威尔金森功率分配器设计-毕业论文.pdf

摘要功率分配器简称功分器，在被用于功率分配时，一路输入信号被分成两路或 多路较小的功率信号。功率合成器与功率分配器属于互易结构，利川功率分配器 与功率合成器可以进行功率合成。功分器在相控阵雷达，大功率器件等微波射频 电路中有着广泛的应川。现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求也越来越高，电 路的功能也越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期越来越短，传统的设计 方案已经不能满足微波电路设计的需求，使川微波软件工具进行微波系统的设计 已经成为微波电路设计的必然趋势。小型低功耗器件是射频电路设计的研究热点，而微带技术具有小型化低功耗 的优点，为此我学习了功分器的基本原理，结合当下的实际情况，设计了一个 Wilkinson功分器,并使用基于矩量法的ADS软件设计、仿真和优化计算相关数 据参数，进行参数的优化，并制作了一个性能良好的Wilkinson功分器。关键词：功分器，ADS,优化参数IABSTRACTABSTRACTPower divider is referred to as power divider,in which the input signal is divided into two(or more)smaller power signals when the power distribution is used.Power synthesizer,and a power divider is reciprocity structure,power synthesis can be carried out using the power splitter and combiner.Power divider is widely used in phased array radar,high power devices and other microwave circuits.Now the design of RF and microwave system is more and more complex,the circuit requirements are also getting higher and higher,more and more functions of the circuit,the circuit size is getting smaller and smaller and design cycle becoming shorter and shorter,the traditional design scheme has been unable to meet the demand of microwave circuit design,using microwave software tools for the design of microwave system has become the inevitable trend of the microwave circuit design.small size and low power consumption devices is the focus of the research on the RF circuit design,and microstrip technology has the advantages of miniaturization and low power consumption.Therefore,!learned the basic principle of power divider,combined with the current actual situation,the design of the a Wilkinson power divider,and use based on method of moments of the ADS software to design,simulation and optimization calculation parameters,parameter optimization,and produced a good performance of Wilkinson power divider.Key words:power divider,ADS,optimization parameters目录目录第1章引言.11.1功分器的发展概况.1第2章研究理论基础.22.1 功分器的理论基础.22.2 功分器技术基础.42.2.1 什么是功分器.42.2.2 功分器的重要性.42.2.3 Wilkinson功分器的优点.42.3 wilkinson 基本工作原理：.52.4 Wilkinson功率功分器的基本指标.62.4.1.输入端口的回波损耗.62.4.2 插入损耗.72.4.3 输入端口间的隔离度.72.4.4 功分比.72.4.5 相位平衡度.7第3章ADS的介绍.83.1 ADS 趋势.83.2 线性分析.93.3 电磁反正分析.103.4 仿真向导.10第4章 功分器的原理图设计仿真与优化.124.1 等分威尔金森功分器的设计指标.124.2 建立工程与设计原理图.124.2.1 建立工程.124.2.2 设计原理图：.134.2.3 基板参数设置.164.2.4 基板参数输入.184.2.5 插入 VAR.19in目录4.2.6 VAR参数设置.194.2.7 VAR 微带线.194.3 功分器原理图优化仿真.214.4 功分器优化版图生成.244.5 功分器优化.244.6 功分器的版图生成与仿真.31第5章结论.36参考文献.37致谢.38外文资料原文.39译文.41IV第1章引言第1章引言1.1功分器的发展概况功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的 微波网络，广泛应用于雷达，多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。功率分配器又可以逆向使用作为功率合成器，因此有时又称为功率分配/合成器。对于高效率应用场合，对功率分配器的主要要求是：插损较小，各路幅度和相位一致性要好，以保证较高分配与合成效率。两支路之间的隔离度要好，平滑度高，当其中的一路出现故障时不至于影响 另一路的正常工作或影响很小，以提高设备的安全系数和可靠性。宽频带，即在超宽的频带内达到所要求的性能。电路形式简单，容易调整，且体积小，以便于设备的小型化和实现批量生产。有足够的功率容量，以满足大功率分配合成的需要。当功率分配/合成器的工作频率较低时，其理论分析与实际研制都能达到较高 的效果，但随着频率升高，特别是在WGhz以上，则会带来许多的问题，要求加 工精度更高，微带线的损耗增加，微带不连续模型不够精准，隔离电阻尺寸可以 与波长相比拟，不再是一个纯电阻，且波长变短使分配/合成器的体积减小带来微 带间的耦合等。功率分配器和定向耦合器都属于无源微波器件，主要应用于功率分配和功率 合成。工程上常川的功率分配器和定向耦合器有T型结功分器，威尔金森功分器,倍兹孔定耦合器，分支线混合网络，Lange耦合器，波导魔T和对称渐变耦合线耦 合器等。功分器有两路功率分配器，三路功率分配器，八路功率分配器等功率分配器通常采川三端口网络，常用3dB等分形式，但也有不等分的形式。而定向耦合器通常采用四端口网络，它可以设计为任意功分比。1电子科技大学成都学院本科毕业设计论文第2章研究理论基础2.1 功分器的理论基础随着我国军事装备发展的突飞猛进，对频率高端，尤其是2Ghz到10Ghz宽频 带内高可靠微波功分器的应用也越来越广，需求量迅猛增加。特别是在微波测量 和电子对抗系统中，为提高装备的实用性和多信号捕捉能力，往往选川宽带体制 来作为系统方案，此时对功分器提出了全频带带宽覆盖的要求。功分器是微波接收，射频及频率合成系统中不可缺少的部件，无论是微波通 信，雷达，遥 控遥感，电子侦测，电子对抗还是微波测量系统中，都有将信号等 功率分配的要求，讲信号等分配为多路，再分别进行处理，是非常普遍的应用。在发射系统中，将功分器反转使用，就是功率合成器，在中，大功率发射源中，对整个系统性能有着重要的影响。尤其是在多通道侧向系统中，更是决定着系统 性能的关键部件，对幅度的一致性，相位的一致性指标有着严格的要求，这样才 能保证系统的测量精度。微波功分器除了幅度，相位一致性要求外，对功分器的插入损耗还有着较高 的要求，以避免过大的损耗降低信号强度。同时，为保证各路之间的不受审扰的 影响，隔离度指标也相当的很重要，在微波测量系统中尤其如此。止匕外，在微波 发射源中作为微波功率合成器使用时，对微波功分器的承受功率还有更高的要求。近年来随着我国国民经济和科学技术的发展，电子信息尤其是无线通信日新 月异，3G还没普及，4G已经暂露头角，功率分配器不仅应川在射频功率的分配 和合成，在超宽带短脉冲电磁场应用中，采川阵列天线的技术是提高探测距离是 较为理想的选择，阵列天线的关键技术一一功分器的研制就相当重要。无线电发 射设备中，为了保证足够远的传输距离。采用功率合成技术将多路固态器件输出 功率进行同向叠加，是获得更高输出功率的有效途径之一。随着无线通信技术的快速发展，各种通讯系统的载波频率不断提高，小型化 低功率的高频嚎子器件及电路设计使微带技术发挥了优势。单波传输使得系统的 增益达不到实际的要求，从而必须实现多波传输，也就是将功率进行分配，即产 生了功率分配器，简单功分器。本文设计仿真的是最简单最经典的威尔金森功分 2第2章研究理论基础器，在射频电路和测量系统中，如混频器，功率放大器电路中的功率分配与耦合 元件的性能将影响整个系统的通信质量，微带功分器在实验应用中显得更为突出。随着我国军事装备的迅猛发展，对功分器的带宽覆盖提出了更高的要求。在 全频率带范围内，要满足功分器的各项性能指标，具有相当大的难度。目前，国 内能够生产此类宽带微波功分器的单位不多，一般均为研制配套件或根据川户定 制少量生产，未构成产品系列，其结果是研制周期长，成本高，实用性不强。微波功分器的产品从上世纪70年代国外就早以有之，早期产品多用于微带线 威尔金森结构，基本属于窄带应用，经过四十多年的发展，随着工艺水平的提高 和传输线理论的进一步完善，在该领域已经有了很大的突破。目前，国外的产品 以 PULSAR,NADAR,MERRIMAC,TMT,M/ACOM,MCS 等公司为代表，已 经形成了从窄带到快带，从双路到多路的完整的产品线，其中以PULSAR的公司 的产品最全，质优而广著称。PULSAR的快带微波功分器产品主要以带状线工艺 为主，可以提供较高的性能指标。国内产生微波功分器的厂家主要有亚光厂和泰格微电子研究所，尤其是亚光 厂在该领域已经有较为齐全的产品系列，占据了国内很大一部分军品市场。已经 研制出了 YGG系列产品采还有4个GOAL和OPTM优化还有4个GOAL和OPTM 优化本上为窄带和倍频程产品，已大批供应市场，无源TGG功分器如图2-1所示:图2-1无源YGG功分器但目前的产品主要根据用户要求定制，系统化，标准化程度还不够高，可靠 性也还需要加强，电性能指标也还有继续提高的余地。同时在产品上还应向宽频 3电子科技大学成都学院本科毕业设计论文带高隔离，低损耗的方向发展，并由此解决产生的各种工艺问题。2.2 功分器技术基础功率分配器简称功分器，在被川于功率分配时，一路输入信号被分成两路（或 多路）较小的功率信号。功率合成器与功率分配器属于互易结构，利用功率分配器 与功率合成器可以进行功率合成。功分器在相控阵雷达，大功率器件等微波射频 电路中有着广泛的应用。目前提供功分器产品的知名厂商主要有美国安捷伦公司和德国Narda公司，常用的型号有 H667A/B/C,4315-2/4306-2/43HB-2 等。相对大型微波立体器件，微带技术具有体积小，重量轻，成本低和频带宽等 优点，本文设计一种微带威尔金森功分器，利用ADS进行仿真。2.2.1 什么是功分器功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的 微波网络，广泛应用于雷达，多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。功率分配器又又可以逆向使用作为功率合成器，因此有时又称为功率分配/合成器。2.2.2 功分器的重要性随着无线通信技术的快速发展，各种通讯系统的载波频率不断提高，小型化 低功耗的高频电子器件及电路设计使微带技术发挥了优势。单波传输使得系统的 增益达不到实际的要求，从而必须实现多波传输，也就是将功率进行分配，即产 生了功率分配器，简称功分器。本文设计仿真的是最简单最经典的威尔金森功分 器，在射频电路和测量系统中，如混频器，功率放大器电路中的功率分配与耦合 元件的性能将影响整个系统的通信质量，而微带功分器在实践应用中显得更为突 出。2.2.3 Wilkinson功分器的优点Wilkinson具有一些独特的优点如下:功分器可以用作合成器，合成器也可以用 作功分器，功率容量较低，可以均分输出设计或者不均分输出分设计，不可以传 输DC,隔离度高。它的这些优点使它具有相当高的研究价值。4第2章研究理论基础2.3 wilkinson基本工作原理:功率分配器可以等效为将输入功率分成相等或者不相等的几路输出功率的一 种多端口微波网络。在理想情况下，功率分配器各输出功率之和等于输入端口功 率。但实际上，由于功率分配器的存在损耗，各个输出端口输出佶号的幅度和相 位不可能完全一致，这就会造成各路功率比理想情况要小，也就是说输出端口的 输出功率之和小于输入功率。因此，再设计功率分配其时一定要做到个输出端口 输出信号幅度和相位一致性高，损耗小；并且各端口间应当具有足够的隔离作川，使得各路互不影响。功率分配器是三端口电路结构，其信号输入端的输入频率为P1,而其它两个 输出端的输出功率分别为P2及P3,理论上，由能量守恒定律可知P1=P2+P3,若 P2=P3并以毫瓦分贝来表示三端口之间的关系，则可以写成，P2(dbm)=P3(dbm)-3dbo当然P2并不一定要等于P3,只是相等的情况下最常使用在电路。因此，功率 分配器大致可分为等分型(P2=P3)及比例型(P2=KP3)两种类型。威尔金森功分器的功能就是将输入信号等分或不等分地分配到各个输出端 口，并保持相同的输出相位。环形器虽然有相似功能，但威尔金森功率分配器在 应用上具有更宽的带宽。Wilkinson功率分配器的功能是将输入信号等分或不等分 地分配到各个输入端口，并保持相同输出相位。环形器虽然有类似功能，但 Wilkinson功率分配器在应用上具有更宽的带宽。微带型功分器的电路结构如图2-2 所示。其中，输入端口特性阻抗为Z0；两端分支微带线电长度为几/4,特性阻 抗分别为Z02和Z03,终端分别接负载R2和R3oZin2图2-2功分器的电路结构5电子科技大学成都学院本科毕业设计论文功分器各个端口特性如下：端口1无反射 端口2和端口3输出电压相等且同相端口 2,端口 3输出功率比值为任意指定值1/k八2因此，1 1 1-1-Zm2 Zin3 ZO尸3 1U2八2 1U3八2左八 2=,P2=-,P3=-P2 2 R2 2 R3U2=U3由四分之一波长传输线阻抗变换理论得：Z血 2xR2=Z02 八 2Z/3xR3=Z03 八 2设 R2=KZ0,贝UZ02,Z03,R3 为：Z02=ZOj.（l+.八 2）(2-1)(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)为了增加隔离度在端口 2和端口 3之间贴加了一个电阻R,隔离电阻R的电 阻值为：尺=20（左+：）（2-9）当k=l时，上面的结果化简为功率等分情况。还可以看出，输出线是与阻抗 R2二KZO和R3二ZO/K匹酉己的，而不与阻抗Z0匹配。2.4 Wilkinson功率功分器的基本指标2.4.1.输入端口的回波损耗输入端口 1的回波损耗根据输入端口 1的反射功率Pr和输入功率Pi之比来算6第2章研究理论基础PrCll=-101og()=-20 log ISHI(2-10)Pi2.4.2 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Pi之 比来计算：P2C21=-101og()=-20 log 1 S211(2-11)PiP3C31=-101og(一)=-20 log IS31I(2-12)Pi2.4.3 输入端口间的隔离度输出端口 2和输出端口 3间的隔离度根据输出端口 2的输出功率P2与输出端 口 3的输出功率P3之比来计算：p?V21C23=-101og(-)=-201og I-1(2-13)i d j 12.4.4 功分比当其他端口无反射时，功分比根据输出端口 3的输出功率P3与输出端口 2的 输出功率P2之比来计算：P3左八2 二(2-14)P22.4.5 相位平衡度在做功率合成应用时，功分器输出端口的相位平衡度直接影响功率合成的效 率。7电子科技大学成都学院本科毕业设计论文第3章ADS的介绍现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求也越来越高，电 路的功能也越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期越来越短，传统的设计 方案已经不能满足微波电路设计的需求，使用微波软件工具进行微波系统的设计 已经成为微波电路设计的必然趋势。目前主流的电磁仿真软件主要基于一下三种方式：矩量法：ADS 有限元法:ANSYS EMDS时域有限差分法：CST3.1 ADS趋势目前，国外各种商业化的射频和微波软件工具不断涌现，首推的是AGILENT 公司的ADS软件和ANSOFT公司的HFSS DESIGNER软件。ADS是美国安捷伦 公司所开发的电子设计自动化软件，功能强大，仿真手段丰富多样，包含时域电 路仿真，频域电路仿真，三维电磁仿真，通信系统仿真和数学信号处理仿真设计 DSP等，并可对设计结果进行成品率分析与优化。大大提高了复杂电路的设计效 率，是非常优秀的微波电路，系统信号链路的设计工具。ADS软件支持射频和为 微博色设计工程师开发所有类型的RF设计，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是当今国内各大学和研究所使用最多的 微波/射频电路和通信系统仿真软件。ADS软件版本有ADS2009,ADS2008,ADS2005A,ADS20004A等。止匕外，AGILENT公司还和多家半导体厂商合作建立 了 ADS DESUGN KIT及MODEL FILE,以供设计人员使用。使用者可以利用 DESIGN KIT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。除了上述仿真设计外，ADS软件也提供了辅助设计功能，如DESIGN GUIDE以范例及指令方式示范电路活系统的设计流程，而 SIMULATION WIZARD以步骤式界面进行电路设计与分析。ADS还能与其他 EDA 软件，如 SPICE MENTOR GRAPHICS 的 MODELSIM GADENCE 的 NC-VERILOG,MATHWOKES的MATLAB等进行协同仿真在加上丰富的元件应 用模型库及测量/验证仪器间的连接功能，大大增加了电路与系统设计的方便性，8第3章ADS的介绍快速性与精确性ADS的仿真设计方法ADS软件可以帮助电路设计这进行模拟，射频与微波等电路和通信系统设计,其提供仿真分析方法大致可以分为：时域仿真，频域仿真，系统仿真和电磁仿真。高频SPICE分析方法提供如SPICE仿真相同的瞬态分析用它可分析线性和非线性电路的瞬态效应。但是与SPICE仿真相比，它又有 很多优点，例如，在SPICE仿真器中无法直接使用的频域分析模型，如微带线，带状线，可以在ADS的SPICCE高频仿真器中直接使川。这是因为ADS在仿真时 可以将频域分析模型进行拉氏变化后再进行瞬态分析，而不需要使川者将该模型 转化为等效的RLC电路，因此SPICE高频仿真器除了可以做低频电路的瞬态分析,也可以分析高频电路的瞬态分析。此外SPICE高频仿真器还可以提供瞬态噪声分 析的功能，可以有川来仿真电路的瞬态噪声，如震荡或锁相环的JITTER。卷积分析方法是架构在SPIGE高频仿真器上的高级时域分析方法。由卷积分 析可以更加地用时域的方法分析与频率相关的软件，例如，以S参数定义的元件，传输 线和微带线等。3.2 线性分析线性分析为频域的电路仿真方法，可以对线性或非线性的射频与微波电路进 行线性分析。当进行线性分析时，软件首先会先针对电路中的每个元件计算所需 要线性参数，如s,Z,Y和H参数，电路阻抗，噪声，反射系数，稳定系数，增 益或损耗等，然后再进行整个电路的分析和仿真。射频电路分析射频系统分析方法可以让使川者模拟评估系统特性，其中系统的电路模型可 以使用行为级模型外，也可以使川元件电路模型进行响应验证。射频系统仿真分 析包含了上面介绍的线性分析，谐波平衡分析和电路分析等各种分析手段，它们 分别来验证射频系统的无源元件和线性化系统模型特性，非线性系统模型和具有 数字调频信号的系统特性。9电子科技大学成都学院本科毕业设计论文3.3 电磁反正分析ADS软件提供了一个平面电磁仿真分析功能MOMENTUN,它可以用来 仿真微带线，带状线和共面波导的电磁特性，天线的辐射特性，以及电路板上的 寄生，耦合效应。所分析的S参数结果可直接川于谐波平衡和电路包络等电路分 析中，进行电路设计和验证。ADS的辅助设计功能ADS软件除了上述的仿真分析功能外，还包含其他辅助设计功能以增加使用 者使川的方便性，同时提高电路设计效率。设计指南设计指南以范例与指令的说明示范电路设计的设计流程，使用者可以利川这 个示范与指令，学习如何利用ADS软件高效地进行电路设计。目前ADS所提供 得到设计指南包括:WLAN设计指南，BLUETOOTH指南，CDMA2000设计指南,RF SYSTEM 设计指南，MIXER 设计指南，OSCILLATOR 设计指南，passive ciruite 设计指南，Phased locked loop设计指南，AMPLIFIER设计指南和FILTER设计指 南。除了使用ADS自带的设计指南外，使用者也可以通过软件中的DESIGN GUIDE DEVELEPER STUDIO建立自己的设计指南。3.4 仿真向导仿真向导提供的设定界面工设计人员进行电路分析与设计，使用者可以利用 图形化界面设定所需验证的电路响应模型。ADS提供的仿真向导包括，元件特性,放大器，混频器和线性电路。仿真结果显示模板为了增加仿真分析的方便性，ADS软件提供了仿真模板功能，它让使用者可 以将经常重复使川的仿真设定（如仿真控制器，电压电流源，变量参数设定等）制定 成一个模板直接使川，避免了重复设定所需的时间和步骤。结果显示模板也具有 相同的功能，使用者可以将经常使川的绘图或列表格式制成模板以减少重复设定 所需的时间。除了使用者自行建立的模板外，ADS软件也提供了标准的仿真与结 果显示模板以供利用。10第3章ADS的介绍ADS与其他EDA软件和测试设备间的连接由于现今电路设计的复杂庞大，每个EDA软件在整个系统设计中均扮演不同 的角色，其主要功能的侧重点不同。因此，软件与软件之间，软件和硬件之间，软件和元件商之间的沟通与连接也成为设计中不可忽视的组成部分。ADS软件按 提供了丰富的接口，它能方便地与其他设计验证软件和硬件进行连接。SPICE电路转换器可以将由SPICE所产生的电路图转换成ADS格式的电路图 进行仿真分析:另外也可以将由ADS产生的电路图转换成SPICE格式的电路图，做布局与电路结构检查，布局寄生抽取等验证。电路与布局文件格式转换器电路与布局文件格式装换器是使川者与其他EDA软件连接沟通的桥梁，可以 将不同的EDA软件所产生的文件装换成ADS可以使用的文件格式。ADS应川结论随着电路结构的巳趋复杂和工作频率的提高，在电路与系统设计的流程中，EDA软件已经成为不可缺少的工具。ADS软件所提供的仿真分析方法的速度，准 确与方便性显得十分重要，此外该软件与其他EDA软件以及测量仪器的连接，也 是现在的庞大设计流程所必须具备的功能之一，AGILENT公司推出的ADS软件 以其强大的功能成为现金国内各大学和研究所使用最多的软件之一。11电子科技大学成都学院本科毕业设计论文第4章功分器的原理图设计仿真与优化4.1 等分威尔金森功分器的设计指标等分威尔金森功分器的设计指标：频带范围：2GHz至fj 4GHz频带内输入端口的回波损耗：Cll20db频带内的插入损耗：C213.1db,C3125db4.2 建立工程与设计原理图本文使用ADS2011进行仿真设计一个Wilkinson功率功分器，并根据一定的 指标对其性能参数进行优化仿真。4.2.1 建立工程(1)运行 ADS2008,打开 ADS2008 主窗口。(2)执行菜单命令【file-new project1弹出【new project】对话框，新建 工程equal-divider(3)单击【OK】按钮，弹出原理图设计窗口和原理图设计向导，在原理图设 计向导中选择【no help needed】，再单击finish按钮打开原理图设计窗口，如图 4-1新建工程图。12第4章功分器的原理图设计仿真与优化图4-1新建工程4.2.2 设计原理图：1、在原理图设计窗口元件面板下拉列表中选“Tlines-microstrip”元件库，打 开微带元件面板，如图4-2所示。D0H&m MHlXTLines-Mi crostrip 图 4-2“Tlines-Microstrip”元件库2、原理图设计窗口左边的微带线器件面板中有各种微带电路元件，本设计用 到的元件如图4-3所示：oMLINMLIN,一般微带线Mcurve,弧形微带线勒鹏,微带T型结7MSUB,微带基片l-Wr II R I：TFR,薄膜电阻图4-3所用的元件13电子科技大学成都学院本科毕业设计论文3、设计输入端口电路，输入端口的电路连接如图4-4：Term J MTEE7erm1Num=1 1Z=50 Ohm7ee1Subst=MSub1W1=1.3 mmW2=1.3mmW3=2.8 mm图4-4输入端口连接图4、设计阻抗变换电路，四分之一波长阻抗变化部分的连接如图4-5所示。其 中，薄膜电阻TFR为两路分支线之间的隔离电阻，用来增加两个输出端口之间的 隔离度。MCUR：/E.Curvel Subst=MSub1-W=-1.3mm Angle180 acjius=4.P2 m mMLINTL1 Subst=MSub1?W=1.3 mm.L=2.mmMTEE Tee2 Subst=M Sub1 W1=1.3 m.m.W2=1.3 mm一加3=3=2.8 mmr R1 R=O4.-Ohm-AMLlN*TL2 Subst=E Curve2-Subst=M Sut1 W=1.3mm Angie=180 Ra1B W1=2.mm.W2=2.mmJW3：3=2.8 mm犯rm痛而3Num=3 1 1Z=50 Ohm-图4-6功分器上支线MTEElee5 Subst=MSub1W1=2.mm.W2=2.mmW3=2.8 mmMCURVE Curve4 Subst=!,MSubr,W二2 mm.Angle=180 Radius=4.6 mmM7EE 1ee7 1 Subst=!,MSutr,VV1r2jnm.W2=2.mm W3=2.8mmTerm ierm2 Num=2 Z=50 Ohm图4-7功分器下支线两个隔离电阻分别为RI,R2,取值分别为940hm,245.50hm,如图4-8所示:RI敢，过旧6m图4-8功分器隔离电阻15电子科技大学成都学院本科毕业设计论文卜0G,MCURVE.Cirvel,SubstMSibl*W-1.3mm-1,Angle=180 ,Radius Y8 mm.MUN TL1.SubstMSuM W=13jnn).,L=2.mm.f MTEE Jjlfeet SubstMSubl.p.|W11.3 mm.k.I W2=1.3 mm Num=1 -W3=28 mmn).L=2.mmlMCURVE.,CWG2 Sub6MMsubT!FV,W=1.3 mm.Angle=180 7Radius=4.mmMTEE 1&2-,Subst=MSubrMCURVE.CurvedW.1=1.3 mm W 2=1.3 mm JV 3=2.8 mm,W=2:mm 1 1,Angl斫 180 .Radius=.6.mm.MTEE,1W4,Subst=vMSub1 vyi=2.rnm.W2=2.mm W 3=2.8 mmMTEE Te&6 1 Subst=MSib1-W.1=2.rnm.W2=2 mmJ/V 3=28 mmoP2,1Num=2-RI ,R=&4,OhmR-2,R245,S OhmMTEE le&3,-MCURVEMTE 1W5-Subst=vMSubr|vyi=2.fnn).N2=2.mm W 3=2.8 mmSubstsWSubr1 CdrvS4 ,、W.1=1.3mm.Subst=MSib1.-W列,3e,Wr2.mm.XW2.8 mm Angle=180Radius M.6 mmMlEC,Tb&7 Subst=MSi/b1v W.1=Z rr)m.W2=2 mm W3=28 rnm oP3 1Num=3-$图4-9微带型威尔金森功分器的原理图6、把输入端口电路，阻抗变换电路的输出端口电路川导线连接在一起，就构 成了一个完整的微带型威尔金森功分器，如图4-9。4.2.3 基板参数设置在微带面板中选择微带线参数设置控件MSUB（微带基板），插入原理图中。双击原理图中的“MSUB”控件，然后在弹出的对话框中设置参数,H=lmm,Er=2.6,Mur=l,cond=1.0E+50,Hu=3.9e+034mil,T=0.0035mm,TanD=0,Rough=Omil.图 4-10,图 4-11,图 4-12 所示。图 4-10 equation editor 图16第4章功分器的原理图设计仿真与优化t/ISUBMSublH=1 mm Er=2.6 Mur=1 Cond=1.0E+50 Hu=3.9e+034 mil T=0.0035 mm TanD=O.4Rough=0 mil Bbase=Dpeaks=图4-11微带线的参数H=lmm,表示微带线介质基片厚度为1mm,Er=2.6,表示微带线介质基片的相对介电常数为2.6Mur=L表示微带线介质基片的相对磁导率为1Cond=1.0E+50表示微带线金属片的电导率1.0E+50Hu=3.9e+034mil表示微带电路的封装高度为3.9e+034milT=0.0035mm表示微带线金属片的厚度为0.0035mmTanD=0表示微带线的损耗角正切为0Rough=0 mil表示微带线的表面粗糙度为0mm由功分器的理论分析可知，输入输出端口微带线的特性阻抗为50Ohm,则四 分之一波长微带线的特性阻抗为70.7Ohmo17电子科技大学成都学院本科毕业设计论文图4-12 Msub参数设置在原理图设计窗口中执行菜单命令tools-linecale-start linecalcL弹 出如图所示的“LineCale”窗口。在“substrate parameters栏中输入如图4-12所 示的MSUB控件的基本参数。在“componet parameter”栏的“Freq”项中输入功 分器的中心频率为10.000GHZ。在Electrical栏的传输线特性阻抗“Z0”项中 输入47.250Ohm,单击按钮就可以在Physical栏的传输线宽度“W”项中得到 25.000mm的线宽。4.2.4 基板参数输入同样，在传输线特性阻抗“Z0”项中输入47.250hm,并在文本框中输入230deg（四分之一波长），单击按钮得到“physical”栏的 W“项为18第4章功分器的原理图设计仿真与优化25.000mm,L”项为100.000mm（约为四分之一波长）。4.2.5 插入 VAR计算出功分器各段微带线的理论尺寸后，为便于参数优化的需要，在原理图中插入“VAR”控件，如图4-13所示:图4-13 Var参数设置4.2.6 VAR参数设置双击“VAR”控件，弹出参数设置窗口，分别将wl,w2,lh设置为变量，根 据前面“linecalc”的计算结果，设置Wl,W2.1H。4.2.7 VAR微带线完成【var】参数的设置后，依次双击原理图中功分器的各段微带线，并设置 19电子科技大学成都学院本科毕业设计论文微带线的宽度W与长度L,单位为MM。具体的变量设置如图4-14,图4-15所示:图4-14微带线计算工具Linecale31图4-15 一个完整的微带功分器仿真图AG-13 m；V3-i 2 ECdnOil OE-SC+M9eGEii X0035E.配力.Rojgn-0 mi20第4章功分器的原理图设计仿真与优化4.3 功分器原理图优化仿真完成原理图的设计后，就可以进行电路S参数的仿真了。在原理图编辑图窗口中，执行菜单命令insert-template,打开【insert template】对话框。在对话框中可以看到一些常用的模板，其中，包括3Gpp标准 的测试，晶体管器件的直流测试，S参数仿真等。选择【S-Params】模板，单击【ok】按钮。ADS自动打开一个原理图并放置 S-Params仿真模板。直接放入元器件或设计好的电路原理图就可以进行S参数 仿真了。在原理图中添加并设置S参数扫描控件。选择S参数扫描控件插入原理图，双击原理图中的控件“SP”，根据功分器的 指标设置扫描的频率范围和步长，“Start”为2GHZ,“STOP”为4GHZ,“step-size”为0。01GHZ,如图4-16所示：釐 S-PARAMETERSS_ParamSP1Start=2 GHzStop=4 GHzStep=0.01 GHz图4-16仿真的频率选择原件“term”放置在功分器的三个端口上，川来定义端口 1,2,3,然后 单击图标，放置3个地与“term”相连接，完成的电路图。完成所有的连接和仿真参数设置，就可以对电路进行S参数的扫描了，单击 工具栏中的仿真按钮进行电路仿真。仿真完成后，弹出数据显示窗口，再单击图标，弹出数据图的轨迹与属性窗 o分别将S(H),S(21),S(22),S(23)添加到数据显示窗口，最终的S参数图形21电子科技大学成都学院本科毕业设计论文如图4-17,图4-18所示:图4-17数据显示窗口图4-18数据显示窗口22第4章功分器的原理图设计仿真与优化图4-19反射系数308I|-2.0 2.2 2.4 2jB 23 3.0 3.2 3.4 36 33 4.0freq,GHz.图 4-20 3db 图(S宣(ss)8 P图4-21隔离度从图4-19,图4-20,图4-21基本满足指标，三端口减二端口等于-3db,反射系 数小于-20,驻波比小于1.5,隔离度小于-23db,但还可以进一步优化它的系数23电子科技大学成都学院本科毕业设计论文4.4 功分器优化版图生成阻抗匹配对电路的性能具有直接的影响，在实际应川中，功分器的输入输出 端口传输线的特性阻抗为500hm,wl=1.3；四分之一波长传输线的特性阻抗为 70.7ohm,w2=1.3,lh=16o为实现阻抗匹配，需要针对w2和lh两个变量进行参 数优化。4.5 功分器优化双击“VAR”控件，弹出“Varibles and Equations”对话框。在“Select“Parameter”栏中选择 w2,单击【Tune/Opt/Stat/DOE Setup】按钮，弹出“Setup”对画框，然后选择“Optimization”标签页。在“Optimization Status”下拉列表中 选择“Enable”，在“Type”下拉列表中选择Continuous,在Format”下拉列 表中选择“min/max”，在“Minimum V