实验三射频微波功率分配器合成器设计.ppt
实验三 射频功率分配/合成器设计、仿真与测试,一、基本理论,将一路微波功率按一定比例分成n路输出的功率元件称为功率分配器。按输出功率比例不同,可分为等功率分配器和不等功率分配器。,技术指标：,频率范围：分配器的工作频率承受功率：分配器/合成器所能承受的最大功率功率分配比：主路到支路的功率分配比插入损耗：输入输出间由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素,考虑输入端的驻波比所带来的损耗驻波比：每个端口的电压驻波比隔离度：支路端口间的隔离程度,1.1 集总参数功率分配器,1.电阻式（等功率）,形和Y形电阻式功率分配器,用ADS仿真：,优点：频宽大,布线面积小,设计简单缺点：功率衰减较大,2.集总L-C式低通型和高通型功率分配器,用ADS仿真中心频率为2.4GHz的集总参数L-C式低通型功率分配器，传输线特征阻抗为50欧姆。,1.2 威尔金森功分器,二、威尔金森功分器的设计与仿真,频带内输入端口的回波损耗：S11-3.1dB,S31-3.1dB隔离度：S32-25dB,H:基板厚度(0.8 mm)Er:基板相对介电常数(4.3)Mur:磁导率(1)Cond:金属电导率(5.88E+7)Hu:封装高度(1.0e+33 mm)T:金属层厚度(0.03 mm)TanD:损耗角正切(1e-4)Roungh:表面粗糙度(0 mm),设计指标：,微带板材参数,(1).创建新的工程、设置长度单位为毫米,(2).画原理图，选择微带线控件 分别放置在绘图区中，并用线连接。,Ctrl+R 旋转,F5 移动文字,（3）利用微带线计算工具计算微带线尺寸参数,在原理图窗口执行【tools】-【lineCalc】-【Start LineCalc】,修改参数，然后单击 按钮就可以算出微带线的线宽1.52 mm,在Electrical栏Z0项填入70.7 Ohm，在E_Eff中输入90deg（对应四分之一波长），然后单击 按钮就可算出微带线的线宽0.7889 mm，线长为42.8971mm。,（4）设置优化变量,为便于参数优化的需要，在原理图中插入“VAR”控件；,双击“VAR”控件，设置w1、w2、ih三个变量(此处不设单位，在设置每段微带线时另行设定）。,设置微带线宽度W和长度L，具体变量设置如图所示（加SP、端口）,L=1mm,Rs=100,（5）原理图仿真，分别看S11、S21、S22、S23数据,频率带宽较差，还需要进一步优化,（6）参数优化,双击 控件，弹出参数设置窗口；选择w2，单击“Tune/Opt/Start/DOE Setup”按钮；选择“Optimization”标签，如下设置：,同样方法设置ih变量（1222）,（7）设置优化方式和优化目标,在元件库立标中选择“Optim/Stat/Yield/DOE”，将优化设置控件“Optim”和优化目标控件“Goal”（共需四个）插入原理图中。,-25,优化完成后，需要执行菜单命令Simulate-Update Optimization Values,以保存优化后的变量值。,（8）优化仿真,在工具栏单击“Deactive or Active”控件，然后单击Optim控件和Goal控件，然后再进行仿真，此时即为优化后结构的仿真结果。,第一次优化仿真结果,第二次优化仿真结果,第三次优化仿真结果,27,（9）功分器的版图生成,在工具栏单击“Deactive or Active”控件，然后单击Optim控件、4个Goal控件3个“地”、三个“Term”，“SP”控件，使它们失效，就不会出现在所生成的版图中。,执行菜单命令【Layout】-【Generate/Update Layout】，弹出一个设置对话框，这里应用其默认设置，直接单击OK。,在版图窗口执行菜单命令【Momentum】-【Substrate】-【Update From Schematic】，将原理图的基板和微带参数更新到版图中。,在版图窗口执行菜单命令【Momentum】-【Substrate】-【Creat/Modify】，可以查看和修改基板和微带的基本参数。,（10）功分器的版图仿真,在版图窗口执行菜单命令【Insert】-【Port】，弹出port对话框。在功分器版图中插入三个端口，分别于端口1、端口2、端口3相连。,在版图窗口执行菜单命令【Momentum】-【Simulation】-【S-Parameters】，打开仿真控制对话框。设置起止频率与原理图相同，参数设置完成后，单击“Update”按钮。然后单击“Simulate”按钮，开始仿真。,版图仿真结果,输出版图：,作业：设计一微带结构的威尔金森功分器，指标要求：中心频率：2.45GHz带宽：60MHz频带内输入端口的回波损耗：S11-3.1dB,S31-3.1dB隔离度：S32-25dB板材参数：H:基板厚度(1.5 mm)，Er:基板相对介电常数(2.65)Mur:磁导率(1)，Cond:金属电导率(5.88E+7)Hu:封装高度(1.0e+33 mm)，T:金属层厚度(0.035 mm)TanD:损耗角正切(1e-4)，Roungh:表面粗糙度(0 mm)报告要求：（1）叙述威尔金森功分器原理；（2）给出功分器的原理图和版图；（3）给出原理图和版图仿真结果，并对其结果进行分析。,三、功分器的测量,3.1 主路驻波比测量,5.按菜单键，选驻波返回。记下驻波数据（20个频点）。,3.按右图测回损连接，电桥测试端口接上双阳连接器一只，即以双阳为新的测试端口，接开路负载，执行校开路；接上阴短路器，执行校短路；接阴匹配负载进行校零。,4.接上功分器的主路输入插座，其他各支路端接匹配负载。此时屏幕上已出现输入阻抗轨迹，可按键换档。看看该器件的水平如何（点子越集中越靠近原点越好）。,1.在 频域 设置：0.1MHz BF=500.0MHz、F=50.0MHz、EF=2500.0MHz。屏幕自动出现N=41。2.设置M：常规、A下 回损，B下 空白。,3.2 各支路的幅相特性测量,2.按测插损连接，在仪器输入与输出口上各接一根短电缆。两电缆末端各接一只10dB衰减器，再用一个双阴连接起来。,4.拔下双阴，将两根电缆带衰减器的一端，分别接到功分器的主路与某一支路上，另一支路接上匹配负载。记下各频点的插损与相位（20个频点）。,3.按执行键校直通,5.交换两支路的连接，记下另一路各频点的插损与相位（20个频点）。,1.设置使A下为插损,B下空白。,1.在3.2步骤基础上，将接负载的支路的负载拔下接到主路上，而主路的衰减器带电缆接到支路上，主路接匹配负载。,3.3 支路间的隔离度测量,2.按菜单键选对数后返回，记下各频点的插损，这就是隔离度(20点)。,
