基于ADS仿真wilkinson功分器

1、微帶Wilkinson功分器的仿真設計實驗報告學院電子科學與工程學院姓名學號指導教師2016年10月21日一、實驗目的 了解功率分配器電路的原理及設計方法。 學習使用ADS軟件進行微波電路的設計,優(yōu)化，仿真。 掌握功率分配器的制作及調(diào)試方法。二、設計要求指標 通帶范圍0.91.1GHz© 雙端輸出，動分比為1：1o 通帶內(nèi)個端口反射系數(shù)小于-20dBo 兩個輸出端口的隔離度小于-20dB。 傳輸損耗小于3.1dB。三、設計思路圖一：設計思路示意圖理論分析設計1 .基本工作原理分析功率分配器是三端口電路結(jié)構(gòu)，其信號輸入端的輸入功率為P1,而其它兩個輸出端的輸出功率分別為P2和P3。理論

2、上，由能量守恒定律可知：Pl=P2+P3o端口特性為：(1)端口1無反射(2)端I12和端II3輸出電壓相等且相同(3)端II2、端口3輸出功率比值為任意指定值1/k2由這些條件可以確定Zo2、Zo3以及Rz、R3的值。2 .功分器技術(shù)指標計算(1)輸入端口回波損耗輸入端iI1的回波損耗根據(jù)輸入端I11的反射功率和輸入功率之比來計算sn=-g(京)插入損耗輸入端i11的回波損耗根據(jù)輸出端11的輸出功率和輸入端口1的輸入功率之比來計算p2p2S21=-10L。9(第S31=-IQLog尸in(3)輸出端口間的隔離度輸出端口2和輸出端口3間的“底度可以根據(jù)輸出端II2和輸出端II3的輸出功率比來計

3、算P人S23=-10Lo(4)功分比當其它端I1沒有反射時，功分比根據(jù)輸出端II3和輸出端II4的輸出功率比來計算/2_尸2P3(5)相位平滑度在做功率分配器時，輸出端口的平滑度直接影響功率合成效率。五、尺寸計算使用ADS軟件自帶的計算工具計算出微帶線的尺寸。<AVBLineCalc/untitledFilesimulationQptionsHelpConfaiuoitType口yZDraZKXLDT_DnAC.rf®rs：C4113JE1IEUCTAVL7VLSyntSesiteaZlaetrical2r%HNTC.SL&，第DMAaICOO10EDDl.0<*

4、33a4.U?n»；a'-iZxv<>ZOB_j6fCcnpca*ntPmeter3Freq1000WallZ|OfrnilnilScAtratettimetei"：«rmeojttiitentAjialyceECllc山Nt證Kcsult:K.Eff3230ADB=641S13e-10SlonDepth=0.097圖5.150Q的微帶線寬度計算sLineCalc/untitledFileSimulationOptionsydpCcnpomtTyp,HIV-DKUN-HUWAIMSub3tralePufiTer，：c*ln1|MSVB.MJAH

5、Lr-1NrEr43)0人LJKr工CODM0.EODnnHuI.DetJ3inSyntA4：iz4r0.030nn,r同Cend1.U7'vXlecexietlJSL_20CmpoEntPex?n*t*TBZJ.ilRr”1000*<ni內(nèi)QI?e,】VtlutS4TC0&3>StULC圖5.275Q的微帶線寬度計算輸入Z0=500hm,可以算出微帶線的寬度為152mm。填入Z0=7070hm和E_E毋=90deg,可以算出微帶線的線寬為079mm和長度429mm。完成理論值計算。六、ADS仿真步驟(一)創(chuàng)建項目點擊File->NewProject設置I：程

6、文件名稱為Wilkinsondivider,點擊LengthUnit設置長度單位為mm。點擊NewProject對話中的OK鍵，并保存文件。(-)創(chuàng)建原理圖將MUSB插入原理圖，參數(shù)設置：H:基板厚度(0.8mm)；er：基板相對介電常數(shù)(4.3)：Mur：磁導率(1);Cond：金屈電導率(5.88E+7)：Hu：封裝高度(l.Oe+33mm)：T：金屬層厚度(0.03mm)；TanD：損耗角正切(le-4)：Roungh：表面粗糙度(0皿)。如下圖所示：MSubMSUBMSublH=0.8mm,Er4.3-Mur=1.Cond=5.8e+7.Hu=1.0e+33mmT=0.03mm-

7、9;TanD=0.00001,Rough=0mil.Bbase=.Dpeaks=圖61：MSub控件參數(shù)在菜單中選擇變量VAR空間，插入到原理圖，設置wl范圍為0.7-0.9,11范圍為5-20。設置后如下圖所示：|.|VAR.3R1.w1=0787281tow2=1.52-11=16.8027to'圖6.2:Var控件參數(shù)同樣方法完成原理圖繪制乙W8-1二l-*/-I«*：nnErmnrniCqKMX：、gw.-:h、tc：加阿u5-eV3NX3Cd*<*5”7VFOSE】、XK8，4g7»nPrww*4*E3KSuttNWrNt，n-i1工ScN：fr,W

8、3fC.R>NiA"L-0t*：4nt（三）原理圖S參數(shù)仿真lesjbpWXqM,.3”，.Mxr<C3；<Wrnn?L，Irmr*”e*NTfirH2r?ri*u$RfAomgvrvsewrc?5o窿4wi：PETCJX?'CMRti.、K.Irr-vstjhRH.-ASq.Q5Vijjr-vijn圖6.3:完整原理圖”:tt-y二穴7GCiTe-1oon-225-A/-35.0./-47-5-j-600H_0.500.751.00freq,GHz-15-1053-5523a一R.csmp450.50ols1.00freq.GHz455123-3.LUCB

9、Pooo234帚7)s)apoo5圖6.4：原理圖s參數(shù)仿真結(jié)果freq.GHz50toofreq.GHz（四）指標優(yōu)化 在原理圖設計窗11中選擇優(yōu)化工具欄 選擇優(yōu)化設置控件Optim放置在原理圖中，雙擊該控件設置優(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，梯度法則用于局部收斂 因為具有四個優(yōu)化目標，所以在插入Optim后需插入4個Goal控件設置，并進行參數(shù)設置，例如： 在Expr中設置表達式dB（S（l,D）,表示優(yōu)化的目標是端II1反射系數(shù)的dB值。 在SimlnstanceName中，輸入SP1,表示是針對S參數(shù)仿真

10、SP1進行的優(yōu)化。 Max=-20,表示優(yōu)化的目標不超過-2OdB Min值不添，這是由于S（l,1）的值越小越好 Weight值不添，這是由于優(yōu)化的幾個參數(shù)沒有主次之分。 RangeVarl=freq,表示優(yōu)化是在一定頻率范圍內(nèi)進行的。 RangeMinl=O.9GHz,表示頻率變化范用的最小值為0.9GHz。圖6.5:設置優(yōu)化指標后的原理圖（五）優(yōu)化后的S參數(shù)仿真-335,050075freq.GHz1.001251500.i0'0>5'1-do'1i5'1.iofreq.GHzasCDpteq.GHzteqfGHz圖6.6:優(yōu)化后的S參數(shù)結(jié)果一-31

11、-38(NNS)mp-450.50（六）生產(chǎn)版圖圖6.7:版圖（七）版圖仿真 版圖生成后先要設置微帶電路的基本參數(shù)（即原理圖中MSUB里的參數(shù)），方法是點t!t版圖窗II菜單中的Momentum->Substrate->UpdateKromSchematic從原理圖中獲得這些參數(shù)，點擊Momentum->SubstrateCreate/Modify可以修改這些參數(shù)。 為了進行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設置窗口，點擊0K關(guān)閉該窗】，在電路兩邊要加端口的地方分別點擊加上兩個porto 電阻要替換成薄膜電阻，否則無法用矩量

12、法進行仿真，注意薄膜電阻的寬度要和連接的微帶線一致，不要忘記在substrate中的metallizationlayers中加入薄膜電阻所在的層。 點擊EMSimulationSetupfrequenceplan彈出仿真設置窗II，該窗口右側(cè)的SweepType選擇Adaptive,起止頻率設為與原理圖中相同，采樣點數(shù)限制取10（因為仿真很慢，所以點數(shù)不要取得太多）。然后點擊保存按鈕，將設置填入左側(cè)列表中，點擊Simulate按鈕開始進行仿真。仿真過程中會出現(xiàn)一個狀態(tài)窗口顯示仿真進程。 在option中調(diào)整網(wǎng)格大小，如圖所示：EMMyUbrdrylJibVJilkinton:(EMStupforKeToolsViewHelpH苣一洸超百三耳11&國y司MomuY/layoutSubstratePort*FrequencyparOptionsResourcesMode1NotesSivnleticnOption:gfailltU。力。Fan5GTttcrijrienPKyviVo1*1hpr6amMshScJwSxparr工WalLay*rSpaeifieKet*cS-P*rart*t*r«SiTillata圖