1、微帶wilkinson功分器的仿真設計實驗報告 學 院 電子科學與工程學院 姓 名 學 號 指導教師 2016年10月21日一、實驗目的l 了解功率分配器電路的原理及設計方法。l 學習使用ADS軟件進行微波電路的設計，優化，仿真。l 掌握功率分配器的制作及調試方法。二、設計要求指標l 通帶范圍0.9 1.1GHz。l 雙端輸出，功分比為1:1。l 通帶內個端口反射系數小于-20dB。l 兩個輸出端口的隔離度小于-20dB。l 傳輸損耗小于3.1dB。三、設計思路 圖一：設計思路示意圖四、理論分析設計1. 基本工作原理分析功率分配器是三端口電路結構，其信號輸入端的輸入功率為P1，而其它兩個輸出端

2、的輸出功率分別為P2和P3。理論上，由能量守恒定律可知：P1=P2+P3。端口特性為：(1) 端口1無反射(2) 端口2和端口3輸出電壓相等且相同(3) 端口2、端口3輸出功率比值為任意指定值1/k2 由這些條件可以確定Zo2、Zo3以及R2、R3的值。2.功分器技術指標計算 (1) 輸入端口回波損耗 輸入端口1的回波損耗根據輸入端口1的反射功率和輸入功率之比來計算s11=-10Log(PrPi) (2) 插入損耗 輸入端口1的回波損耗根據輸出端口的輸出功率和輸入端口1的輸入功率之比來計算S21=-10Log(P2P1) S31=-10Log(P2P1)(3) 輸出端口間的隔離度 輸出端口2和

3、輸出端口3間的隔離度可以根據輸出端口2和輸出端口3的輸出功率比來計算S23=-10Log(P2P3)(4) 功分比 當其它端口沒有反射時，功分比根據輸出端口3和輸出端口4的輸出功率比來計算K2=P2P3(5) 相位平滑度 在做功率分配器時，輸出端口的平滑度直接影響功率合成效率。五、尺寸計算使用ADS軟件自帶的計算工具計算出微帶線的尺寸。圖5.1 50的微帶線寬度計算圖5.2 75的微帶線寬度計算輸入Z0=50Ohm,可以算出微帶線的寬度為1.52mm。填入ZO=70.7Ohm和E_Eff=90deg，可以算出微帶線的線寬為0.79mm和長度42.9mm。完成理論值計算。六、ADS仿真步驟(一)

4、 創建項目n 點擊File->New Project設置工程文件名稱為Wilkinson divider，點擊Length Unit設置長度單位為mm。 n 點擊New Project對話中的OK鍵，并保存文件。 （二）創建原理圖n 將MUSB插入原理圖，參數設置：H：基板厚度(0.8 mm)；er：基板相對介電常數(4.3)；Mur：磁導率(1)；Cond：金屬電導率(5.88E+7)；Hu：封裝高度(1.0e+33 mm)；T：金屬層厚度(0.03 mm)；TanD：損耗角正切(1e-4)；Roungh：表面粗糙度(0 mm)。如下圖所示： 圖6.1：MSub控件參數n 在菜單中選擇

5、變量VAR空間，插入到原理圖,設置w1范圍為0.7-0.9，l1范圍為5-20。設置后如下圖所示：圖6.2：Var控件參數n 同樣方法完成原理圖繪制圖6.3：完整原理圖（三）原理圖S參數仿真 圖6.4：原理圖S參數仿真結果（四）指標優化n 在原理圖設計窗口中選擇優化工具欄n 選擇優化設置控件Optim放置在原理圖中，雙擊該 控件設置優化方法及優化次數。n 常用的優化方法有Random(隨機)、Gradient(梯度)等。隨機法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局部收斂n 因為具有四個優化目標，所以在插入Optim后需插入4個Goal控件設置，并進行參數設置，例如：n 在Expr中設置表達式dB(

6、S(1,1)，表示優化的目標是端口1反射系數的dB值。n 在SimInstanceName中，輸入SP1，表示是針對S參數仿真SP1進行的優化。n Max=-20,表示優化的目標不超過-20dBn Min值不添，這是由于S(1,1)的值越小越好n Weight值不添，這是由于優化的幾個參數沒有主次之分。n RangeVar1=freq，表示優化是在一定頻率范圍內進行的。n RangeMin1=0.9GHz，表示頻率變化范圍的最小值為0.9GHz。n RangeMax1=1.1GHz，表示頻率變化范圍的最大值為1.1GHz。圖6.5：設置優化指標后的原理圖（五）優化后的S參數仿真圖6.6：優化后

7、的S參數結果（六）生產版圖圖6.7：版圖（七）版圖仿真n 版圖生成后先要設置微帶電路的基本參數(即原理圖中MSUB里的參數)，方法是點擊版圖窗口菜單中的Momentum -> Substrate -> Update From Schematic從原理圖中獲得這些參數，點擊Momentum -> Substrate -> Create/Modify可以修改這些參數。n 為了進行S參數仿真還要在功分器兩側添加兩個端口，做法是點擊工具欄上的Port按鈕，彈出port設置窗口，點擊OK關閉該窗口，在電路兩邊要加端口的地方分別點擊加上兩個port。n 電阻要替換成薄膜電阻，否則無法用矩量法進行仿真，注意薄膜電阻的寬度要和連接的微帶線一致，不要忘記在substrate中的metallization layers中加入薄膜電阻所在的層。n 點擊EM -> Simulation Setup -> frequence plan彈出仿真設置窗口，該窗口右側的Sweep Type選擇Adaptive，起止頻率設為與原理圖中相同，采樣點數限制取10 (因為仿真很慢，所以點數不要取得太多)。然后點擊保存按鈕，將設置填入左側列表中，點擊Simulate按鈕開始進行仿真。仿真過程中會出現一個狀態窗口顯示仿真進