基于ADS仿真wilkinson功分器

1、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一。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。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+P

2、3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/M由这些条件可以确定乙2、乙3以及R、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PrSu =- lOLog () ri(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 =- lOLog )S31 =- lOLug(3)输出端口间的隔离度2和输出端口 3的输出功输出端口 2和输出端口 3间的隔离度可以根据输出端口率比来计算(4)lOLo

3、g ：)功分比根据输出端口3和输出端口 4的输出功率比来计功分比当其它端口没有反射时,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50 a的微带线宽度计算图75 a的微带线宽度计算输入Z0=50Ohm可以算出微带线的宽度为。填入ZO丽E_Eff=90deg ,可以算出微带线的线宽为和长度。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 Wilkinson divider ，点击LengthUnit设置长度单位为 mm点击New Project对话中的OK

4、键，并保存文件。(二)创建原理图将MUSB11入原理图，参数设置：H：基板厚度mm); er：基板相对介电常数；Mur：磁导率；Cond:金属电导率+7); Hu：封装高度+33 mm) T:金属层厚度 mm);TanD:损耗角正切(1e-4) ; Roungh：表面粗糙度(0 mm)。如下图所示：图：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，l1范围为5-20。 设置后如下图所示：图：Var控件参数同样方法完成原理图绘制图：完整原理图（三）原理图S参数仿真图：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

5、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SimlnstanceName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。RangeVar1=

6、freq ,表示优化是在一定频率范围内进行的。RangeMin1=,表示频率变化范围的最小值为。RangeMax1二,表示频率变化范围的最大值为。图：设置优化指标后的原理图（五）优化后的S参数仿真图：优化后的S参数结果（六）生产版图图：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MSUB1的参数），方法是点击版图窗口菜单中的Momentum - Substrate - Update FromSchematic 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

7、，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 - Simulation Setup - frequence plan弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的SweepType选才A 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