基于ADS的混合環(huán)的設計.doc

目錄一、 課題名稱2二、 設計要求2三、 設計原理2四、設計步驟31 創(chuàng)建項目32 搭建混合環(huán)原理圖33 計算微帶線參數(shù)并完成最終原理圖5五、原理圖仿真6六仿真結果分析.7七設計總結.7參考文獻：8 電磁場與微波技術課程設計一、 課題名稱：環(huán)形耦合器的設計與仿真二、 設計原理：混合環(huán)是微波波段常用的器件之一，它是一種耦合器，可以用來監(jiān)視功率和頻譜，把功率進行分配和合成，并可以構成平衡混頻器和測量電橋等?；旌檄h(huán)是4端口網(wǎng)絡，可以由微帶線制成，混合環(huán)的結構如圖1所示整個環(huán)的周長為3/2g，四個分支線并聯(lián)在環(huán)上，將環(huán)分為4段，4段長度如圖所示，g為混合環(huán)波長。 圖1 混合環(huán)有兩個端口相互隔離，即從一個端口輸入信號，另一個與之隔離的端口沒有信號輸出，與此同時另外兩個端口平分輸入功率，因此可以看作是一個3dB定向耦合器。 當端口1輸入信號時：到達端口2的兩路信號等幅同相，端口2有輸出，相位滯后90度；達到端口3的兩路信號等幅反相，端口3無輸出；達到端口4的兩路信號等幅同相，端口4有輸出，相位滯后90度。其中端口2和端口4輸出振幅相同。因此，有 S=S= （-j），S=0端口2輸入信號時：到達端口1的兩路信號等幅同相，端口1有輸出，相位滯后90度；到達端口3的兩路信號等幅同相，端口3有輸出，相位滯后70度；到達端口4的兩路信號等幅反相，端口4無輸出。其中端口1和端口3輸出振幅相同。因此有 S= （-j）, S= j ,S=0; 當端口3輸入信號時：到達端口1 的兩路信號等幅反相，端口1無輸出；到達端口2的兩路信號等幅同相，端口2有輸出，相位滯后270度；到達端口4的兩路信號等幅同相，端口4有輸出，相位滯后90度。其中端口2和端口4輸出振幅相同。因此，有 S=0,S= j , S= (-j);當端口4輸入信號時，到達端口1的兩路信號等幅同相，端口1有輸出，相位滯后90度；到達端口2的兩路信號等幅反相，端口2無輸出；到達端口3的兩路信號等幅同相，端口3有輸出，相位滯后90度。其中端口1和端口3輸出振幅相同。因此，有 S= (-j),S=0,S= (-j) 在理想的情況下，它的四個端口完全匹配。 由上面的分析可以得到混合環(huán)的散射矩陣為 由混合環(huán)的散射矩陣可以知道混合環(huán)為3dB定向耦合器。 三、 設計指標 工作頻率：35ghz 介質(zhì)基片厚度：0.5mm 介電常數(shù)：2.2 tan：0.008 銅導體厚度：0.5：mil 四、 設計步驟1.項目創(chuàng)建*創(chuàng)建一個混合環(huán)項目我們所設計的原理圖及仿真結果都將保存在這個項目中，將此工程命名為suhangads，操作如下圖2，點擊OK完成創(chuàng)建。圖2*選擇端口數(shù)量（混合環(huán)為四端口輸出）如圖3所示 圖3 于是出現(xiàn)如下圖4結果 圖4 按finish結束 2.搭建混合環(huán)原理圖完成創(chuàng)建后將自動打開一個未命名原理圖（1）選擇【File】中的【Save Design】將原理圖命名為isuhangads35,并保存。如圖5 圖5(2)在原理圖元件面板列表上選擇【Tlines-Microstrip】中的微帶線參數(shù)設置控件【Msub】，如圖6 圖6和【Passive Circuit DG-Microstrip circuits】中的混合環(huán)元件【RRCplr】如圖7 圖7 RRCPLR的參數(shù)如圖8 圖8MSUB的參數(shù)如圖9所示 圖9將他們插入原理圖畫圖區(qū)參數(shù)設置如圖10 注：Msub中 H表示微帶線基板厚度；Er表示基板相對介電常數(shù)；Mur表示相對磁導率；Cond表示相對電導率；Hu表示封裝高度；T表示導體層厚度；TanD表示損耗角正切；Rough表示表面粗糙度； RRCplr中 Subst表示參數(shù)由Msub1決定；F表示混合環(huán)中心頻率；Z0表示四個端口傳輸線特性阻抗；Delta表示用于調(diào)諧的分支長度增加量（3）利用設計向?qū)苫旌檄h(huán)原理圖在畫圖區(qū)選中RRcoupler電路，并單擊【DesignGuid】菜單中的【Passive Circuit】,彈出對話框，在對話框中選擇【Microstrip Control Window】，單擊OK，彈出【Passive Circuit DesignGuid】,在窗口中選擇【Design Assistant】中的【Design】，系統(tǒng)將自動完成設計過程所得結果如下：（4）在微帶線元件面板上選擇MLIN、Term和Ground ，4次插入原理圖畫圖區(qū)。在此電路圖中插入微帶線參數(shù)控件MSUB，和S參數(shù)仿真元件并設置如圖所示參數(shù)：S參數(shù)掃描控件參數(shù)意思如下：Start=25 GHz，表示頻率掃描的起始頻率為25 GHz。Stop=40 GHz，表示頻率掃描的終止頻率為40 GHz。Step=0.05 GHz，表示頻率掃描的頻率間隔為0.05 GHz。3.計算微帶線參數(shù)W和L并完成最終原理圖選中MLIN，鼠標移至【Tool】菜單中的【LineCalc】，單擊目錄中的【Start LineCalc】將MSUb中的參數(shù)及中心頻率填入彈出框中并計算，所得結果如圖所示將所得W和L參數(shù)賦給原理圖中的MLIN，將四個負載設為50歐姆就可以得到最終原理圖了，最終原理圖如下：五、 原理圖仿真單擊原理圖工具欄中的仿真【Simulate】圖標，運行仿真，仿真過程中彈出仿真狀態(tài)窗口，記錄了頻率掃描范圍和仿真花費的時間等。仿真結束后數(shù)據(jù)顯示視窗自動彈出，單擊數(shù)據(jù)顯示方式面板中的矩形圖標，插入數(shù)據(jù)顯示區(qū)，給出S各參數(shù)仿真結果如下（下圖）：六、 仿真結果分析 們在仿真中給出了S,S,S,SdB的矩形圖以及S,S的相位矩形圖具體數(shù)據(jù)如下：SdB的矩形圖： f=5.750GHz時，S=-32.482；f=6.250GHz時，S=-32.111SdB的矩形圖: f=5.750GHz時，S=-3.177；f=6.250GHz時，S=-3.103SdB的矩形圖: f=5.750GHz時，S=-32.046；f=6.250GHz時，S=-32.981SdB的矩形圖: f=5.750GHz時，S=-3.010f=6.250GHz時，S=-3.080此次設計的原理圖中若1口為輸入端，則2口和4口為耦合端，3口為隔離端。設計要求中心頻率：6GHz；通帶：500MHz；耦合度：3dB。從數(shù)據(jù)和圖形可以看出此次設計中S、S的參數(shù)曲線在6GHz處的值都在-40dB以下，可見耦合器的端口反射系數(shù)和端口隔離度符合要求。從S、S的參數(shù)和曲線中可見其在500MHz通帶內(nèi)耦合度符合3dB的設計要求。S,S的相位曲線為線性的，同樣符合設計要求。七、 設計總結 通過此次課程設計讓我們學會自學并熟練運用ADS來實現(xiàn)仿真設計。我學會了如何處理問題，學會隨機應變。同時加深了我們對環(huán)形耦合器的各項參數(shù)指標及其功能的了解，加深了我對于電磁場與微波技術這門課的興趣。在這過程中，我還學會了使用ADS軟件，學會了仿真，學會分析實驗結果。雖然之前在設計電路原理圖及各元件參數(shù)設