微波工程设计报告
工程设计大作业
题目：
3dBWilkinson功率分配器
指导老师：
张媛媛
班级：
021014
姓名：
学号：
02101284
组员：
一、设计指标
本小组设计一个3dBWilkinson功率分配器，用微带电路实现。
指标如下：
工作频带：
0.9-1.1GHz,中心频率f为1.0GHz
S参数：
S11<-20dB,S22<-20dB,S33<-20dB（回波损耗）
S21>-3.1dB,S31>-3.1dB（传输损耗）
S23<-20dB（隔离度）
介质基板：
双面敷铜的FR-4，相对介电常数为4.3，基板厚度H为0.8mm,金属层厚度T为0.03mm
二、设计原理
1、3dBWilkinson功率分配器
Wilkison类型的功率分配器可以等分功率，也可以不等分功率。
其微带结构如图所示：
当端口2和端口3之间的功率比为=,有设计公式
=
R=（K+）
特别的，当K=1，即2、3端口功率等分时有
=
R=2
功分器的两路起着阻抗变换的作用，其长度为介质板在中心频率处所对应波长的四分之一。
2、微带线设计理论
在微带电路中，不同宽度的微带线，其阻抗大小不同，可以用Txline工具方便算出具体尺寸。
当导体宽度为W，介质基板厚度为H，相对介电常数为，则可得
如下设计参数：
微带线有效介电常数为：
=+
自由空间传播常数：
=
对于90度的相移，线长度L为：
L=
对于给定的特性阻抗和介电常数，比值W/H为：
=
其中，
A=+B=
本设计利用上述原理把一路信号功率等分为两路输出，两段微带分支线起阻抗变换与引导作用。
三、计算及仿真
1、理论计算
中心频率f为1.0GHz,=4.3,H=0.8mm，功分器三个端口的特性阻抗都为50，其宽度设为w1。
起阻抗变换作用的阻抗=70.7，其宽度设为w2，线长度总长设为L_total。
理论计算1：
用微带线理论计算，猜测W/H<2
①对于=50，
A=+=1.5157
W/H==1.9449
即w1=1.9449H=1.5559mm
②对于=70.7
A=+=2.0773
W/H==1.0346
即w2=1.0346H=0.8277mm
==20.9440
=+=3.1149
L_total==42.4954mm
理论计算2:
用ADS中自带的工具lineCalc计算
可得：
w1=1.52mm,w2=0.79mm,L_total=42.9mm
理论计算3:
用工具TXLINE计算
可得：
w1=1.526mm,w2=0.79mm,L_total=42.8mm
可以看到，以上三种方法得出的结果基本上是一致的。
这里以第二种方法所得数据为初始基准。
2、软件仿真
①初始电路图
变量列表如下图，变量len为四分之一波长阻抗变换器中的一部分，上图中上半环路的总长为L_total=42.9mm。
②优化调节过程：
优化变量len，w2，使电路满足下列优化目标
优化收敛结束后，变量取值如下
③最终电路图
原理图：
板图：
3D预览图：
④原理图最终仿真结果
回波损耗：
传输损耗：
隔离度：
可以看出，由于端口2与端口3完全对称，所以S22=S33，
S23=S32，S31=S21
由原理图仿真结果可知，结果满足优化目标要求。
⑤ADS中版图仿真结果图
回波损耗：
传输损耗：
隔离度：
可以看到，ADS中自带的版图仿真结果中的性能较原理图仿真结果有不同程度的恶化，除过隔离度S32外，其它性能均达到达到指标要求。
3、硬件制版：
一般的制版过程是先绘制原理图，导出网表，把元件封装导入PCB原理图，布局布线，导出PCB文件，加工制版。
微带电路中，结构尺寸决定功能。
本设计中的微带电路可直接在PCB原理图中实现。
①原理图
绘制原理图时，使用自己制作的元件库，把它们按要求电气相连即可。
②PCB原理图
绘制PCB原理图时，只需把不同尺寸的铜片按要求相连即可。
四、总结
本次工程设计理论联系实践，靠的是知识和经验的结合和提升，对我们初学者来说有一定难度，在设计和调试过程中，往往不知道从何处下手去做。
在设计过程中，经历过各种疑问，欣慰的是，最终设计出了比较满意的结果。
这期间，经历过一遍遍调试，一次次修改，其中的苦乐只有自己知道。
此次工程设计的学习，极大的培养了我对这门学科的兴趣，对自己将来的发展有了较为明确的目标，获得了比较大的收获。
由于初学兼初次设计，有很多地方不足，希望老师给予一定的指导和帮助。
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