ads仿真软件微带型等分威尔金森功分器设计

摘要功率分配器是将功率按一定的比例分成两路或者多路，反过来使用就是功率合成器，其在微波射频电路如雷达系统、通信系统和遥感系统等中得到了广泛的应用。本论文中主要介绍了威尔金森功分器的应用背景、其理论基础的研究和分析，并介绍了微带线的相关原理知识。本次设计主要是利用ADS仿真软件设计一个微带型等分威尔金森功分器，完成符合技术指标的原理图和布局图，优化仿真得到其各端口的S参数，从而观察其工作频率、回波损耗、插入损耗和隔离度，并从中分析影响功分器性能的因素。关键词：威尔金森功分器ADS仿真优化AbstractPowerdividerisakindofthedeviceswhichcandividethepowerintotwoormultiplexedoutputpoweraccordingtoacertainratio.Itisusedaspowercombinerinturn.PowerdivideriswidelyusedinRFandmicrowavecircuitssuchasradar,communicationsystem,remotesensing,etc.ThepapermainlyintroducestheapplicationandtheoryoftheWilkinsonpowerdivider.What’smore,italsoanalyzesthebasicprincipleofthemicrostripline.ThisdesignismainlyusingADSsimulationsoftwaretodesignaWilkinsonpowerdivider,completingtheschematicandlayout,optimizingandsimulatingtheSparametersofeachport.ThenthroughtheSparameters,Iobserveitsworkingfrequency,returnloss,insertionlossandisolation,analyzingthefactorswhichinfluencetheperformanceofthepowerdivider.Keywords:WilkinsonpowerdividerADSsimulationoptimization1．绪论1.1论文研究的背景及意义随着现代电子通信技术的迅速发展，信息的交流越来越频繁，各种各样的电子电气设备已经涉及到各个领域。从现有的射频、微波应用，可以看出这个飞速发展的领域具有很大的潜力，也将会成为未来许多应用的富有成效的资源。而微波技术是近代电子技术的重要方向，它在国防、科研、国民经济等许多部门获得了重要的应用。微波的应用主要在于作为信息载体的应用和微波能的应用两个方面。微波技术的发展是和它的实际应用紧密联系的。上世纪40年代初，微波技术主要用于国防军事部门；50年代以后，微波技术在广播电视、雷达、通信、全球卫星导航定位系统、电子对抗、空间技术、原子能研究、可控热核反应、遥控、遥测、遥感、射电天文、无损检测、化学、生物学、医学、工业、农业以至食物烹调等行业获得了广泛的应用。微波技术在不断的满足上述应用中，得到了发展和完善。目前，就其微波的发展方向来看，工作频段不断向高频段扩展；且微波元器件及整机设备不断向小型化、宽频带发展；另外，微博系统也不断向自动化、智能化和多功能化方向发展。无论电子工作设备处于哪个频段，都需要各种功能的元器件，如电感、电容、功分器等无源器件，和各种有源器件共同作用，以实现信号匹配、分配、滤波等。在微波系统中，各种无源、有源器件的功能是将微波信号进行处理或者变换。功率分配器广泛在雷达、微波通信和电子侦测等系统中应用。现代无源器件中，微带型的功分器越趋重要。在大功率发射系统中，如果将功分器多路信号反转过来合成一路信号，就是合成器，合成器深深的影响着整个系统的性能。在微波射频电路中，威尔金森功分器应用极为广泛，它的性能好坏直接影响所构成微波器件的功能和特性。本文介绍了功分器在电子通信领域的重要地位及其广泛应用。另外，还介绍了威尔金森功分器和微带线，且利用ADS2008仿真软件进行仿真优化，并对影响功分器的因素进行了分析。本次微带型等分威尔金森功分器设计的主要工作包括以下几个部分：浏览网络和查阅相关书籍，了解功分器的相关基本原理；根据微带型等分威尔金森功分器的设计指标，利用ADS进行功分器原理图的设计、仿真与优化；进一步进行版图矩量法电磁仿真。本论文首先介绍微带型等分威尔金森功分器的研究背景及意义；再介绍微带型等分威尔金森功分器的工作原理和基本性能指标，如隔离度、插入损耗和回波损耗等。然后介绍微带线的结构和主要参数。最后在ADS2008仿真软件的基础上设计优化微带型等分威尔金森功分器，并分析影响威尔金森功分器性能的因素。最后总结本次设计的实验仿真优化过程和设计成果，并在此基础上提出本论文的不足之处并对今后的进一步的研究方向做出展望。2.威尔金森功率分配器2.1功分器的介绍功分器全称功率分配器，英文名为Powerdivider，其在一定的频率范围内输出功率按一定的比例进行分配。它也可反过来成为功率合成器，即将多路信号能量合成一路输出。功分器应保证各个输入输出端口之间的匹配，并且保证各个输出端口之间相互隔离，以及传输损耗小。功率分配器的参数指标包括插入损耗、隔离度、回波损耗等。而威尔金森功分器是宽频带、有输出隔离、同相输出、输出损耗小、结构简单及有集总参数元件的功分器。2.2功分器的结构2.2.1三端口功率分配器三端口功率分配器的结构如下图所示，它是在微带线T型接头的基础上发展起来的，结构比较紧凑，并可以提供任意的功率比。信号由端口1输入，输入端口的传输线特性阻抗为，经过特性阻抗为、的两段传输线由2、3两个端口输出。2、3两个端口所接负载为、。特性阻抗为、的两段传输线的长度是微分之一波长。R为隔离电阻，其作用是保证两个输出端口具有良好的隔离度。2.2.2工作原理功分器属于无源微波器件，应用于功率的分配与合成。（2）功分器通常采用三端口网络，常用3dB等分形式。（3）将输入信号按比例分配到各个输出端口，并在输出端口保持相同的输出相位。（4）端口2、端口3输出功率比值为规定的比值。在中心频率上，四分之一传输线的输入阻抗为[1]：为了满足条件（1），要求[1]为了满足条件（2）应当使[1]上式中的k是两个输出端口功率分配比。最后，为了满足条件（3），要求[1]：以上条件中有四个未知参数、，、，在设计过程中，可以任意选定一个参量，以增加设计的灵活性。选取[1]其它参量则由以上公式可分别求得于是有在实际中，输出负载经常也是。为了使负载与、相匹配，需要各加一段四分之一波长的阻抗变换器。阻抗变换器的特性阻抗由下式确定[1]：如果三端口功率分配器是一个等功率分配器，k=1，则有：电路中隔离电阻的作用是，当三端口网络作为功率分配器工作的时候，在满足以上三个条件的基础上，隔离电阻没有电流通过，此时两个端口之间处于开路状态。但是，当两个端口稍有失配的时候，隔离电阻可以吸收反射回来的功率，以保证输出端口具有良好的隔离性。2.3威尔金森功率分配器2.3.1威尔金森功分器结构下图[2]为传输线结构及采用微带线制作的威尔金森功分器。其中，输入端口特性阻抗为；两段分支微带线电长度为，特性阻抗分别为和，终端分别接负载和。另外，端口1无反射；端口2和端口3输出电压相等且相同。端口2和端口3输出功率比为任意指定值，通常为功率等分。为增加端口2与端口3的隔离度，在它们之间加入隔离电阻R。其中：端口1没有反射输出；两个输出端口的输出电压相等；两个输出端口的输出功率等于规定的比值，通常为功率等分；在端口2和端口3之间加入的隔离电阻增加了隔离度。此类三端口网络用矩阵表示的S参量矩阵为[2]其特性参数包括端口1和端口2的反射损耗[2]：端口1和端口2之间的耦合系数为[2]端口2和端口3之间的隔离度为[2]下图[2]给出了，和的典型频率反应，中心频率为2.3.2威尔金森功分器基本指标1、频率范围：平率方位是指各种射频和微波电路工作的前提，功率分配器的设计结构和尺寸大小与工作平率密切相关，必须首先明确功率分配器的工作频率，才能进行具体的设计工作。2、输出端口间的隔离度：端口2和端口3为相互隔离端口，在理想情况下，隔离端口间没有相互输出的功率，但由于设计及制作精度的限制，使隔离端口间仍存在一些功率输出，端口2到端口3的隔离度定义为：当功率分配器两个支路的结构完全对称时，散射参量，式（2-14）中的隔离度也可以用定义。3、两个支路的功分比：两个支路的功分比即为功率分配器两个支路的功率分配比，可用散射参量和表示功分比，其表达式为：当功率分配器是两等分输出时，,功率分配器的功分比是1。4、相位平衡度在功率合成应用中，输出端口相位平衡度直接影响功率合成效率，即要求各个输出端口信号相位一致。5、输入端口回波损耗：输入端口1的反射功率与输入功率之比[3]6、插入损耗：输出端口的插入损耗根据输出端口的输出功率与输入端口1的输入功率来计算[3]7、每个端口的电压驻波比或反射系数：端口的电压驻波比或反射系数是射频和微波电路的一个重要指标，它反映了端口的匹配状况。端口1、端口2和端口3的电压驻波比或反射系数，分别由散射参量、和决定。其中端口1的电压驻波比为[3]：用分贝表示的端口1的反射系数为：用同样的方法可以求出端口2和端口3的电压驻波比和反射系数。功率分配器3个端口的理想工作状态是匹配，因此希望每个端口的电压驻波比越小越好（最小值是1），每个端口的反射系数模值越小越好（最小值为0，若用分贝表示，最小值为）。8、输入输出间的传输损耗。输入输出间的传输损耗是由于传输线的介质或导体不理想等因素导致的，介质的损耗角正切和导体的电导率是形成损耗的原因。9、承受功率。承受功率是指在大功率时，功率分配器和功率合成器中电路元件所能承受的最大功率。3.微带传输线3.1微带线的介绍所有平面传输线中，在微波平面电路技术中应用最广泛、最重要的当数微带线。它是一种带状导线，由介质基片、导体板和导体带构成。微带线的几何结构并不复杂，其中，用电介质将与地平面之间的一面隔离开，而将另一面直接暴露在空气里。它属于微波传输线，普遍应用于微波平面电路设计和微波集成电路（MIC）技术中。由于微带线采用印制电路技术且制作简单，又便于集总元器件的放置和连接，使其应用远远广于其他类型的平面传输线。由于对场的传播而言，微带线为开放结构，所以并非所有电场或磁场均被限制在微带线结构内部。由于存在微小的轴向E场，因此微带线中传播的不是单纯的TEM模波，而是准TEM模波[5]。微带线的结构如下图所示[2]。它是由厚度为t、宽度为w的导带与接地板构成，其间填充有厚度为h的介质基片。3.2微带线的主要参数作为一级近似，假定构成微带线的导体的厚度t与基片厚度h相比可忽略。在这种情况下，能够利用经验公式，它们只与微带线结构（w和h）及介电常数有关。对于窄的微带线，其特性阻抗为[2]其中，是在自由空间的波阻抗，是由下式给出的等效介电常数[2]：对于宽的微带线，必须才用不同的特性阻抗表示式[2]：其中，必须注意，由上述给出的特性阻抗只是近似值，而且在的取值范围内不是连续的函数。特别是，当时，计算出的特性阻抗有点不连续，由于不连续引起的误差小于0.5%，仍然可利用上述表达式计算出为微带线的特性阻抗及等效介电常数，如下图所示[2]。在前面公式中，等效介电常数被视为充满微带线周围空间的均匀介质的介电常数，还均匀介质替代了介质基片和周围的空气。用等效介电常数的概念能计算微带线的相速度，由此可导出波长的表达式：与以前一样，此处c是光速，f是工作频率，是电磁波在自由空间的波长。为了实现目标，我们希望有一个关系式，用于根据给定的特性阻抗和基片的介电常数计算值。假定微带线的导体无限薄，对于，可得[2]其中系数A为[2]对于，可得[2]其中系数B为[2]3.31/4波长阻抗变换器波长阻抗变换器是一种常用的阻抗变换与匹配结构。对于纯阻性负载,其输入阻抗为纯阻抗,取,完成了从到的变换,如下图所示[3]。若终端负载具有任意阻抗,可采用两种用1/4波长阻抗变换器完成到变换的方案。图8[3]所示的方案是在终端负载处并联一段特性导纳为、长度合适的终端短路（或开路）支线，用于抵消负载中的电抗部分，从而使等效的负载变成纯阻性负载。设与对应的负载导纳为,则支线长度应使,这时。图9[3]所示的方案是在负载和1/4波长阻抗变换器之间串联一段特性阻抗为、长度合适的传输线，使1/4波长阻抗变换器的等效负载，即自支线始端向负载方向看去的输入阻抗为纯电阻性，设，则支线长度，应使，即可实现要求的阻抗变换，这一线段也称为相移线段。4.等分威尔金森功分器设计4.1ADS简介本次设计主要运用ADS2008软件来进行优化仿真。ADS，全称“先进设计系统”（AdvancedDesignSystem)，是一款由Agilent公司为适应竞争形势，而高效进行研发生产的EDA软件。这款软件因其拥有强大的功能，支持所有类型的射频电路设计，包括时域电路设计、频域电路设计、电路布局图设计和通信系统设计，同时提供各种电路的时域仿真分析、频域仿真分析和电磁仿真分析，并可以与其他EDA软件进行连接。在原理图设计中，ADS不仅提供了从无源到有源、从器件到系统的设计面板，而且提供设计工具、设计向导和设计指南等，原理图设计可以在数据显示视窗看到仿真结果。ADS仿真速度极快，且拥有和主流3D电磁仿真软件的精度，从而迅速在工业设计领域EDA软件中占尽风头。无论从简单到最复杂，还是从微波模块到MMIC，ADS都有着不可替代的作用。其中，ADSMomentum是简化3D的2.5D电磁场仿真器，对于第三维度上的均匀变化的结构仿真非常适用，如无源板级器件设计、PCB板级设计、LTCC和RFIC/MMIC等。ADS是一种强大的电子设计自动化软件系统。它因为能够提供完全的设计集成，因而非常适合蜂窝和便携、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。ADS电子设计自动化功能包含时域电路仿真(SPICE-likeSimulation)、频域电路仿真(HarmonicBalance、LinearAnalysis)、三维电磁仿真(EMSimulation)、通信系统仿真(CommunicationSystemSimulation)、数字信号处理仿真设计（DSP），其非常强大。ADS是当今国内各领域使用最广泛的微波射频电路和通信系统仿真软件。它从简单到复杂，从离散的射频微波模块到用于通信和航天国防的集成MMIC，都支持射频和系统设计工程师开发所有类型的RF设计。此外Agilent公司和多家半导体厂商合作，建立并提供设计人员使用最新的ADSDesignKit及ModelFile。使用者可以利用DesignKit及软件仿真功能进行通信系统的设计、规划与评估，及MMIC/RFIC、模拟与数字电路设计，并能在第一时间获得最新的设计资源。Agilent公司还利用其他软件无法比拟的优势，除上述仿真设计功能外，ADS软件也提供了一些其他的辅助设计功能，如DesignGuide，它是以范例及指令方式示范电路或系统的设计流程；而SimulationWizard却是以步骤式的界面进行电路设计与分析。Agilent公司在2008软件的版本中添加了3D电磁场仿真器（EMDS），其是以有限元算法（FiniteElementMethod）做基础的，使得软件的3D仿真能力得到了大大的提高[4]。4.2ADS软件的仿真设计分析法ADS软件可以进行电路的模拟，并完成射频微波电路和通信系统的设计，可以提供S参数仿真、谐波平衡仿真、电路包络仿真、瞬态仿真、和电磁仿真等分析方法。以下是ADS的一些分析和仿真方法[4]：（1）高频SPICE分析和卷积分析（Convolution）高频SPICE分析方法可以用瞬态分析来分析线性与非线性电路的瞬态效应。微带线、带状线等在高频SPICE仿真器中可以直接被使用频域分析模型，因为在仿真时，高频SPICE仿真器会直接将频域分析模型进行拉普拉斯变换，再进行瞬态分析，而无需将其变换成等效RLC电路。因此无论是低频电路还是高频电路的瞬态分析，都可以使用高频SPICE分析方法。高频SPICE还拥有瞬态噪声分析的功能，使得振荡器或锁相环抖动等这些电路的瞬态噪声可以直接被仿真出来。卷积分析方法是高级时域分析方法，其是基于SPICE高频仿真器。其核心卷积分析，使得在分析频率相关的元件如传输线、微带线等时变得更加精确。（2）线性分析线性分析，是一种对线性或非线性的射频微波电路进行线性分析的频域、小信号电路仿真分析方法。当进行线性分析时，软件会首先计算出电路中各元件所需的线性参数，如S、Z、Y和H参数、噪声、电路阻抗、稳定系数、反射系数、增益或噪声等，再分析和仿真整个电路，从而得到与线性电路的幅频、相频等。（3）谐波平衡分析谐波平衡分析提供稳态、频域、非线性、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，从而得到如功率压缩点、噪声、谐波失真等参数。谐波平衡分析与时域的SPICE仿真分析相比，它可以快速有效地分析非线性电路。线性S参数分析与SPICE的瞬态响应分析方法在具有多频输入信号的非线性电路仿真上存有一些不足，而谐波平衡分析方法恰恰能弥补它们的不足之处。尤其谐波平衡分析方法在现今包含了混频电路结构的高频通信系统中，使用越趋频繁、越趋重要。（4）电路包络分析（CircuitEnvelope）电路包络分析可以分解成时域和频域两个部分来处理高频调制信号，并且能够快速全面的分析数字调制射频信号。借鉴了谐波平衡与SPICE这两种仿真方法的优点，电路包络分析用时域SPICE仿真方法来分析较低频的调频信号，而用频域的谐波平衡仿真方法来分析较高频的载波信号，这样的处理就能大大的提高了仿真器的速度和效率。（5）射频系统分析射频系统分析方法为用户提供模拟评估系统特性，其中可以使用行为级模型和元件电路模型来响应验证系统的电路模型。射频系统仿真分析是及其强大的，它包含了用来验证线性化系统模型特性与射频系统的无源元件的线性分析、用来验证非线性系统模型特性的谐波平衡分析，以及用来验证具有数字调频信号的系统特性的电路包络分析。（6）拖勒密分析（Ptolemy）拖勒密分析比较适用于在数字信号、模拟信号与高频信号的混合模式系统中的仿真。ADS在设计中分别提供了可供使用的数字元件模型（如IIR滤波器、FIR滤波器，OR逻辑门、AND逻辑门等）、通信系统元件模型（如RaisedCosine滤波器、QAM调频解调器等）和模拟高频元件模型（如IQ编码器、混频器、切比雪夫滤波器等）。（7）电磁仿真分析(Momentum)ADS软件提供了Momentum对电路进行3D平面电磁仿真。它是基于矩量法的仿真分析方法。矩量法是一种数值计算方法，在电磁场的数值计算中得到了广泛的应用。在Momentum电磁仿真分析中提供了Momentum微波模式和Momentum射频模式两种分析模式，根据电路的工作频率和尺寸大小，用户可以对其进行判断选择。ADS软件采用矩量法对布局图进行电磁仿真分析，从而对得到耦合和寄生效应加以验证。4.3ADS的辅助设计功能和主要仿真器4.3.1ADS提供的辅助设计功能如下：设计指南——提供了示范电路设计的设计流程；智能仿真向导——提供了步骤式的设定界面；仿真与结果显示模块——用户可以将经常重复使用的仿真设定制成一个模板；电子笔记本——用户可以把文字叙述添加到所要设计的电路和仿真结果中，并由此制成网页式的报告。4.3.2ADS在射频、模拟电路设计中常用的仿真器如下：直流仿真；交流仿真；S参数仿真；谐波平衡仿真；大信号S参数仿真；电路包络仿真；瞬态仿真。4.4建立工程与设计原理图4.4.1此次设计的具体指标：(1)频率范围在0.9和1.1GHz之间；(2)频带内输入端口的回波损耗在20dB以上；(3)频带内输入端口与两个输出端口之间的插入损耗均在3.1dB以下；(4)两个输出端口之间的隔离度在25dB以上；(5)输入输出阻抗为50ohm。4.4.2建立工程运行ADS,弹出ADS的主窗口；单击【File】——【NewProject】命令，建立一个新的工程，选择默认工作路径“c:\users\default”,在路径的末尾输入工程名为“equal_divider3”，并在【ProjectTechnologyFiles】框中选择“ADSStandard:Lengthunit-millimeter”,默认长度单位为毫米；单击【ok】按钮，并且在弹出的“SchematicWizard”窗口中单击【Cancel】,完成新建工程，同时原理图设计窗口将自动打开。4.4.3设计原理图(1)在原理图设计窗口中选择微带线器件面板列表TLines-Microstrip；(2)本设计需要用到的元件有：功率分配器的输入端口构成如下图所示。在原理图中插入MLIN和MTEE元件，并用导线连接起来，并分别将MLIN的参数设置为W=w1mm、L=5mm和MTEE的参数设置为W1=w2mm、W2=w2mm、W3=w1mm。功率分配器的一路分支线由3个MLIN、两个Mcurve和一个MTEE元件构成。其各元件参数的设置如下如所示。功率分配器的另外一路分支线是由相同的元件构成。由于功率分片器结构的对称性，两路分支线中各段微带线的尺寸参数相同。在两路分支线间插入隔离电阻TFR，并用导线连接输入端口和两路分支线，其中TFR的参数为W=w2mm、L=(2*w2)mm、Rs=50Ω。输出端口由三个TLIN和两个Mcurve构成，其各微带线的尺寸如下图所示。两个输出端口是完全对称的，所以两输出端口的各位带线尺寸参数相同。将各部分用导线连接起来就构成了一个完整的功率分配器。4.4.4微带线的设置微带线是由金属覆盖在介质材料的表面而构成的，即使是相同尺寸大小的微带线，也会因其不同种类的金属材料和介质材料的电气特性导致不同的特性阻抗。在此设计中，我选择了FR-4材料。其微带线具体参数的设置过程如下：在原理图中插入微带线参数设置控件“MSUB”。双击微带线参数的设置控件，弹出参数设置窗口，按照下面内容对它的参数进行设置：H=0.8mm，表示微带线所在的基板的厚度为0.8mm。Er=4.3，表示微带线的相对介电常数为4.3。Mur=1，表示微带线的相对磁导率为1。Cond=5.88E+7，表示微带线的电导率为5.88E+7。Hu=1.0e+33mm，表示微带电路的封装高度为1.0e+33mm。T=0.03mm，表示微带线的金属层厚度近似为0.03mm。TanD=1e-4，表示微带线的损耗角正切为1e-4。Rough=0mm，表示微带线的表明粗糙度为0。除了要设置出介质材料和金属材料的特性参数，还需要设置原理图功分器中每段微带线的尺寸参数，所以在设置前需要计算出它们的尺寸。由功分器的理论分析可得，输入端口传输线的特性阻抗Z0为50ΩΩ。特性阻抗为50ΩΩ、电长度为传输线的线宽和线长都可以通过传输线计算工具“LineCalc”计算。（3）单击菜单栏中【Tools】——【LineCalc】——【StartLineCale】命令，在“SubstrateParameters”的窗口中输入与图11相同的传输线参数；（4）在“ComponentParameters”中的“Freq”中输入1.000GHz，即功分器工作的中心频率为1GHz；（5）在“Electrical”中的“Z0”中输入50Ohm,单击，则：其中（6）在“Electrical”中的“Z0”中输入70.7Ohm,并选择,单击，则：其中通过“VAR”控件，将计算出的微带线理论尺寸应用到功分器的各段传输线上，在原理图中插入“VAR”控件；双击“VAR”控件，对微带线各尺寸参数进行设置；分别将w1,w2和lh作为变量值，并设置、、。4.5原理图的仿真（1）选择“Term”元件，将其分别放置在功分器3个端口上，并用来定义端口1、2和3。并且单击工具栏中的图标，如下如放置三个“地”，并用导线连接好电路：（2）在原理图中插入S参数扫描控件，并且双击“SP”控件对其参数进行设置：设置“Sweeptype”为线性“liner”，并设置扫描的频率范围为0.9GHz-1.1GHz，步长为0.01GHz，如下图完成S参数仿真控件。（3）S参数仿真设置完成后，就可以对功分器的各个参数进行仿真了，保存好原理图，并单击按钮运行仿真。仿真结束后，在弹出的数据显示窗口中添加S(1,1)、S(2,1)、S(2,2)、S(2,3)的矩形图，得到的结果如图所示。从上图中可以看出，当参数设置为理论值时，各项指标还并不是很理想，没有完全达到设计指标，因此需要对相关参数进行优化设置。4.6电路参数优化由于在设计中，功分器的输入输出阻抗为50ohm，为了实现输入匹配，因此必须使W1=1.52mm，以达到输入阻抗匹配。在此次设计中为了优化系统各项指标，就主要得改变变量w2和lh这两个值。首先通过在VAR控件中设定这两个变量的范围，过程如下：双击“VAR”控件，系统弹出“variablesandequations”的窗口；在窗口中选择变量w2；单击【tune/opt/DOEsetup】——【optimization】选项卡，在“optimizationsetup”中选择“enable”、“type”中选择“continuous”、“format”中选择“min/max”、“maximumvalue”分别设置为0.7和0.9，就完成了对w2的设置。单击【OK】按钮确定设置并关闭窗口。同样，将lh的“min/max”、“maximumvalue”分别设置为5和20。（5）需要在原理图里添加优化方式和优化目标，在原理图设计窗口中选择优化工具栏；（6）将优化控件插入到原理图中，并且添加四个由于需要4个目标控件，分别用来优化目标、、、。由于电路的对称性，所以不用再优化设置和。其中：和分别是输入、输出端口的反射系数；是传输参数，反映传输损耗；反映了两个输出端口之间的隔离度。（3）常用的优化方法有Random（随机）和gradient（梯度）等。Random通常用于大范围的搜索，gradient通常用于局部收敛。此次设计中选择random优化方法，并且设置优化方法为100。（7）按照下述设置目标控件：在expr项中输入表达式“”——优化的目标是端口1反射系数的dB值。在“siminstancename”项中，输入“”——针对S参数仿真进行的优化。Min值采用默认值——的值越小越好。MAX=-20——优化的目标是不超过-20dB。Weight采用默认值——几个优化目标间没有主次之分。RangeVar[1]=“freq”——优化是在一定的频率范围内进行。——频率优化范围的最小值为0.9GHz。——频率优化范围的最大值为1.1GHz。其余三个Goal控件的具体的参数如下图所示。（8）设置完后需对原理图进行仿真，保存好原理图，并单击按钮运行仿真。若仿真状态窗口最后的currentE=0,则表示仿真无误差。当优化仿真结束后，数据显示窗口会自动打开，最终的优化结果如下图所示，可见都达到各项设计指标要求，并且指标在通带内相对平坦。在每一次优化仿真完成后，需要执行【simulate】——【updateoptimizationvalues】，以保存优化后的变量值（在“VAR”控件上可以看到变量的当前值）；否则，优化后的值将不保存到原理图中。若每一次优化的S参数仿真结果不能满足设计指标的要求，则必须不断改变变量的取值范围，重新进行优化，一直到满足设计要求为止。4.7功分器版图仿真一般情况下，使用电路板上的微带电路实现功率分配器，可能会使得与原理图的仿真结果有很大的差别。因此，需要在ADS中进一步采用Momentum电磁仿真分析法对版图进行仿真，其结果比原理图仿真要准确很多，采用的是矩量法计算。4.7.1功分器版图的生成(1)在原理图中输入输出端口里添加三个端口元件。（2）单击工具栏中的图标，再单击使原理图用于S参数仿真的“SP”控件、3个term元件和3个“地”，用于优化的“optim”控件和4个“goal”元件失效，使其在不再出现在生成的版图中。（3）所需元件失效后，执行菜单命令【Layout】——【Generate/UpdateLayout】，应用默认设置，直接单击【OK】按钮。（4）在弹出的“statuesoflayoutgeneration”对话框里，显示了所生成版图中有效地元件数目等信息，如下图所示。然后将对话框中的内容和原理图比较，确认无误后单击【OK】按钮完成版图的生成。版图生成后，如下图所示，从图中可发现，原理图的各种传输线模型已经转化为版图的实际微带线。由于微带线的介质基片和金属片的基本参数对微带型威尔金森功分器的性能产生很大的影响，所以必须再次设置版图中的微带线的基本参数。为了利用原理图的仿真结果，必须将版图中的微带线参数设置为原理图中的“Msub”控件的参数。在版图的设计窗口中，执行