不等分微带功分器设计(共39页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上本科毕业设计（2011届）题 目不等分微带功分器设计学 院电子信息学院专 业电子科学与技术班 级学 号学生姓名指导教师完成日期2011年3月诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文不等分微带功分器设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日专心-专注-专业摘 要在无线通讯射频电路中经常会遇到要求射频功率不平衡分配的情况，因此不等分功分器在实际射频电路中有着重要的应用价值。微带线具有体积小、易加工、易集成等优点，而被广泛应用于射频微波集成电路中。因此本毕业设计主要是针对微带线型

2、不等分功分器的研究而展开的。不等分微带功分器相对于等分微带功分器而言，设计难度要更为复杂一点，需要考虑的影响因素要更多一些。本次设计中，通过对Wilkinson微带功分器的研究，提出了不等分微带功分器的设计理论。在此理论基础上，利用Advance Design System射频微波电路仿真软件，设计了两款一分二不等分的微带型功率分配器（功分比例分别为1:2，3:4）。实验和仿真结果一致，并满足设计指标要求，从而论证了不等分微带型功率分配器设计理论的正确性。关键词：不等分；微带；功分器；ADS软件；射频ABSTRACTRF circuits in wireless communications

3、requirements often encountered in the power imbalance in the distribution of radio frequency, ranging from sub-splitters so the actual RF circuit has important application value. Microstrip line is small, easy processing, easy integration, etc., which are widely used in microwave integrated circuits

4、 in RF. Therefore, this graduation design mainly for microstrip line power splitter sub-ranging research undertaken. Ranging from sub-microstrip power divider relative to the attainment of microstrip power divider, the design is difficult to be more complex, factors to be considered to be more of th

5、em. The design, by microstrip Wilkinson power divider on the research, proposed ranging from sub-microstrip power splitter design theory. Based on this theory, the use of Advance Design System RF and microwave circuit simulation software, designed two points of a sub-second range Microstrip power sp

6、litter (power divider ratio was1:2,3:4). Experimental and simulation results are consistent and meet the design requirements, which demonstrates the range Microstrip power splitter sub-design theory is correct.Key words: unequal; microstrip; power divider; advance design system software; RF目 录1 引言 -

7、12 概述 -4 2.1 不等分功分器中的微带线 -42.1.1 微带线的定义-42.1.2 微带线的结构-42.1.3 微带线计算-52.1.5 微带线常用材料-62.2 功分器 -72.2.1 功率分配器定义-72.2.2 功率分配器的工作原理-82.2.3 微带线功率分配器-93 总体设计 -124 软件设计 -134.1 ADS软件-134.1.1 ADS软件介绍-134.1.2 ADS仿真分析-134.2 总体方案-154.3 程序流程 -165 制作与调试 -27 5.1 硬件电路 -275.2 调试 -27结论 -31致谢 -32参考文献 -331 引言功分器是将输入信号功分器分

8、成相等或者不相等的几路功率输出的一种多端口网络，广泛应用于雷达系统及天线的馈电系统中。不等分功分器按照其功率分配比有相应的设计公式可较为容易地实现1。然而近几年来随着我国国民经济和科学技术的快速发展，我国的无线通信技术也得到了飞速的发展。虽然我国已经提出了具有自主知识产权的3G标准TD-SCDMA，移动运营商业正在快速的筹建TD-SCDMA网络，但是由于某些技术问题，致使我国在迈向真正的3G时代，要走的路还很长；在迈向我们的通信行业成为引领世界通信行业的巨头的时代，还会更长。通信行业是一个快速发展的行业，一个国家这个行业发展的好坏，就看这个国家拥有多少通信人才和人才的能力水平2。于是人们认识到

9、了，在移动通信或电视发射系统中，不等分功率分配器有着重要的应用价值。在许多场合，要求在水平面内的辐射场是非轴对称的。例如，对山区和海上方向的辐射场强较弱，而其他方向的辐射场强较强，这种情况，可以通过天线阵实现，也可以用功率分配器实现;然而利用同轴结构不等分功率分配器比天线阵列更能降低成本。以往等分功率分配器均是在输人端作阻抗变换，难以实现一分四不等分功率分配器.本文采用通过阻抗变换先将输人端口的阻抗变换至所需值，然后在各个分支也进行阻抗变换的方法，实现了一分四不等分功率分配器，进而进行数值计算和电磁仿真3。随着无线电通信技术的快速发展，各种通讯系统的载波频率不断提高，小型化低功耗的高频电子器件

10、及电路设计使微带技术发挥了优势。在射频电路和测量系统中，如混频器、功率放大器电路中的功率分配与耦合元件的性能将影响整个系统的通讯质量4。在现代微波通讯系统及测试仪器中，无源微波器件是十分重要的组成部分。无源微波器件可以分为功率匹配器件和频率匹配器件。功率匹配器件包括功分器，耦合器，衰减器等，这类器件工作在一定的频段上，将主信号通道上的微波传输功率分配到不同的支路上，或者把功率衰减到一定的范围。总而言之，是对功率起直接作用的无源器件。频率匹配器件如滤波器，双工器，合路器等都是将有用频段的信号，把从天线接收到的信号中选出来，在微波通讯系统中十分重要，常位于放大器的前端。我国民用的通讯频段主要集中在

11、0.8GHz-2.5GHz。其中涵盖了：CDMA800MHz；GSM900MHz、1800MHZ；小灵通PHS1900MHZ；DCS 1700MHz；3G192OMHZ、2110MHz；WLAN2400MHz。不同的电信运营商，虽获得的频段略有差异，但为了系统有较大的兼容性与扩展功能，越来越要求它们有更宽的工作频带、更小的相邻信道间的干扰等。就功率匹配器件这一块来说，希望它们的工作频带都为0.8GHz-2.5GHz；而且要求器件小型化，输入、输出端口低驻波，传输通道低插损，相邻信道高隔离等。在这种设计要求下，我们设计了微带二功分器，微带定向耦合器5。在实际应用中，有时候需要将信号源的功率分别馈

12、赠给若干个分支电路。例如将发射机的功率分别馈送给天线的很多个辐射单元，就是说，进行功率分配，这就要用到各种类型传输线的分支元件6。一种新的微带功率分配器（PD）是提出了一个平行耦合线（PCL）对包括地面上的缺陷，它的两个输出是由一个电阻和一个电容相连。PD是一个0.9 GHz的开发和实验结果证明它具有低插入损耗，良好的阻抗匹配和隔离。此外，第三次谐波抑制这种局部放电优于35分贝和分频器总面积只有34的常规情况7。在微波电路中，功率分配器是最基本的的元件之一。通常情况下，我们采用微波等功率分配，如经典的Wilkinson结构，易实现，性能好。然而，在有些情况下需要两路功率不是等分而是要按照一定的

13、比例分配。在功率分配比大于6时，可以直接选用定向耦合器作为功率分配元件。但是，在小于6时，由于耦合器间距要求过近，无法保证实现的精度，这就要求我们进行不等分功率分配器的设计。以同等功率的分配器。这项建议并不需要额外的设计制造过程中的修改和补充的结构相比，其他典型的多枝波导。统一的输出功率的分布情况可以很容易地获得通过调整之间的内部和外部树枝分枝角度不引入多余的散射损耗.类似的设计程序时，也可用于其它电源工作波长分割比率或指定8。自从20世纪40年代MIT辐射实验室发明和塑造了种类繁多的波导型功分器和耦合器后，在20世纪50年代中期和60年代又发明了多种采用带状线技术的耦合器。其分析设计方法到六

14、十年代中期的微波网络模型，逐步从数学上来阐明其性质，单是由于没有微波网络的分析模型，设计人员一般采用繁琐的试凑法。可以想象，每一次的参数优化都需要在实验室由世纪的模型来完成，整个过程漫长复杂。20世纪70年代开始计算机的普及和仿真软件的出现，使得模型的设计可由专门的厂家来和设计公司完成。这样，在预估计电路性能方面，即使只是基本熟悉计算机使用的工厂技术人员也可以准确而迅速地获得微波电路的优化设计参数，这却是那些只熟悉电路理论而不懂得借助于计算机进行试验设计的人员办不到的9。在微波设计软件中最为出名的就是ADS（Advanced Design System）美国安捷伦公司所拥有的电子设计自动化软件

15、；ADS功能十分强大，支持射频和系统设计工程师所开发的所有类型的RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC，几乎成为微波电路设计工作中必备的工具。现代社会对于不等分微带功分器的研究，越来越深入，通过对威尔金森功分器原理的不断研究，人们对功分器的研究也有了一定的突破，选择这个课题可以对此方面做一定的研究，有助于对其的了解，便于日后应用10。2 概述2.1 不等分功分器中的微带线2.1.1 微带线的定义微带线是式一种准TEM波传输线，结构简单，计算复杂，位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导(信号线)与地平面之间用一种电介质隔离开。印制导线的厚度

16、、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关11。目前，微带传输线可分为两大类：一类是射频/微波型号传输累的电子产品，这一类产品与无线电的电磁波有关，它是以正弦波来传输信号的，如雷达、广播电视和通信；另一类是高速逻辑信号传输类的电子产品，这一类产品是以数字信号传输的，同样也与电磁波的方法传输有关，这一类产品开始主要应用在计算机等中，现在已迅速推广应用到家电和通信类电子产品上了12。为了达到高速传送，对微波印制板基板材

17、料在电气特性上有明确的要求。在提高高速传送方面，要实现传输信号的低损耗、低延迟，必须选用介电常数合适和介质损耗角正切小的基板材料进行严格的尺寸计算和加工。2.1.2 微带线的结构图2-1常规微带线截面图如图2-1是微带线横截面的结构图，相关设计参数如下：（1） 基板参数：基板介电常数r、基板介质损耗角正切tan、基板高度H和导线厚度t。导带和底板（接地板）金属通常为铜、金、银、锡或铝。（2） 电特性参数：特性阻抗Z0、工作频率f0、工作波长0、波导波长g和电长度（角度）。（3） 微带线参数：宽度W、长度L和单位长度衰减量AdB。构成微带的基板材料、微带线尺寸与微带线的电性能参数之间存在严格的对

18、应关系。微带线的设计就是确定满足一定电性能参数的微带物理结构13。2.1.3 微带线计算已知传输线的电特性参数（Z0、），求微带线的物理结构参数（W、L、AdB）。解： （2-1） （2-2） （2-3）其中： （2-4） （2-5） （2-6） （2-7） （2-8） （2-9） 已知微带线的物理结构参数（W、L、AdB），求电特性参数（Z0、）。解： （2-10） （2-11） （2-12）2.1.4 微带线常用材料构成微带线的材料就是金属和介质，对于金属的要求是导电性能，对于介质的要求是提供合适的介电常数，而不带来损耗。当然，这是理想情况下，对材料的要求还与制造成本和系统性能有关。1）介

19、质材料高速传送信号的基板材料一般有陶瓷材料、玻纤布、聚四氟乙烯、其他热固性树脂等。表2-1给出了微波集成电路中常用介质材料的特性。就微带加工工艺而言，这些材料有两种实现方式：（1）在基片上沉淀金属导带，这类材料主要是陶瓷类刚性材料。这种方法工艺复杂，加工周期长，性能指标好，在毫米波或要求高的场合使用。（2）在现成介质覆铜板上光刻腐蚀成印制板电路，这类材料主要是复合介质类材料。这种方法加工方便，成本低，是目前使用最广泛的方法，又称为微波印制板电路。在所有的树脂中，聚四氟乙烯的介电常数r稳定，介质损耗角正切最小，而且耐高低温性和耐老化性能好，最适合于作高频基板材料，是目前采用量最大的微波印制板制造

20、基板材料。2）铜箔种类及厚度选择目前最常用的铜箔厚度有35m和18m两种。铜箔越薄，越易获得高的图形精密度，所以高精密度的微波图形应选用不大于18m的铜箔。如果选用35m的铜箔，则过高的图形精度使工艺性变差，不合格品率必然增加。研究表明，铜箔类型对图形精度亦有影响。目前的铜箔类型有压延铜箔和电解铜箔两类。压延铜箔较电解铜箔更适合于制造高精密图形，所以在材料订货时，可以考虑选择压延铜箔的基材板。表2-1 微波集成电路中常用介质材料的特性材料损耗角正切（10GHz时）相对介电常数 电导率应用氧化铝陶瓷99.5%96%85%261510980.300.280.20微带线蓝宝石1100.40微带线，集

21、总参数元件玻璃2050.01微带线，集总参数元件熔石英140.01微带线，集总参数元件氧化玻172.50微带线复合介质基片金红石41000.02微带线铁氧体2140.03微带线，不可逆元件聚四氟乙烯152.5微带线3）环境适应性选择现有的微波基材，对于标准要求的-55+125环境温度范围都没有问题。但还应考虑两点，一是孔化与否对基材选择的影响，对于要求通孔金属化的微波板，基材z轴热膨胀系数越大，意味着在高低温冲击下，金属化孔断裂的可能性越大，因而在满足介电性能的前提下，应尽可能的选择z轴热膨胀系数小的基材；二是适度对基材板选择的影响，基材树脂本身吸水性很小，但加入增强材料后，其整体的吸水性增大

22、，在高温环境下使用时会对介电性能产生影响，因而选材时应选择吸水性小的基材或采取结构工艺上的措施进行保护。2.2 功分器2.2.1 功率分配器定义在射频/微波电路中，为了将功率按一定的比例分成两路或多路，需要使用功率分配器（简称功分器）。在近代射频/微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用着功率分配器。功率分配器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗。支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。（1） 频率范围。这是各种射频/微波电路的工作前提，功率分配器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计。（2） 承受功率。在

23、大功率分配器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种传输线。（3） 分配损耗。主路到支路的分配损耗实质上与功率分配器的功率分配比有关。如两等分功率分配器的分配损耗是3dB，四等分功率分配器的分配损耗是6dB。定义： （2-13）式中 （2-14）（4） 插入损耗。输入输出间的插入损耗是由于传输线（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。定义 （2-15）其中，A是实际测量值。在其他支路端口接入匹配负载

24、，测量主路到某一支路间的传输损耗。可以想象，A是理想值就是Ad。在功率分配器的实际工作中，几乎都是用A作为研究对象。（5） 隔离度。支路端口间的隔离度是功率分配器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出，这就要求支路之间有足够的隔离度。在主路和其他支路都接匹配负载的情况下，i口和j口的隔离度定义为 （2-16）隔离度的测量也可按照这个定义进行。（6）驻波比。每个端口的电压驻波比越小越好。2.2.2 功率分配器的工作原理一分为二功率分配器是三端口网络结构，如图2-2所示。图2-2 功率分配器示意图信号输入端的功率为P1，而其他两个输出端口的功率分别为

25、P2和P3。由能量守恒定律可知P1= P2+ P3。如果P2（dBm）= P3（dBm），三端功率间的关系可写成P2（dBm）= P3（dBm） =Pin（dBm）-3dB （2-17）当然，P2并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际电路中最常用。因此，功率分配器可分为等分型（P2= P3）和比例型（P2= kP3）两种类型。2.2.3 微带线功率分配器功率分配器/合成器有两路和多路或三路情况下。（1） 两路功率分配器如图2-3是两路微带线威尔金森功率分配器示意图。图2-3 威尔金森功率分配器示意图这是一个功率分配器，Z0是特性阻抗，g是信号的波导波长，R是隔离电阻。当信号从左端一号端口输入

26、时，功率从二号端口和三号端口等功率输出。如果有必要，输出功率可按一定比例分配，并保持电压同相，电阻R上无电流，不吸收功率。若二号端口或三号端口有失配，则反射功率通过分支叉口和电阻两路到达另一支路的电压等幅反相而抵消，在此点没有输出，从而可保证两输出端有良好的隔离。考虑一般情况（比例分配输入功率）下，设三号端口P3和二号端口P2的输出功率比为k2，即 (2-18)由于一号端口到二号端口与一号端口到三号端口的线长度相等，故二号端口的电压U2与三号端口的电压U3相等，即U2= U3。二号端口与三号端口的输出功率与电压的关系为 (2-19)将上式代入（2-18），得 （2-20）即 （2-21）式中，

27、Z2、Z3为二号端口和三号端口的输入阻抗，若选 （2-22）则可以满足式（2-21）。为了保证一号端口匹配，应有 （2-23）同时考虑到 (2-24）则 (2-25）所以 （2-26）为了实现二号端口和三号端口的隔离，即二号端口或三号端口的反射波不会进入三号端口或者二号端口，可选 （2-27）在等功率分配的情况下，即在P2=P3，k=1，于是 (2-28）3 总体设计对于不等分功率分配器的每一路功率是不相等的，但是依然可以根据上面的分配原理进行计算，只是由于功率的不等分引起了阻抗的不相等，我们可以根据每一路的功率比计算出阻抗比，从而通过阻抗变换节对每一路进行阻抗匹配。解决了不等分的分配后，其他

28、的隔离原理等计算方法同等功率分配器的完全相同。对于微带功率分配器我们常用的是功率等分的功率分配器，有很多软件对于功率分配器的仿真都是可以的，常用的有ESSOF，ADS，Microwave Office等，由于软件仿真的结果是理想化的，所以插入损耗与实际的差别由于电阻接头等引的误差是不可避免的，一般情况是由实际材料等决定的。而对于各个端口的回波损耗及隔离度，ESSOF，Microwave Office的仿真结果很接近。本次设计使用ADS软件进行设计仿真，通过2009ADS软件仿真两个一分二不等分微带功分器，功分器的比例分别为1:2和3:4。使用ADS选择Wilkinson功分器进行设计，按照需要

29、的比例对Wilkinson功分器进行调试，选择好中心频率和板材，通过调试Wilkinson功分器，使其达到我所需要的频率。最后经过计算机分析，记录数据，得出结论。4 软件设计4.1 ADS软件 4.1.1 ADS软件介绍先进设计系统(Advanced Design System)，简称ADS，是安捷伦科技有限公司(Agilent)为适应竞争形势，为了高效的进行产品研发生产，而设计开发的一款EDA软件。软件迅速成为工业设计领域EDA软件的佼佼者，因其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力（尤其在射频微波领域），而得到了广大IC设计工作者的支持。 ADS是高频设计的工业领袖。它支持系统和射

30、频设计师开发所有类型的射频设计，从简单到最复杂，从射频微波模块到用于通信和航空航天国防的MMIC。 通过从频域和时域电路仿真到电磁场仿真的全套仿真技术，ADS让设计师全面表征和优化设计。单一的集成设计环境提供系统和电路仿真器，以及电路图捕获、布局和验证能力 因此不需要在设计中停下来更换设计工具。 先进设计系统是强大的电子设计自动化软件系统。它为蜂窝和便携电话、寻呼机、无线网络，以及雷达和卫星通信系统这类产品的设计师提供完全的设计集成。 ADS电子设计自动化功能十分强大，包含时域电路仿真 (SPICE-like Simulation)、频域电路仿真 (Harmonic Balance、Linea

31、r Analysis)、三维电磁仿真 (EM Simulation)、通信系统仿真(Communication System Simulation)、数字信号处理仿真设计（DSP）；ADS支持射频和系统设计工程师开发所有类型的RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC，是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。 此外Agilent公司和多家半导体厂商合作建立ADS Design Kit 及 Model File供设计人员使用。使用者可以利用Design Kit 及软件仿真功能进行通信系统的设计、规划与评估，及MMIC/RFI

32、C、模拟与数字电路设计。除上述仿真设计功能外，ADS软件也提供辅助设计功能，如Design Guide是以范例及指令方式示范电路或系统的设计流程，而Simulation Wizard是以步骤式界面进行电路设计与分析。ADS还能提供与其他EDA软件，如SPICE、Mentor Graphics的ModelSim、Cadence的NC-Verilog、Mathworks的Matlab等做协仿真（Co-Simulation），加上丰富的元件应用模型Library及测量/验证仪器间的连接功能，将能增加电路与系统设计的方便性、速度与精确性。 4.1.2 ADS仿真分析（1） 高频SPICE分析和卷积分析

33、（Convolution） 高频SPICE分析方法提供如SPICE仿真器般的瞬态分析，可分析线性与非线性电路的瞬态效应。在SPICE仿真器中，无法直接使用的频域分析模型，如微带线带状线等，可于高频SPICE仿真器中直接使用，因为在仿真时可于高频SPICE仿真器会将频域分析模型进行拉式变换后进行瞬态分析，而不需要使用者将该模型转化为等效RLC电路。因此高频SPICE除了可以做低频电路的瞬态分析，也可以分析高频电路的瞬态响应。此外高频SPICE也提供瞬态噪声分析的功能，可以用来仿真电路的瞬态噪声，如振荡器或锁相环。 卷积分析方法为架构在SPICE高频仿真器上的高级时域分析方法，藉由卷积分析可以更加

34、准确的用时域的方法分析于频率相关的元件，如以S参数定义的元件、传输线、微带线等。 （2） 线性分析 线性分析为频域的电路仿真分析方法，可以将线性或非线性的射频与微波电路做线性分析。当进行线性分析时，软件会先针对电路中每个元件计算所需的线性参数，如S、Z、Y和H参数、电路阻抗、噪声、反射系数、稳定系数、增益或损耗等（若为非线性元件则计算其工作点之线性参数），在进行整个电路的分析、仿真。 （3） 电路包络分析（Circuit Envelope） 电路包络分析包含了时域与频域的分析方法，可以使用于包含调频信号的电路或通信系统中。电路包络分析借鉴了SPICE与谐波平衡两种仿真方法的优点，将较低频的调频

35、信号用时域SPICE仿真方法来分析，而较高频的载波信号则以频域的谐波平衡仿真方法进行分析 （4） 射频系统分析射频系统分析方法提供使用者模拟评估系统特性，其中系统的电路模型除可以使用行为级模型外，也可以使用元件电路模型进行习用响应验证。射频系统仿真分析包含了上述的线性分析、谐波平衡分析和电路包络分析，分别用来验证射频系统的无源元件与线性化系统模型特性、非线性系统模型特性、具有数字调频信号的系统特性。 （5） 谐波平衡分析( Harmonic Balance) 谐波平衡分析提供频域、稳态、大信号的电路分析仿真方法，可以用来分析具有多频输入信号的非线性电路，得到非线性的电路响应，如噪声、功率压缩点

36、、谐波失真等。与时域的SPICE仿真分析相比较，谐波平衡对于非线性的电路分析，可以提供一个比较快速有效的分析方法。 谐波平衡分析方法的出现填补了SPICE的瞬态响应分析与线性S参数分析对具有多频输入信号的非线性电路仿真上的不足。尤其在现今的高频通信系统中，大多包含了混频电路结构，使得谐波平衡分析方法的使用更加频繁，也越趋重要。 另外针对高度非线性电路，ADS也提供了瞬态辅助谐波平衡(Transient Assistant HB)的仿真方法，在电路分析时先执行瞬态分析，并将此瞬态分析的结果作为谐波平衡分析时的初始条件进行电路仿真，藉由此种方法可以有效地解决在高度非线性的电路分析时会发生的不收敛情

37、况。（6） 拖勒密分析（Ptolemy） 拖勒密分析方法具有可以仿真同时具有数字信号与模拟、高频信号的混合模式系统能力。ADS中分别提供了数字元件模型（如FIR滤波器、IIR滤波器，AND逻辑门、OR逻辑门等）、通信系统元件模型（如QAM调频解调器、Raised Cosine滤波器等）及模拟高频元件模型（如IQ编码器、切比雪夫滤波器、混频器等）可供使用。 （7）电磁仿真分析(Momentum) ADS软件提供了一个2.5D的平面电磁仿真分析功能Momentum（ADS2005A版本Momentum已经升级为3D电磁仿真器），可以用来仿真微带线、带状线、共面波导等的电磁特性，天线的辐射特性，以及

38、电路板上的寄生、耦合效应。所分析的S参数结果可直接使用于谐波平衡和电路包络等电路分析中，进行电路设计与验证。在Momentum电磁分析中提供两种分析模式：Momentum微波模式即Momentum和Momentum射频模式即Momentum RF；使用者可以根据电路的工作频段和尺寸判断、选择使用。下面是我所通过ADS软件制作比例为1:2和3:4两个不等分微带功分器。功率分配器的中心频率为2.0GHz，板材是Rogers5880双面板，介电常数为2.6。4.2 总体方案首先确定设计指标：中心频率为2.0GHz，分配比例为3:4和1:2，在进行设计时主要以功分器的S参数作为优化目标进行仿真优化。S

39、21、S31是传输参数，反应传输损耗：S11、S22、S33分别是传输入口输出端口的反射系数。S23反应了两个输出端口之间的隔离度。如图4-1，经过计算得出Z0、Z02、Z03、Z04、Z05、R。图4-1微带三端口功分器4.3 程序流程打开2009ADS软件，建立一个工程，然后打开原理图设计界面。由于2009ADS是有智能化模板，直接找到工程所需器件如图4-2。图4-2元器件对其进行各项指数设置，设置成所需的比例，一个比例的K=0.75，另外一个的比例K=0.5。然后选择控件MSub，分别将两个元器件连接成电路如图4-3、4-4。图4-3比例为4:3电路功分器的工程总图图4-4比例为2:1电

40、路功分器的工程总图进行对微带电路参数MSub设置如图4-5。图4-5控件MSubH基板厚度（0.508mm）、Er基板相对介电常数（2.6）、Mur磁导率（1）、Cond金属电导率（1.0E+50）、Hu封装高度（1.0e+33mm）、T金属层厚度（0.03mm）、TanD损耗角正切（0）、Rough表面粗糙度（0mm）。设置完成以后，工具栏找到DesignGuide，然后点击Passive Circuit弹出窗口如图4-6。图4-6 Passive Circuit窗口点击Passive Circuit Control Window，会显示一个窗口如图4-7图4-7 窗口Passive Cir

41、cuit DesignGuide把所需程序先进行选中，然后点击Design Assistant中的Design，完成之后再点击Simulation Assistant，设置好起始频率为1GHz，终止频率为3GHz，频率间距是20MHz，然后点击Simulate对工程进行分析如图4-8、4-9、4-10。图4-8 各端口S参数随频率的变化图4-9 S曲线随频率的变化图4-10 S曲线随频率的变化如图4-8、4-9、4-10所示，观察S曲线的所显示的数值，如果没有达到预想的要求，就对其进行优化设置，直到得到满意的参数为止。优化完参数设置以后，生成原理图4-11、4-12。图4-11 比例为1:2不

42、等分功分器的原理图图4-12 比例为3:4不等分功分器的原理图仔细设置好各个参数，然后点击工具栏中的Simulate按钮就开始进行优化仿真了。S11用来设定输入端口的反射系数，S22和S33用来设定输出端口的反射系数，S21和S31用来设定功分器通带内的衰减情况，S23用来设定两个输出端口的隔离度。在优化过程中会打开一个状态窗口显示优化结构，其中的CurrentEF表示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近优化目标，0表示达到了优化目标，然后保存优化后的变量值。完成前面步骤以后点击Simulate按钮进行仿真，反正结束以后会出现图形显示窗口。点击左侧工具栏中的按钮，防止一个方框到图形窗口中，这是

43、弹出一个设置窗口，在窗口左侧的列表里选择S（1，2）和S（1，3）即S21的参数和S31的参数，点击Add按钮会弹出一个窗口设置单位，点击OK，图形窗口中显示出S21和S31随频率变化的曲线。为了精确读取曲线上的值，可以添加Marker。接着点击要添加Marker的曲线，曲线上出现一个倒三角的标志，点击拖动此标志，就可以看到曲线上各点的数值，如图4-13、4-14、4-15、4-16、4-17、4-18。图4-13比例为1:2不等分功分器的Mag分析图图4-14比例为3:4不等分功分器的Mag分析图图4-15为比例1:2不等分功分器的dB分析图图4-16为比例3:4不等分功分器的dB分析图图4

44、-13、4-14、4-15、4-16，是幅度随频率变化而变化，其中标示出来的正是我所要求的数值，经过计算，数值基本吻合预期目标。图4-17 比例1:2电路功分器的隔离度图 4-18 比例3:4电路功分器的隔离度观察各S参数曲线是否满足指标要求，如果达到指标要求，可以进行版图的仿真了。如图4-17、4-18所得出的参数数值显示，隔离度基本满足预期设想，符合制作版图的要求。完成上述步骤以后就要将原理图生成版图，点击菜单中的LayoutGenerate/Update Layout，弹出一个设置窗口，直接点击OK就直接生成版图，如图4-19、4-20。图4-19比例为1:2电路功分器的版图图4-20比

45、例为3:4电路功分器的版图5 制作与调试5.1 硬件电路图5-1 制作实物图图5-2 调试平台实物的制作和测试如图5-1、5-2。在完成的板子上，各焊接上一个贴片电阻（比例为1:2的焊接一个110，比例为3:4的焊接一个100）。然后再在每个端口焊接上SMA接头。5.2 调试将完成以后的实物连接到矢量网络分析仪，三个端口都接上一个50的匹配负载，激励从一号端口输入，二号，三号端口无激励，通过调节矢量网络分析仪，使其测量出我所需要的插入损耗图5-3、5-4，驻波比5-5、5-6，隔离度5-7、5-8。图5-3 比例为1:2电路功分器的插入损耗图5-4比例为3:4电路功分器的插入损耗如图5-3和5-4所示，是矢量网络分析仪，对实物进行插入损耗的分析，分析结果显示，数值基本满足实验设计所需求。图5-5 比例为3:4电路功分器的驻波比图5-6 比例为1:2电路功分器的驻波比如图5-5、5-6所示，用矢量网络分析仪所测得的实物分析驻波比图，误差不大，基本满足指标。图5-7 比例为1:2电路功分器的隔离度图5-8 比例为3:4电路功分器的隔离度如图5-7，5-8所示，使用矢量网络分析仪对实物的测试所得到的隔离度图形与数值，基本与用ADS软件仿真的所得到的仿真图。从结果上来看，各指标基本上满