微带wilkinson功分器的仿真设计实验报告

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。三、设计思路图一：设计思路示意图四、理论分析设计根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+P3。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/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s(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S(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S(4)功分比当其它端口没有反射时，功分比根据输出端口3和输出端口4的输出功率比来计算K(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。图5.150Ω的微带线宽度计算图5.275Ω的微带线宽度计算输入Z0=50Ohm,可以算出微带线的宽度为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仿真步骤创立工程点击File->NewProject设置工程文件名称为Wilkinsondivider，点击LengthUnit设置长度单位为mm。点击NewProject对话中的OK键，并保存文件。〔二〕创立原理图将MUSB插入原理图，参数设置：H：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：外表粗糙度(0mm)。如下列图所示：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，l1范围为5-20。设置后如下列图所示：图6.2：Var控件参数同样方法完成原理图绘制图6.3：完整原理图〔三〕原理图S参数仿真图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选择优化设置控件Optim放置在原理图中，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。RangeVar[1]=freq，表示优化是在一定频率范围内进行的。RangeMin[1]=0.9GHz，表示频率变化范围的最小值为0.9GHz。RangeMax[1]=1.1GHz，表示频率变化范围的最大值为1.1GHz。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〕生产幅员图6.7：幅员〔七〕幅员仿真幅员生成后先要设置微带电路的根本参数(即原理图中MSUB里的参数)，方法是点击幅员窗口菜单中的Momentum->Substrate->UpdateFromSchematic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，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中参加薄膜电阻所在的层。点击EM->SimulationSetup->frequenceplan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，如下图：图6.8网格大小的调整〔八〕幅员仿真S参数结果图6.9幅员S参数仿真结果幅员仿真结果看出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。符合设计要求目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章总论 1一、工程概况 1二、工程提出的理由与过程 6三、工程建设的必要性 8四、工程的可行性 12第二章市场预测 15一、市场分析 15二、市场预测 16三、产品市场竞争力分析 19第三章建设规模与产品方案 22一、建设规模 22二、产品方案 22三、质量标准 22第四章工程建设地点 25一、工程建设地点选择 25二、工程建设地条件 25第五章技术方案、设备方案和工程方案 28一、技术方案 28二、产品特点 30三、主要设备方案 32四、工程方案 32第六章原材料与原料供给 35一、原料来源及运输方式 35二、燃料供给与运输方式 35第七章总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程 37一、总图布置 37二、运输 38三、总体布局 38四、公用辅助工程 39第八章节能、节水与平安措施 44一、主要依据及标准 44二、节能 44三、节水 45四、消防与平安 45第九章环境影响与评价 47一、法规依据 47二、工程建设对环境影响 48三、环境保护措施 48四、环境影响评价 49第十章工程组织管理与运行 50一、工程建设期管理 50二、工程运行期组织管理 52第十一章工程实施进度 55第十二章投资估算和资金筹措 56一、投资估算 56二、资金筹措 58第十三章财务评价与效益分析 61一、工程财务评价 61二、财务评价结论 65三、社会效益 68四、生态效益 68第十四章风险分析 70