(完整word版)基于ADS仿真wilkinson功分器

1、4札言嘟坯2毀Nanjing University of Jposts and Telecommunications微带wiikinson功分器的仿真设计 实验报告电子科学与工程学院指导教师2016年10月21日、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。理论学习尺寸计算绘制ADS原理图版图仿真优化设计原理图仿真1*7*兀 屮 hns訂

2、st3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P1,而其它两个P1=P 2+P3。端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 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: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 = -10?)(2)插入损耗 输入端口 来计算1的回波损耗根据输出端口的输出功

3、率和输入端口1的输入功率之比? ?S21 = -10?)S31 = -10?)(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 = -10?)(4)功分比3和输出端口 4的输出功率比来当其它端口没有反射时，功分比根据输出端口 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。Lir-sCjrlc/uptftfe-dFile nKJbbpn QjrtiS KslpCinfMOjOLtTypt IE二HfhyiLcJ.ID 1 rc-.-B_rerr

4、tULT*11 Irr>iYinl.CSDFAJi卫网D叭RJkLD畑ihRTC.OJDmRCmdI*CoTPDMlt fiTLltZtrrL QCDSdzT炖1】IT炮12 mlTFy»th-''LT*s£l>c-trLcil：0Z I 二f图 5.1 50I-WI 畅t.ULLUUlrm»aEO.OE(mOhnq ooEAtffI/AI/AI/A«AfVr 1-、rA.DB =虽4151*10StinDepch w .057Cdemand存 LincCdrAintrtcdFile t irxul-Don ption-s H

5、dp口-ne-t5 nLinID mLin- JaLJ_DETJkUI_TC.niKkNi- =4. WD惬眾1romKC flixntJL.itL70.030fiiCQamli- A>Crnrrrit Fw-MtT-trTF屮roocau如“nJTfdIP1nJ7Vfe|*q1E4riL|*iA*I> JFT.J 寸 ETll«7tTL-LLID号jEf42 t£Jl5C£l niTH cnj9J rmB.-LzM、jr.'ARKJtt 1.0舁 AOB = a 催12图5.2 75 Q的微带线宽度计算输入Z0=50Ohm,可以算出微带线的宽

6、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->New Project 设置工程文件名称为WilkinsonUn it设置长度单位为divider ,点击 Lengthmm。点击New Project对话中的OK键，并保存文件。(二)创建原理图将MUSB甫入原理图，参数设置：H :基板厚度(0.8 mm)； 件3) ； Mur:磁导率(1) ； Co nd:金属电导率(5.88E+7)； mm) T：金属层厚度(0.03 mm) TanD损耗角正切(

7、1e-4) (0 mm)。如下图所示：er :基板相对介电常数Hu：封装高度(1.0e+33;Roungh：表面粗糙度-MSubMSL1B MSuilbl H=0.3 mm 'Ee43 -M u p 1,Cqnd=5.ee+7 .Hu=1.0e+33 mmT=0.03mm130 0=0.00001 Rougli=0 mH Bba5e= Dpeaks=.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 ,11范围 为5-20。设置后如下图所示：咼如一.VART . w1 =0.787281 t o - w2=1.5211 =16.802

8、7 to图6.2 : Var控件参数同样方法完成原理图绘制:旦A" 7a斤r "J0hd4l - Mi 百 YT-> I -th' p桦 p Fl I?-' E -10.0-3.05图6.3:完整原理图（三）原理图S参数仿真為-VvrWt-利fl#令4 t nfE,7-"II .tt'岸iri 5 - 屯寸: -I1 E>Sji:v-UU r rt町|+|勺；Ji 出h；l:气iU；齐 < - -L_*3-fc*i-±ff - 円t S；片*.JU _.nt PFL" rrnIf, GW： 2T :工&

9、#39;£人祜r>-FF日忸祐_ . L" *n . - . %"Qt H屮4 2, 祁*KS U-TWm d ， 、-z-fl > EFg：Q：01TL-OTga nIT 耳r.> ?Ei/jri. ft-Vl rn，比 -： #丫叭| E 1 *-* >* r> * 快注: gl FTITiiW M卄 LX I -m.0Zrt 士 1理卡®、4£- 狂YRk-W.1FrB ,?OSiJKr-'fcii'l 1吨巧.-1； EO(L(B-60.00.500.751.001.251.50-3.350

10、.50yzd、/y 10.751.001.251.50-15freq, GHzfreq, GHz)znxrsr(B-450.500.751.001.251.50-10freq, GHz-500.500.751.001.251.50freq, GHz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控件设置优化方选择优化设置控件 Optim放置在原理图中，双击该 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

11、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。Ran geVar1=freq ，表示优化是在一定频率范围内进行的。0.9GHz。1.1GHz。RangeMin1=0.9GHz，表示频率变化范围的最小值为RangeMax1=1.1GHz，表示频率变化范围的最大值为Mla4ka- -j ： .'疋k

12、AK *«2 I1'.Iirw*p.眄HI-p*a-匸i-ki a.n-i a-bA耳C-q -UU：. I割T . I 0A I刚严皿运 sEJLAAt l I I ：nJ aiitt mH-H it J -hr亠-JMII.-R . . n-=!_*CF-IE'!、平'；r I*!<ga加w虬耳oJ、41,.,J« i 宀 w，-刊 I -v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Fl（即原理图中MSUB里的参数），方-> Substrate -> Up date F

13、romMomentum -> Substrate ->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 法是点击版图窗口菜单中的Mome ntumSchematic从原理图中获得这些参数，点击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port。上的Port按钮，弹出port设置窗口，点击 0K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layers要和连接的微带线一致，不要忘记在substrate 中的metallizat

14、ion中加入薄膜电阻所在的层。点击 EM -> Simulation Setup -> frequenee plan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:Im My J（xir> iJibVj'ilkini 0*':emSpnjp EM SfiKip fcf ?imuhco（i）If lie lac舌 ViPTT 旦芦 Ip乡y鹭醤HZ-AS 9毎aV 詞 Uom uWS LayokF 说n币百hiirigMi Eui朮旳协P Podi Freq«>nfy plan1 'Dytpijf R" F Dptinin孕 rjcM”Cap*- Bz . j I."0*5亡b ipI.eELrbyGi.e TalaJPrA-fu-ocb-sarlfl«hcIl -rSdLtuLiLhrigt片心duallyQ ICjnui coJIe.0 E 狂 wit电 MTaTc#:ni ytr