南京理工大學(xué)李兆龍教授 平面魔t設(shè)計(jì)——ads

1、蘇杭 通信三班 1004220309平面魔T設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：蘇杭班級(jí)：通信3班學(xué)號(hào)：1004220309院系：電光學(xué)院目錄一、 課題名稱2二、 設(shè)計(jì)原理2三、設(shè)計(jì)指標(biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3四、設(shè)計(jì)步驟31 創(chuàng)建項(xiàng)目42 搭建混合環(huán)原理圖53線路參數(shù)修改5 4.最終結(jié)果.14五、心得體會(huì)7 電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程設(shè)計(jì)一、 課題名稱：環(huán)形耦合器的設(shè)計(jì)與仿真二、 設(shè)計(jì)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(jìn)行分配和合成，并可以構(gòu)成平衡混頻器和測(cè)量電橋等?；旌檄h(huán)是4端口網(wǎng)絡(luò)，可以由微帶

2、線制成，混合環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖1所示整個(gè)環(huán)的周長(zhǎng)為3/2g，四個(gè)分支線并聯(lián)在環(huán)上，將環(huán)分為4段，4段長(zhǎng)度如圖1所示，g為混合環(huán)波長(zhǎng)。 圖1 混合環(huán)有兩個(gè)端口相互隔離，即從一個(gè)端口輸入信號(hào)，另一個(gè)與之隔離的端口沒有信號(hào)輸出，與此同時(shí)另外兩個(gè)端口平分輸入功率，因此可以看作是一個(gè)3dB定向耦合器。 當(dāng)端口1輸入信號(hào)時(shí)：到達(dá)端口2的兩路信號(hào)等幅同相，端口2有輸出，相位滯后90度；達(dá)到端口3的兩路信號(hào)等幅反相，端口3無輸出；達(dá)到端口4的兩路信號(hào)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 S41=S21= （-j），S31=0端口2輸入信號(hào)時(shí)：到達(dá)端口1的兩路信號(hào)等幅同相，

3、端口1有輸出，相位滯后90度；到達(dá)端口3的兩路信號(hào)等幅同相，端口3有輸出，相位滯后70度；到達(dá)端口4的兩路信號(hào)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 S12= （-j）, S32= j ,S42=0; 當(dāng)端口3輸入信號(hào)時(shí)：到達(dá)端口1 的兩路信號(hào)等幅反相，端口1無輸出；到達(dá)端口2的兩路信號(hào)等幅同相，端口2有輸出，相位滯后270度；到達(dá)端口4的兩路信號(hào)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 S13=0,S23= j , S43= (-j);當(dāng)端口4輸入信號(hào)時(shí)，到達(dá)端口1的兩路信號(hào)等幅同相，端口1有輸出，相位滯后90度；到達(dá)端口2的兩

4、路信號(hào)等幅反相，端口2無輸出；到達(dá)端口3的兩路信號(hào)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 S14= (-j),S24=0,S34= (-j) 在理想的情況下，它的四個(gè)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(shè)計(jì)指標(biāo) 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(dǎo)體厚度：0.5mil =0.0127mm 四、 設(shè)計(jì)步驟1.項(xiàng)目創(chuàng)建(1)創(chuàng)建一個(gè)混合環(huán)項(xiàng)目我們所設(shè)計(jì)的原理圖及仿真結(jié)果都將保存在這個(gè)項(xiàng)目中，將此工程命名為suhangads，

5、操作如下圖2，點(diǎn)擊OK完成創(chuàng)建。圖2(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(jié)果 圖4 按finish結(jié)束 2.搭建混合環(huán)原理圖完成創(chuàng)建后將自動(dòng)打開一個(gè)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)選擇“TLINES-MICROSTRIP”中的mcurve （3）按順時(shí)針擺放四個(gè)，如圖6所示 圖6（4）擺放完畢后，找到標(biāo)題欄中的的“tools”找到“l(fā)inecalc”再選擇其中的“start linecalc”依照所給條件，修改參數(shù)，如下圖7。 圖7（5）設(shè)置好參數(shù)后，找到標(biāo)

6、題欄中的“simulation”按“comput physical parms”會(huì)自動(dòng)計(jì)算好w和l的值，結(jié)果如圖8所示 圖8（6）算好的w和l要填入圖中的w和radius=l/2，如圖9所示 圖9（7）找到標(biāo)題欄中的“tools”找到“l(fā)inecalc”按下“place new synthesized component”然后依次放四個(gè)，再計(jì)算它的w和l值，電阻取50歐姆角度為90度，如圖10所示 圖10（8）選擇simulation-S-Par然后找到工具欄的“term”放下四個(gè)， 如圖11所示 圖11 （9）找到工具欄中的“sp”按下拖出，放在原理圖旁邊，并把其中參數(shù)按要求進(jìn)行修改，如圖1

7、2所示 圖12（10）按下線路仿真鍵出現(xiàn)如圖13的界面圖13 （11）在工具欄找到圖表的按鍵，載入四個(gè)端口，選擇為db，出現(xiàn)如圖14 圖14（12）將加入的電阻刪除掉，加入四個(gè)端口，如圖15所示 圖15（13）點(diǎn)擊“l(fā)ayout”選擇“generate /update layout”點(diǎn)擊ok，出現(xiàn)版圖，如圖16所示 圖16(14)選擇版圖視窗中的“momentum”菜單找到“substrate”按“update from schematic”將電路導(dǎo)入（15）選擇版圖視窗中的“momentum”找到“simulation”按下“s-paramete”打開仿真控制“simulation”窗口。在

8、窗口設(shè)置如下：掃描類型sweep tape 設(shè)置為adaptive 頻率掃描的起始值為25ghz 頻率終止值為40ghz索取的樣點(diǎn)為15個(gè)。（16）按“simulation”窗口中的“simulate”按鈕開始仿真出現(xiàn)如下表，如圖17所示 圖17（17）仿真結(jié)束后視窗會(huì)自動(dòng)彈出，如下圖18（與線路仿真出現(xiàn)偏差）圖18（18）調(diào)出四個(gè)端口的矩形圖，如圖19所示 圖193.線路參數(shù)修改(控制變量法)由圖中可以看出最大衰減不在35，而是在31附近，而且s（14）也不在20db以下。于是就要改變w和l看其對(duì)衰減頻率的影響。 (1)改變curve的w值，看其增大對(duì)衰減的影響，反之就能得到其減小對(duì)衰減的影

9、響。0.930676變成1.930676，如下圖20圖20從圖中可以看出增大curve的w值可以讓衰減頻率減小，反之減小w值可使衰減頻率增大。w增大則頻率減小，w減小則頻率增大 原長(zhǎng)度 現(xiàn)長(zhǎng)度 0.930676mm 1.930676mm（2）改變四個(gè)端口的w和l看其對(duì)衰減頻率的影響，增加w反之可以知道減小w對(duì)頻率的影響。W把1.636340變成1.836340增加了0.2但是沒有什么變化，如下圖21 圖21W把1.36340變成0.636340減小了1，頻率下降，如下圖。所以w增大頻率就上升。如圖22w減小則頻率減小，w增大則頻率增大 W原長(zhǎng)度 W現(xiàn)長(zhǎng)度 1.636340mm 0.636340

10、mm圖22L把1.539700改成2.539700增加了1，頻率減小了，于是可以知道如果減小，可得頻率會(huì)減增大。如下圖23 L增大則頻率減小，L減小則頻率增大 原長(zhǎng)度 現(xiàn)長(zhǎng)度1.539700mm 2.539700mm 圖234.最終結(jié)果最終通過調(diào)試把curve的w變成0.430676mm，把端口的w變成1.136340mm而且L變成1.209700mm結(jié)果如下圖24,版圖如圖25所示 w w L與衰減頻率負(fù)相關(guān)與衰減頻率正相關(guān)與衰減頻率負(fù)相關(guān)0.430676mm1.136340mm 1.209700mm圖24最大衰減頻率在35ghz左右，且s（11）和s（14）在最大衰減時(shí)大于20db，而s（

11、12）和s（13）在3db左右。滿足要求。五、 心得體會(huì)通過這次的基于ads的混合環(huán)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考，因?yàn)檫@個(gè)課題很新，于是網(wǎng)上沒有關(guān)于它的過多的資料，和之前的設(shè)計(jì)有別，于是就是考驗(yàn)自我學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力的時(shí)候。我先是在網(wǎng)上找到ads的教材指導(dǎo)，和ads的視頻指導(dǎo)，對(duì)著指導(dǎo)一點(diǎn)一點(diǎn)的摸索出ads的操作要領(lǐng)，在剛開始的時(shí)候，從教材中得知可以通過系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)來完成這個(gè)混合環(huán)的課題，頓時(shí)覺得很簡(jiǎn)單，很快就做完了。后來才得知老師考察的并不是這個(gè)功能，于是又開始對(duì)著教程摸索其方法，與此同時(shí)和宿舍的同學(xué)一起討論一起解決問題。之前把版圖仿真出來了，以為這個(gè)設(shè)計(jì)就結(jié)束了，線路仿真也很符合，但是后來才知道版圖出來了以后還要進(jìn)行版圖仿真，仿真時(shí)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，向別的同學(xué)請(qǐng)教以后，知道是要把電腦改成1核的，于是又在網(wǎng)上查找電腦改成一核的方法，成功改好后，卻發(fā)現(xiàn)版圖的仿真和線路的仿真差別較大，s（14）的衰減沒有到達(dá)20db而且s（11）的最大衰減頻率不在35而是在31附近。于是又考慮是什么因素可以影響最大衰減和最大衰減頻率，但是老師改的參數(shù)是不可以變得，于是就想到由電腦輸入?yún)?shù)算出的w和l可以改變。剛開始改變w和l的時(shí)候是從線路上就開始改變，就相當(dāng)于從新再做，后來到了版圖仿真時(shí)，才發(fā)現(xiàn)通過點(diǎn)擊版圖上的各個(gè)部件，可以修改其參數(shù)。于是就通過控制變量法，探究其每個(gè)參數(shù)對(duì)它的結(jié)果的影