1、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
2、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
3、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5.1 50的微带线宽度计算图5.2 75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-New Project设置工程文件名称为Wilkinson divider,点击Len
4、gth Unit设置长度单位为mm。 点击New Project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(0.8 mm);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+33 mm);T:金属层厚度(0.03 mm);TanD:损耗角正切(1e-4);Roungh:表面粗糙度(0 mm)。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
5、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。
6、 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。 RangeVar1=freq,表示优化是在一定频率范围内进行的。 RangeMin1=0.9GHz,表示频率变化范围的最小值为0.9GHz。 RangeMax1=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Mom
7、entum - Substrate - Update From Schematic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metallization layers中加入薄膜电阻所在的层。 点击EM - Simulation Setup - frequence plan弹出仿真设置窗口,该窗口右侧的Sweep Type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
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