基于某ADS仿真wilkinson功分器.doc
一、实验目的l 了解功率分配器电路的原理与设计方法。l 学习使用ADS软件进展微波电路的设计，优化，仿真。l 掌握功率分配器的制作与调试方法。二、设计要求指标l 通带X围0.9 1.1GHz。l 双端输出，功分比为1:1。l 通带内个端口反射系数小于-20dB。l 两个输出端口的隔离度小于-20dB。l 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. 根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输出电压相等且一样(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以与R2、R3的值。(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,mm。填入mm和长度42.9mm。完成理论值计算。六、ADS仿真步骤(一) 创建项目n 点击File->New Project设置工程文件名称为Wilkinsondivider，点击Length Unit设置长度单位为mm。n 点击New Project对话中的OK键，并保存文件。 二创建原理图n 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)；CondE+7)；Hue+33 mm)；T：金属层厚度(0.03 mm)；TanD：损耗角正切(1e-4)；Roungh：外表粗糙度(0 mm)。如如下图所示： 图：MSub控件参数n 在菜单中选择变量VAR空间，插入到原理图,设置w1X围为0.7-0.9，l1X围为5-20。设置后如如下图所示：图6.2：Var控件参数n 同样方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n 在原理图设计窗口中选择优化工具栏n 选择优化设置控件Optim放置在原理图中，双击该 控件设置优化方法与优化次数。n 常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。随机法通常用于大X围搜索，梯度法如此用于局部收敛n 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，并进展参数设置，例如：n 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。n 在SimInstanceName中，输入SP1，表示是针对S参数仿真SP1进展的优化。n Max=-20,表示优化的目标不超过-20dBn Min值不添，这是由于S(1,1)的值越小越好n Weight值不添，这是由于优化的几个参数没有主次之分。n RangeVar1=freq，表示优化是在一定频率X围内进展的。n ，表示频率变化X围的最小值为0.9GHz。n ，表示频率变化X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n 版图生成后先要设置微带电路的根本参数(即原理图中MSUB里的参数)，方法是点击版图窗口菜单中的Momentum -> 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。n 为了进展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。n 电阻要替换成薄膜电阻，否如此无法用矩量法进展仿真，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中参加薄膜电阻所在的层。n 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一样，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按钮开始进展仿真。仿真过程中会出现一个状态窗口显示仿真进程。n 在option中调整网格大小，如下列图：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
