功分器的設(shè)計制作與調(diào)試原-ppt課件

1、功分器的設(shè)計制造與調(diào)試一學(xué)習(xí)目的了解功率分配器電路的原理及設(shè)計方法。學(xué)習(xí)運用ADS軟件進展微波電路的設(shè)計，優(yōu)化，仿真。掌握功率分配器的制造及調(diào)試方法。二 學(xué)習(xí)內(nèi)容了解功分器的任務(wù)原理。運用ADS軟件設(shè)計一個功分器，并對其參數(shù)進展優(yōu)化、仿真。根據(jù)軟件設(shè)計的結(jié)果繪制電路幅員，并加工成電路板。對加工好的電路進展調(diào)試，使其滿足設(shè)計要求。三 功分器的技術(shù)目的通帶內(nèi)各端口反射系數(shù)通帶內(nèi)兩輸出端口間的隔離度通帶內(nèi)傳輸損耗通帶內(nèi)功分比通帶內(nèi)相位平衡度四 用ADS軟件設(shè)計功分器n本節(jié)內(nèi)容是引見運用ADS軟件設(shè)計功分器的方法：包括原理圖繪制，電路參數(shù)的優(yōu)化、仿真，幅員的仿真等。n下面開場按順序詳細引見ADS軟件的

2、運用方法。ADS軟件的運用啟動ADS進入如下界面創(chuàng)建新的工程文件點擊File-New Project設(shè)置工程文件稱號本例中為divider及存儲途徑點擊Length Unit設(shè)置長度單位為毫米創(chuàng)建新的工程文件續(xù)工程文件創(chuàng)建終了后主窗口變?yōu)橐韵聢D創(chuàng)建新的工程文件續(xù)同時原理圖設(shè)計窗口翻開功分器的設(shè)計以下圖是一個等功率分配器，它由兩段不同特性阻抗的微帶線組成，兩臂是對稱的。我們以這種構(gòu)造的功分器為例，引見一下設(shè)計的過程。123功分器的設(shè)計續(xù)設(shè)計目的：通帶0.91.1GHz，功分比為1：1，帶內(nèi)各端口反射系數(shù)小于-20dB ，兩輸出端隔離度小于-25dB，傳輸損耗小于3.1dB。在進展設(shè)計時，主要是以

3、功分器的S參數(shù)作為優(yōu)化目的進展優(yōu)化仿真。S21、 S31是傳輸參數(shù)，反映傳輸損耗；S11、 S22、 S33分別是輸入輸出端口的反射系數(shù)。S23反映了兩個輸出端口之間的隔離度。生勝利分器的原理圖在原理圖設(shè)計窗口中選擇微帶電路的工具欄窗口左側(cè)的工具欄變?yōu)橛覉D所示選擇微帶線 以及控件MSUB 分別放置在繪圖區(qū)中選擇畫線工具 將電路銜接好，銜接方式見下頁圖本圖只是提供參考，還有其它方式可供選擇。功分器的原理圖例如原理圖中部分模型的等效電路 1、MTEE (Microstrip T-Junction)SymbolIllustrationEquivalent Circuit部分模型的等效電路 2、MCO

4、RN (90-degree Microstrip BendEquivalent CircuitSymbolIllustration設(shè)置微帶電路的根本參數(shù)雙擊圖上的控件MSUB設(shè)置微帶線參數(shù)H:基板厚度(0.8 mm)Er:基板相對介電常數(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:外表粗糙度(0 mm)微帶線計算工具功分器兩邊的引出線是特性阻抗為50歐姆的微帶線，它的寬度W可由微帶線計算工具得到。填入50 Ohm可以算出微帶線的線寬1.52 mm。填入70

5、.7 Ohm和90 deg可以算出微帶線的線寬0.79 mm和長度42.9 mm(四分之一波長)。設(shè)置微帶器件的參數(shù)雙擊每個微帶線設(shè)置參數(shù)，W、L分別設(shè)為相應(yīng)的變量或常量，單位mm，留意上下兩臂的對稱性。添加變量單擊工具欄上的VAR 圖標(biāo)，把變量控件VAR放置在原理圖上，雙擊該圖標(biāo)彈出變量設(shè)置窗口，依次添加W，L參數(shù)。中間微帶線的長度大約為四分之一波長(根據(jù)中心頻率用微帶線計算工具算出)，各個線寬的初始值可以用微帶線計算工具算出，微帶線的寬度最窄只能取0.2 mm(最好取0.5 mm以上)。S參數(shù)仿真電路設(shè)置在原理圖設(shè)計窗口中選擇S參數(shù)仿真的工具欄選擇Term 放置在功分器三個端口上，用來定義

6、端口1、2和3，點擊 圖標(biāo)，放置三個地，并按照下頁圖銜接好電路。選擇S參數(shù)掃描控件 放置在原理圖中，并設(shè)置掃描的頻率范圍和步長，頻率范圍根據(jù)功分器的目確實定。S參數(shù)仿真電路設(shè)置續(xù) 優(yōu)化目的的設(shè)置在原理圖設(shè)計窗口中選擇優(yōu)化工具欄選擇優(yōu)化設(shè)置控件 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)。常用的優(yōu)化方法有Random(隨機)、Gradient(梯度)等。隨機法通常用于大范圍搜索，梯度法那么用于部分收斂優(yōu)化目的的設(shè)置續(xù)這里總共設(shè)置了四個優(yōu)化目的，由于電路的對稱性，S31和S33不用設(shè)置優(yōu)化。S11和S22分別用來設(shè)定輸入輸出端口的反射系數(shù)，S21用來設(shè)定功分器通帶內(nèi)的衰減情況，S23用來設(shè)定

7、兩個輸出端口的隔離度。優(yōu)化目的的設(shè)置續(xù) 進展參數(shù)優(yōu)化設(shè)置完優(yōu)化目的后最好先把原理圖存儲一下，然后就可以進展參數(shù)優(yōu)化了。點擊工具欄中的Simulate 按鈕就開場進展優(yōu)化仿真了。在優(yōu)化過程中會翻開一個形狀窗口顯示優(yōu)化的結(jié)果(見下頁圖)，其中的CurrentEF表示與優(yōu)化目的的偏向，數(shù)值越小表示越接近優(yōu)化目的，0表示到達了優(yōu)化目的，下面還列出了各優(yōu)化變量的值，當(dāng)優(yōu)化終了時還會翻開圖形顯示窗口。在一次優(yōu)化完成后，要點擊原理圖窗口菜單中的Simulate - Update Optimization Values保管優(yōu)化后的變量值(在VAR控件上可以看到變量的當(dāng)前值)，否那么優(yōu)化后的值將不保管。察看仿真

8、曲線優(yōu)化完成后必需關(guān)掉優(yōu)化控件，才干察看仿真的曲線。方法是點擊原理圖工具欄中的 按鈕，然后點擊優(yōu)化控件OPTIM，那么控件上打了紅叉表示曾經(jīng)被關(guān)掉。要想使控件重新開啟，只需點擊工具欄中的 按鈕，然后點擊要開啟的控件，那么控件上的紅叉消逝，功能也重新恢復(fù)了。對于原理圖上其他的部件，假設(shè)想使其關(guān)閉或開啟，也可以采取同樣的方法。點擊工具欄中的Simulate 按鈕進展仿真， 仿真終了后會出現(xiàn)圖形顯示窗口。察看仿真曲線續(xù)點擊圖形顯示窗口左側(cè)工具欄中的 按鈕，放置一個方框到圖形窗口中，這時會彈出一個設(shè)置窗口(見下頁圖)，在窗口左側(cè)的列表里選擇S(1,1)即S11參數(shù)，點擊Add按鈕會彈出一個窗口設(shè)置單位

9、(這里選擇dB)，點擊兩次OK后，圖形窗口中顯示出S11隨頻率變化的曲線。用同樣的方法依次參與S22，S21，S23的曲線。為了準(zhǔn)確讀出曲線上的值，可以添加Marker，方法是點擊菜單中的Marker - New，出現(xiàn)Instert Marker的窗口，接著點擊要添加Marker的曲線，曲線上出現(xiàn)一個倒三角標(biāo)志，點擊拖動此標(biāo)志，可以看到曲線上各點的數(shù)值。察看仿真曲線續(xù)察看仿真曲線續(xù)察看S參數(shù)曲線能否滿足目的要求，假設(shè)曾經(jīng)到達目的要求，就可以進展幅員的仿真了。幅員的仿真是采用矩量法直接對電磁場進展計算，其結(jié)果比在原理圖中仿真要準(zhǔn)確，但是它的計算比較復(fù)雜，需求較長的時間，在此作為對原理圖設(shè)計的驗證

10、。幅員的仿真首先要由原理圖生成幅員，生成幅員前先要把原理圖中用于S參數(shù)仿真的兩個Term以及接地去掉，不讓他們出如今生成的原理圖中。去掉的方法與前面關(guān)掉優(yōu)化控件的一樣，都是運用 按鈕，把這些元件打上紅叉(見下頁圖)。然后點擊菜單中的Layout - Generate/Update Layout，彈出一個設(shè)置窗口，直接點OK，又出現(xiàn)一個窗口，再點OK，完成幅員的生成，這時會翻開一個顯示幅員的窗口，里面有剛生成的幅員。用于生成幅員的原理圖幅員仿真的窗口 幅員的仿真幅員生成后先要設(shè)置微帶電路的根本參數(shù)(即原理圖中MSUB里的參數(shù))，方法是點擊幅員窗口菜單中的Momentum - Substrate

11、- Update From Schematic從原理圖中獲得這些參數(shù)，點擊Momentum - Substrate - Create/Modify可以修正這些參數(shù)。幅員的仿真續(xù)為了進展S參數(shù)仿真還要在功分器兩側(cè)添加兩個端口，做法是點擊工具欄上的Port 按鈕，彈出port設(shè)置窗口，點擊OK封鎖該窗口，在功分器兩邊要加端口的地方分別點擊加上兩個port。電阻要交換成薄膜電阻 ，在 中選取，否那么無法用矩量法進展仿真，留意薄膜電阻的寬度要和銜接的微帶線一致，不要忘記在substrate中的metallization layers中參與薄膜電阻所在的層。幅員的仿真續(xù)點擊Momentum - Simu

12、lation - S-parameter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)為與原理圖中一樣，采樣點數(shù)限制取10 (由于仿真很慢，所以點數(shù)不要獲得太多)。然后點擊Update按鈕，將設(shè)置填入左側(cè)列表中，點擊Simulate按鈕開場進展仿真。仿真過程中會出現(xiàn)一個形狀窗口顯示仿真進程(見下頁圖)。仿真運算要進展數(shù)分鐘，仿真終了后將出現(xiàn)曲線顯示窗口，察看S參數(shù)曲線，性能有不同程度的惡化。察看仿真曲線幅員的仿真假設(shè)幅員仿真得到的曲線不滿足目的要求，那么要重新回到原理圖窗口進展優(yōu)化仿真，可以改動優(yōu)化變量的初值，也可根據(jù)曲線與目的的差別情況適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化目的的參

13、數(shù)，重新進展優(yōu)化。在前往原理圖重新優(yōu)化時，要先使剛剛打紅上叉的部件恢復(fù)有效，然后才干進展優(yōu)化，之后反復(fù)前面所述的過程，直到幅員仿真的結(jié)果到達要求為止。五 電路幅員的繪制仿真完成后要根據(jù)結(jié)果用Protel軟件繪制電路幅員，繪制幅員時要留意以下幾點所用電路板是普通的雙層板，上層用來繪制電路，下層整個作為接地。在繪制幅員時受加工工藝的限制，尺寸精度到0.01mm即可，線寬和線間縫隙要大于0.2mm。思索到加工電路板時的側(cè)向腐蝕問題，微帶線的寬度和長度要適當(dāng)添加。幅員的大小要符合規(guī)定尺寸，功分器的兩個輸出端口的間距要符合規(guī)定值，以便于安裝在測試架上。六 功分器電路的調(diào)試對照設(shè)計的幅員檢查、丈量加工好的電路板上各段微帶線的實踐尺寸，并作記錄。將電阻焊到電路板上，并把電路板安裝到測試架上。按下面的測試框圖用網(wǎng)絡(luò)分析儀型號為Agilent 8714ES對功分器的各項目的進展測試網(wǎng)絡(luò)分析儀的運用參照儀器闡明書。功分器有三個端口，當(dāng)恣意兩個端口接網(wǎng)絡(luò)分析儀時，第三個端口要接匹配負載。功分器電路的調(diào)試續(xù)需求測試的參數(shù)主要有以下幾個S11，S22，S33：輸入、輸出端口的反射系數(shù)S21，S31：正向傳輸系數(shù)，要測幅度及相位S23，S32：兩輸出端口的間隔離度根據(jù)S21，S31的幅