完整word版基于ADS仿真wilkinson功分器Word文档下载推荐.docx

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●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

1.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/

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

（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5.150Ω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

（一）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-20dB

⏹Min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->

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，否则无法用矩量法进行仿真，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metallizationlayers中加入薄膜电阻所在的层。

⏹点击EM->

SimulationSetup->

frequenceplan弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的SweepType选择Adaptive，起止频率设为与原理图中相同，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按钮开始进行仿真。

仿真过程中会出现一个状态窗口显示仿真进程。

⏹在option中调整网格大小，如图所示：

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