实验三射频微波功率分配器合成器设计

实验三射频微波功率分配器合成器设计第1页，课件共37页，创作于2023年2月一、基本理论

将一路微波功率按一定比例分成n路输出的功率元件称为功率分配器。按输出功率比例不同,可分为等功率分配器和不等功率分配器。第2页，课件共37页，创作于2023年2月技术指标：频率范围：分配器的工作频率承受功率：分配器/合成器所能承受的最大功率功率分配比：主路到支路的功率分配比插入损耗：输入输出间由于传输线（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驻波比：每个端口的电压驻波比隔离度：支路端口间的隔离程度第3页，课件共37页，创作于2023年2月1.1集总参数功率分配器1.电阻式（等功率）△形和Y形电阻式功率分配器第4页，课件共37页，创作于2023年2月用ADS仿真：第5页，课件共37页，创作于2023年2月优点：频宽大,布线面积小,设计简单缺点：功率衰减较大第6页，课件共37页，创作于2023年2月2.集总L-C式低通型和高通型功率分配器第7页，课件共37页，创作于2023年2月用ADS仿真中心频率为2.4GHz的集总参数L-C式低通型功率分配器，传输线特征阻抗为50欧姆。第8页，课件共37页，创作于2023年2月第9页，课件共37页，创作于2023年2月第10页，课件共37页，创作于2023年2月1.2威尔金森功分器第11页，课件共37页，创作于2023年2月二、威尔金森功分器的设计与仿真频率范围：0.9-1.1GHz频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB频带内插入损耗：S21>-3.1dB,S31>-3.1dB隔离度：S32<-25dBH: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)设计指标：微带板材参数第12页，课件共37页，创作于2023年2月(1).创建新的工程、设置长度单位为毫米第13页，课件共37页，创作于2023年2月(2).画原理图，选择微带线控件分别放置在绘图区中，并用线连接。Ctrl+R旋转F5移动文字第14页，课件共37页，创作于2023年2月（3）利用微带线计算工具计算微带线尺寸参数

在原理图窗口执行【tools】-【lineCalc】-【StartLineCalc】

修改参数，然后单击按钮就可以算出微带线的线宽1.52mm第15页，课件共37页，创作于2023年2月在Electrical栏Z0项填入70.7Ohm，在E_Eff中输入90deg（对应四分之一波长），然后单击按钮就可算出微带线的线宽0.7889mm，线长为42.8971mm。第16页，课件共37页，创作于2023年2月（4）设置优化变量为便于参数优化的需要，在原理图中插入“VAR”控件；

双击“VAR”控件，设置w1、w2、ih三个变量(此处不设单位，在设置每段微带线时另行设定）。第17页，课件共37页，创作于2023年2月设置微带线宽度W和长度L，具体变量设置如图所示（加SP、端口）L=1mmRs=100Ω第18页，课件共37页，创作于2023年2月（5）原理图仿真，分别看S11、S21、S22、S23数据频率带宽较差，还需要进一步优化第19页，课件共37页，创作于2023年2月（6）参数优化

双击控件，弹出参数设置窗口；选择w2，单击“Tune/Opt/Start/DOESetup”按钮；选择“Optimization”标签，如下设置：

同样方法设置ih变量（12—22）第20页，课件共37页，创作于2023年2月（7）设置优化方式和优化目标

在元件库立标中选择“Optim/Stat/Yield/DOE”，将优化设置控件“Optim”和优化目标控件“Goal”（共需四个）插入原理图中。-25第21页，课件共37页，创作于2023年2月

优化完成后，需要执行菜单命令[Simulate]->[UpdateOptimizationValues],以保存优化后的变量值。（8）优化仿真第22页，课件共37页，创作于2023年2月

在工具栏单击“DeactiveorActive”控件，然后单击Optim控件和Goal控件，然后再进行仿真，此时即为优化后结构的仿真结果。第23页，课件共37页，创作于2023年2月第一次优化仿真结果第24页，课件共37页，创作于2023年2月第二次优化仿真结果第25页，课件共37页，创作于2023年2月第三次优化仿真结果第26页，课件共37页，创作于2023年2月27（9）功分器的版图生成

在工具栏单击“DeactiveorActive”控件，然后单击Optim控件、4个Goal控件3个“地”、三个“Term”，“SP”控件，使它们失效，就不会出现在所生成的版图中。第27页，课件共37页，创作于2023年2月

执行菜单命令【Layout】->【Generate/UpdateLayout】，弹出一个设置对话框，这里应用其默认设置，直接单击OK。第28页，课件共37页，创作于2023年2月

在版图窗口执行菜单命令【Momentum】->【Substrate】->【UpdateFromSchematic】，将原理图的基板和微带参数更新到版图中。

在版图窗口执行菜单命令【Momentum】->【Substrate】->【Creat/Modify】，可以查看和修改基板和微带的基本参数。第29页，课件共37页，创作于2023年2月（10）功分器的版图仿真

在版图窗口执行菜单命令【Insert】->【Port】，弹出port对话框。在功分器版图中插入三个端口，分别于端口1、端口2、端口3相连。第30页，课件共37页，创作于2023年2月

在版图窗口执行菜单命令【Momentum】->【Simulation】->【S-Parameters】，打开仿真控制对话框。设置起止频率与原理图相同，参数设置完成后，单击“Update”按钮。然后单击“Simulate”按钮，开始仿真。第31页，课件共37页，创作于2023年2月版图仿真结果第32页，课件共37页，创作于2023年2月输出版图：第33页，课件共37页，创作于2023年2月作业：设计一微带结构的威尔金森功分器，指标要求：中心频率：2.45GHz带宽：60MHz频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB，S22<-20dB频带内插入损耗：S21>-3.1dB,S31>-3.1dB隔离度：S32<-25dB板材参数：H:基板厚度(1.5mm)，Er:基板相对介电常数(2.65)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(0.035mm)TanD:损耗角正切(1e-4)，Roungh:表面粗糙度(0mm)报告要求：（1）叙述威尔金森功分器原理；（2）给出功分器的原理图和版图；（3）给出原理图和版图仿真结果，并对其结果进行分析。第34页，课件共37页，创作于2023年2月三、功分器的测量3.1主路驻波比测量5.按菜单键，选驻波返回。记下驻波数据（20个频点）。

3.按右图测回损连接，电桥测试端口接上双阳连接器一只，即以双阳为新的测试端口，接开路负载，执行校开路；接上阴短路器，执行校短路；接阴匹配负载进行校零。4.接上功分器的主路输入插座，其他各支路端接匹配负载。此时屏幕上已出现输入阻抗轨迹，可按↓键换档。看看该器件的水平如何（点子越集中越靠近原点越好）。1.在《频域》设置：《0.1MHz》BF=500.0MHz、⊿F=50.0MHz、EF=2500.0MHz。屏幕自动出现《N=41》。2.设置《M：常规》、A下《回损》，B下空白。。第35页，课件共37页，创作于2023年2月3.2各支路的幅相特性测量2.按测插损连接，在仪器输入与输出口上各接一根短电缆。两电缆末端各接一只10dB衰减器，再用一个双阴连接起来。4.拔下双阴，将两根电缆带衰减器的一端，分别接到功分器的主路与某一支路上，另一支路接上匹配负载。记下各频点的插损与相位（20个频点）。3.按执行键校直通5.交换两支路的连接，记下另一路各频