微带wilkinson功分器的仿真设计实验报告.doc

PAGE\*MERGEFORMAT11微带wilkinson功分器的仿真设计实验报告学院电子科学与工程学院姓名学号指导教师2016年10月21日一、实验目的了解功率分配器电路的原理及设计方法。学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。掌握功率分配器的制作及调试方法。二、设计要求指标通带范围0.9—1.1GHz。双端输出，功分比为1:1。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。三、设计思路图一：设计思路示意图四、理论分析设计基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输出电压相等且相同(3)端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1/k2由这些条件可以确定Zo2、Zo3以及R2、R3的值。2.功分器技术指标计算(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s11=-10Log(PrPi)(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S21=-10Log(P2P1)S31=-10Log(P2P1)(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S23=-10Log(P2P3)(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K2=P2P3(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5.150Ω的微带线宽度计算图5.275Ω的微带线宽度计算输入Z0=50Ohm,可以算出微带线的宽度为1.52mm。填入ZO=70.7Ohm和E_Eff=90deg，可以算出微带线的线宽为0.79mm和长度42.9mm。完成理论值计算。六、ADS仿真步骤创建项目点击File->NewProject设置工程文件名称为Wilkinsondivider，点击LengthUnit设置长度单位为mm。点击NewProject对话中的OK键，并保存文件。（二）创建原理图将MUSB插入原理图，参数设置：H：基板厚度(0.8mm)；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+33mm)；T：金属层厚度(0.03mm)；TanD：损耗角正切(1e-4)；Roungh：表面粗糙度(0mm)。如下图所示：图6.1：MSub控件参数在菜单中选择变量VAR空间，插入到原理图,设置w1范围为0.7-0.9，l1范围为5-20。设置后如下图所示：图6.2：Var控件参数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）指标优化在原理图设计窗口中选择优化工具栏选择优化设置控件Optim放置在原理图中，双击该控件设置优化方法及优化次数。常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛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，并进行参数设置，例如：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。在SimInstanceName中，输入SP1，表示是针对S参数仿真SP1进行的优化。Max=-20,表示优化的目标不超过-20dBMin值不添，这是由于S(1,1)的值越小越好Weight值不添，这是由于优化的几个参数没有主次之分。RangeVar[1]=freq，表示优化是在一定频率范围内进行的。RangeMin[1]=0.9GHz，表示频率变化范围的最小值为0.9GHz。RangeMax[1]=1.1GHz，表示频率变化范围的最大值为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）版图仿真版图生成后先要设置微带电路的基本参数(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->UpdateFromSchematic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。为了进行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。电阻要替换成薄膜电阻，否则