等分威尔金森功分器的设计.pdf

摘要摘要本文对一个等分威尔金森功分器进行了仿真，分析了功分器的基本原理，介 绍了 ADS软件基本使川方法，并选择了频率范围：0.91.1 GHz,频带内输入端 口的回波损耗：CQ20dB,频带内的插入损耗:C213.IdB,C31 20dB return loss:,frequency band insertion loss:C21 3.1 dB,C31 25dB isolation ratio:for the design index equal power dividers Wilkinson.First conducts the power dividers Wilkinson schematic design,reoccupy ADS software simulation principle diagram,the conclusion of the theoretical calculation result as parameters when power dividers power dividers did not reach the required design to index,so the power dividers various parameters were optimized.After optimization of the best data preserves received after power dividers again,and all the indexes of simulation territory to meet the design requirements of basic required.K ey words：Simulation Wilkinson Power dividers ADS optimizationII目录目录第1章引言.11.1 功分器的发展概述.11.2本次设计的主要工作.3第2章功分器的技术基础.42.1基本工作原理.42.2功分器的技术指标.6第3章ADS介绍.83.1 ADS发展概述.83.2 ADS的仿真设计方法.93.3 ADS的辅助设计功能.103.4 ADS与其他EDA软件和测试设备间的连接.153.5 ADS应用结论.15第4章功分器的原理图设计、仿真与优化.164.1等分威尔金森功分器的设计指标.164.2建立工程与设计原理图.164.3基本参数设置.164.4功分器原理图仿真.194.5功分器的电路参数的优化.26第5章 功分器版图的生成与仿真.285.1 功分器版图的生成.285.2 功分器版图的仿真.34第6章结论.37参考文献.38致谢.35外文资料原文.36译文.44III主要符号表主要符号表P1.1端口的输入功率P2.2端口的输出功率P3.3端口的输出功率Z0.输入端口特性阻抗Z02.2/4分支微带线的特性阻抗Z03.2/4分支微带线的特性阻抗R.2端口接的负载电阻R3.3端口接的负载电阻U2.2端口输入电压U3.3端口输入电压.2端口输入阻抗Z,3.3端口输入阻抗Pr.反射功率月.入射功率.端口 2匹配时，端口 1的反射系数521.端口 2匹配时，端口 1到端口 2的正向传输系数%.端口 3匹配时，端口 1到端口 3的正向传输系数Cn.回波损耗C21.插入损耗C31.插入损耗c23.隔离度IV第1章引言第1章引言1.1 功分器的发展概述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，以保证较高的分配与合成效率；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1 0GHz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确，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 来微带间的耦合等等。随着我国军事装备发展的突飞猛进，对频率高端，尤其是2GHz1 0GHz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，为提高装备的实川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、发射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，讲信号等功率分配为多路，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 1电子科技大学成都学院本科毕业设计论文的要求，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串扰的 影响，隔离度指标也相当的重要，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H新 月异，3G还没普及，4G已经崭露头角，功率分配器不仅应用在射频功率的分配 和合成，在超宽带短脉冲电磁场成川中，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，待传输信号须经过一系列的功率放大直 至获得足够大的功率再送至发射天线。采川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 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川中显得更为突 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用户定制 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年代国外就早已有之，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 TMK 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的公司的产品以 产品齐全，质优面广著称。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。国内生产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 Y GG系列产品采用SMA阴头结构，是国外产品的主流封装形式，采用了 单节或多节微带线Wilkinson结构，基本上为窄带和倍频程产品，已大批供应市 场。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带 2第1章引言高隔离、低损耗的方向发展，并解决由此产生的各种工艺问题。L2本次设计的主要工作本文主要讨论关于等分威尔金森功分器的设计仿真过程，具体工作包括以 下几部分：（1）查阅书籍，了解功分器的基本原理；（2）根据功分器的设计指标，利用ADS进行功分器原理图的设计、仿真与 优化；（3）由于原理图仿真和实际误差较大，需要进一步采用矩量法进行功分器 版图的仿真；3电子科技大学成都学院本科毕业设计论文第2章功分器的技术基础2.1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，功率分配器各输出端口的输出功率之和等于 输入端口功率。但实际上，由于功率分配器的存在损耗，各个输出端口输出信号 的幅度和相位不可能完全一致，这就会造成输出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端口的输入功率。因此，在设计功率分配 器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用，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广，而其它两 个输出端的输出功率分别为尸2及尸3。理论上，由能量守恒定律可知=4+A。若巴=心并以毫瓦分贝（仍口）来表示三端口之间的关系，则可以写成：P2 dbm）=4dbm）=dbm）-3db当然巴并不一定要等于A，只是相等的情况下最常使用在电路中。因此，功 率分配器大致上可分为等分型（鸟=巴）及比例型（鸟=行3）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。微带型威尔金森功分器的电路图结构如图2-1所示。其中，输入端口特性 阻抗为Z。；两段分支微带线电长度为2/4,特性阻抗分别为Z02和Z03,终端分别 接负载火2和%。图2-1功分器的电路结构4第2章功分器的技术基础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1/1 由这些条件可以确定Z02,Z03及仁，%的值。由于端口“2”，“3”的输出功率和输入电压的关系为由条件端口 1无反射，即要求由Z比之与乙3并联而成的总输入阻抗等于Z。因为P1=，尸2(2-2)则2 24,2 3K 二2R2 2R3(2-3)又因为4=4(2-4)可得R2=左 2K(2-5)若取R2=kZ0(2-6)则z0R3T k(2-7)由于在中心频率处。嗫贝脸啜,Z沅3二，均为纯电阻，所以R31 1 1-1-二Z.9 Z.r Z。in 2 m3 0如以输入电阻表示功率比，则2Pr.Z.R Zqr&只 Z 9&zg23 m2 3 0 02(2-8)1k2(2-9)5电子科技大学成都学院本科毕业设计论文联立(2-8)、(2-9)可解得:(2-1 0)由于。2和。3等幅、同相，故在端口“2”，“3”间跨接一电阻E并不影 响功分器的性能。但当“2”，“3”两端口外接负载不等于利,&时，来自负载 的反射功率便分别由“2”，“3”两端口输入，此时该三端口网络变为一功率合 成器。为使“2”，“3”端口彼此隔离，须在期间加一吸收电阻尺起隔离作用。隔离电阻的值为1R=ZQ k+一(2-1 1)隔离电阻R通常用银镉合金或电阻粉等材料制成的薄膜电阻。当左=1时，上面的结果化为功率等分情况。还可以看出，输出线是阻抗g=左Z。和&=Zjk 匹配的，而不与阻抗Z。匹配。2.2功分器的技术指标L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的反射功率匕和输入功率6.之比来 计算：Cu=-lOLog-=-20LogSu2.插入损耗输入端口的出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5 之比来计算：C21=-10Log=-20LogS21Ji)(p C31=-10Log-=-20LogS3l u3.输出端口间的隔离度输出端口 2和输出端口 3间的隔离度根据输出端口 2的输出功率尸2和输出6第2章功分器的技术基础端口 3的输出功率尸3之比来计算：(P2 21|C23=-10Log 二=-20Log K J4.功分比当其他端口无反射时，功分比根据输出端口 3的输出功率尸3与输出端口 2 的输出功率乙之比来计算：5.相位平滑度在做功率合成应用时，功分器输出端口的相位平滑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介绍3.1 ADS发展概述现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求越来越高，电路 的功能越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期却越来越短，传统的设计方 法已经不能满足微波电路设计的需要，使用微波EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)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以下三种方法：距量法 WoM):ADS、Ansoft Designer、Microwave Office有限元法(用修)：/s型HFSS、ANSYS、EMDS时域有限差分法(用口)：CST Microwave Studio目前，国外各种商业化的射频和微波EDA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(Advanced Design System),是美国安捷伦(Agilent)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(SPICE-Like simulation)、频域电路仿真(Harmonic Balance Linear Analysis)、三维电磁仿真(EM Simulation)、通信系统仿真(Communication System Simulation)和数字信 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波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、ADS2004A 等。此外,Agilent公司还和多家半导体厂商合作建立了 ADS Design K it及Model File,以供设计人员使用。使用者可以利用Design K it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 Cadence 的 NC-Verilog、Mathwokes 的 Mat lab 等进行协同仿真(Co-Simulation)8第3章ADS介绍再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，快速性与精确性。3.2 ADS的仿真设计方法ADS软件可以帮助电路设计者进行模拟、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。3.2.1.高频SPICE分析和卷积分析高频SPICE分析方法提供如SPICE仿真器相同的瞬态分析，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SPICE高频仿真器中直接使用。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，而不需要使用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 在用来仿真电路的瞬态噪声，如振荡器或锁相环的jitter。卷积分析方法是架构在SPICE高频仿真器上的高级时域分析方法，由卷积分 析可以更加准确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。3.2.2.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 的线性参数，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。3.2.3.射频电路分析射频系统分析方法可以让使用者模拟评估系统特性，其中系统的电路模型可 以使川行为级模型外，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网络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3.2.4,电磁仿真分析(Momentum)ADS软件提供了 一个平面电磁仿真分析功能 Momentun,它可以川来仿 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参数结果可直接用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。3.3 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 者使用的方便性，同时提高电路设计效率。3.3.1.设计指南(Design Guide)设计指南以范例与指令的说明示范电路设计的设计流程，使用者可以利用这 些范例与指令，学习如何利用ADS软件高效地进行电路设计。目前ADS所提供的 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 Circuits设计指 南、Phased Locked Loop设计指南、Amplifier设计指南和Filter设计指南。吃了使川ADS自带的设计指南外，使川者也可以通过软件中的Design Guide Developer Studio建立自己的设计指南。3.3.2.仿真向导(Simulation Wizard)仿真向导提供step-by-step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(Device Characterization)、放大器(Amplifier)、混频器(Mixer)和线性电路(Linear Circuit)。3.3.3.仿真结果显示模板(Simulation&Data Display Temp I ate)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用，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用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4章 功分器的原理图设计、仿真与优化3.4 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，其主要功能和侧重点不同。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。3.4.1.SPICE 电路转换器(SPICE Net I i st Translator)SPICE 电路转换器可以将由 Cadence、Specter、PSPICE、HSPICE 及 BerkeleySPICE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(LVS,Layout Versus Schematic Checking)布局寄生抽取(Layout Parasitic Extraction)等验证。3.4.2.电路与布局文件格式转换器(IFF Schemat ic and Layout Trans Iator)电路与布局文件格式转换器是使用者与其他EDA软件连接沟通的桥梁，可 以将不同的EDA软件所产生的文件转换成ADS可以使川的文件格式。3.5 ADS应用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今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、仿真与优化本论文用ADS软件设计一个等分威尔金森功分器，并根据给定的指标对其性 能参数进行优化仿真。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：频率范围：0.91.1 GHz频带内输入端口的回波损耗：Cn20dB频带内的插入损耗:C213.IdB,C3125dB4.2建立工程与设计原理图4.21.建立工程(1)运行 ADS2008,打开 ADS2008 主窗 口。(2)执行菜单命令File 一【New Project】，弹出“New Project”对话框,新建工程“equai_divider，如图4T所示。(3)单击【0K】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。Project Technology FilesADS Standard:Length unit-millimet v View Details.图4-1新工程窗口12第4章 功分器的原理图设计、仿真与优化4.22.设计原理图(1)在原理图设计窗口元件面板下拉列表中选择“TLines-Microstrip”元 件库，打开微带元件面板，如图4-2所示。口已囱叠Q 抑。0TLines-Mi crostrip v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 计用到的元件如下：I K|.MLIN,一般微带线Mcurve,弧形微带线MTEE,微带T型结：MSUB,微带基片：TFR,薄膜电阻(3)设计输入端口电路，输入端口的电路连接如图4-3所示。MLINt”.TL1Subst=MMSub1W=0.625 mmL=2.5 mmMTEE_ADS.TeelSubst=MMSub1HW1=0.625 mmW2=0.625 mmW3=1.25 mm图4-3输入端口连接图13电子科技大学成都学院本科毕业设计论文(4)设计阻抗变换电路，四分之一波长阻抗变化线部分的连接如图4-4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。0Cur ve3MCURVE.Cur ye2MU4 1 T TL&SubsHMSubl”W=0625 mm L=2.5 mmSutet=MSubT,Wd.625 mm 4ng l e=60 Rad1us*2.5 mm*Sutet=nMSubf t W.1=0 625 mm W2=0 625 r nm W81.2S mm成2 SubskMSubT W=0 825 mm 1=25 mmSubsHMSuhT W=0.626 mm 1=2.5 mmJT mLin|1L3Sub5 kMs ubT_ W=OJ025 mm1=2.5 mmINCURVE Cur ve 1 Sutet=MMSub1M WR.625 mm Ang l e=90 Radiusi=25 mmSubs 口”MSub 曾W=0.825 mmAng imo Radius=2.6 mmCZ1-w ur r,7L4 Sutet=MMSubT,W,=0.625 mm L=2.5 mm1e,e3.Sutet=MMSu bf W10.625 mm,W2=0.625 mmW8125 eeTR R1 Subst=,MSubf W=0.625 mm L0.25 mr n Rs=50.0 Ohm Fr eq RHz:TL7 SubsRMSub 俨W=0625 mm l=2.5 mmbdc UR 法 Cu25mm*M CURVE Cur e5S 如=MSub1”W=0-625mm Ang l e=90R adj ust 2.5 mmMUN.TL9Subst=MMSub1 W0.625mm L-2.5mm图4-5功分器的上支线pK mi u一Cur e6-丁 Subst=MSub1W=0 625mmAng te=90Radiuss=2.5 mmMUN.TL11Subst=MSub1”W=0.625mmL=2：5 mm0MCURSt-Cur e8W=0.625 m m Ang l e=90R 台 d ig 25mmT i.TL1 3-.Sub&=MSub1,W=0.625inr n L=2.5 mm$曲枝=翔汕1图4-6功分器的下支线15电子科技大学成都学院本科毕业设计论文(6)把输入端口电路，阻抗变换电路和输出端口电路用导线连接在一起,就构成了一个完整的微带型威尔金森功分器，如图4-7所示。SubstsMSubV g 0 5 mm A)g l e=90 adius=2?5r r m7L1 一Qj bMSubr：VvO.626 mm 1=2.5 mmMCJg E.Qr ue2 SubstMSubtW=D.625 mmA)g l e=90Radius 2.5 mm,r.HIH,1L2Subg怵ubV、帖 0.625 mm1=2.5 mpIee1$ubst=WSubr-W1=R625 mm.W?=0j625 r nm 岫=125 mm,r wSubstMSubVT 1=2.5 mpMUIH 1L5 SdbstWSdbr 丽&5 mmi 1“一114SHMMSubl”0.625 r pmL=2.5mmu，CX CXr ve3 AJ 3ubst=MM3ub1M n W=D.625 mm%g l e=9D.电由92.6n mMT l epe2Sub 加 WSM W1=0JB25 mm.W=0j625 r nm V=126 mm MTS*aC$Z3 8ubst=!M$ub W1r 0j 625.mm yM2=0625mm AO=125 mm1=2.5 r r mIWIIN 1U j bstMSubr W=0&6 mm.1=2.5 nmCXr ue7 Subst=M3ub1：岭。：62mm 坨力=91?dids=2.5 mmmLIFi 1LI0H H*MUN*TL12.$uhst=：M$uM yUs 0.625 r pm3ubst=WSub1W=0j625 mm t=：2.5nmIf2 5 nmTFRR1 1MCtl RVEOr ve,5SubMSubl 9JbsT=MSUbr 帕 0&5 mm W=0 625 mml=2-.5nm*$ubst=W$ubV,25 mm If0.25 mm Rs=50D Ohm q=D 也4g 3g o Rj d ig ZSE的 b5t=W$ubd 0.625 mm1=2.5 mm-/y Lwe 1*Qr ve4g.5 mm.MCURX Cu8 MLN,TL9$ubst=MSub1M 0.625 mr n MER准.Cir vef t SubstMSubl 0.625 mmAig l eQO Ridius=2.5 r r m.MLIN r L.晶幻1MSubl 二二fMD出mm邪问 j.今 p c&j DSt-iviSUD 1L-2.3E w=o&5mmtF2.5nmSug HMSubl”.船聚N$1.0.625 mm 0.625 mm 砧 g l e=90 4g l e=g。Ra加a 2 5 nm,Radius 2.5 tvmh 花 Ud EZ?图4-7微带型威尔金森功分器的电路原理图4.3基本参数设置(1)在微带面板中选择微带线参数设置控件MSUB(微带基板)，插入原理 图中。(2)双击原理图中的“MUSB”控件，然后再弹出的对话框中设置参数，如 图4-8所示。H=0.8 mm,表示微带线介质基片厚度为0.8mmEr=4.3mm,表示微带线介质基片的相对介电常数为4.3Mur=L表示微带线介质基片的相对磁导率为1Cond=5.88E+7,表示微带线金属片得电导率5.88E+716第4章 功分器的原理图设计、仿真与优化Hu=l.0e+033mm,表示微带电路的封装高度为1.Oe+O33mmT=0.03mm,表示微带线金属片得厚度为0.33mmTanD=le-4,表示微带线的损耗角正切为le-4Roungh=0mm,表示微带线的表面粗糙度为0mmMSUBInstance Name(namestart：stop)MSublSelect ParameterH=0.8 mmEr=4.3 Mur=l Cond=5.88E+7Ku=l.0e+033 mm T=0.030 mm TanD=le-4 Rough=0 mm Condi=*cond*Cond2=cond2*Di ell=di el Diel2=adiel2*Hole=holeFwmjtjr Entry ModeStandard回 Display parameter on schematicAddCutComponent Options.H Substrate thicknessApplyCancelReset Help 4-8微带线参数设置控件对话框由功分器的理论分析可知，输入输出端口微带线的特性阻抗为500hm,则四 分之一波长微带线的特性阻抗为70.70hmo(3)在原理图设计窗口中执行菜单命令【Tools】一 LineCalc 一 Start LineCale】，弹出如图 4-9 所示的“LineCalc 窗口。在“Substrate Parameters”栏中输入如图4-8所示的MSUB控件的基本参数。在“Componet Parameter栏的“Freq”项中输入功分器的中心频率为1 GHzo在“Electrical”栏的传输 线特性阻抗“Z0”项中输入500hm,单击H按钮就可以在“Physical”栏的传输 线宽度“W”项中得到1.521 330mm的线宽，如图4-9所示。(4)同样,在传输线特性阻抗“Z0”项中输入70.70hm,并在“E_Eff”文本 17电子科技大学成都学院本科毕业设计论文框中输入90deg（四分之一波长），单击画按钮得到“Physical”栏的“W”项 为0.788886,“L”项为42.8971 00mm（约为四分之一波长）（5）计算出功分器各段微带线的理论尺寸后，为便于参数优化的需要，在 原理图中插入“VAR”控件。（6）双击“VAR”控件，弹出参数设置窗口，分别将wl、w2、lh设置为变 量，根据前面“LineCalc”的计算结果,设置wl=1.52,w2=0.79,lh=1 6（此处 不设单位，在设置微带线时另行设定）。（7）完成“VAR”参数的设定后，依次双击原理图中功分器的各段微带线，并设置微带线的宽度W与长度L,单位为mm。具体的变量设置如图4-1 0所示。D|B|百回|Co mpo nentT即e MUN ID I MUN.MUN.DEFAULT j JSubstr ate Par ameter sIDIMSUB DEFAULT-色ErJ4.300Mui(iodoH|Q8001 mm|Hu|mmT|b.030mm 21Co nd一 r r n v:ii Co mpo nent Par ameter sSynthesize Anal yze_ 囚_SIEl ectr icalzo|50.000 _|0to 3E_Ef f 230.000 deg三|Val ues ar e co nsistent图4-9微带线计算工具“LineCalc”18第4章 功分器的原理图设计、仿真与优化MCURVEL10mmS ubst=*M Sub 1*S ubst=W Sub 1 mm W4=ui2mmMl l F/Tt2,TL4Sub-WSubfCunei W=w 2mm 5u6st=MSub 1=|h mm W=w 2mmAng l e=90Rad iu E;5 mmTL1Subst=1Vl SubrlIn TLW$ubst=!M$ub W=w 1 mm L=10 mmSubkMS 岫 q bskMSub VVV,=m.1 r pm W=ui.l mm L=1 mm Ang l e=90,Radius.S mniWCURvt 1 Cur ve。.Subst=MSub.r 面2mm Ang l e=90 Radius=2.5 mmMCURV(Lune7 Sub力做Sub俨 W-w 1 mm Ang l er QB Radius=2.5.mMUN.TL12 Sub 力 MW w=u 1 mm L=5mmW=io 1 mi La5 mmMCURCur ve2Subst=MSubl”W=w 2mni Ang l e3 90 R3diuse2.5 mm,MIf cg AD Teel 7,.SubMSubV,Wl=w l r hm W2=(o2Ee W3=w 1 mmMUM T。,MCUF.VE Cur vedMtEE_N38T*2 4 W2su12ipmW3=w 1 mmMUWTL8MLf H TL8 Subst=!M Sub-1 W=iu2mm L=9 mm,MLir r-TL9$ubst=MSubl?*MtE_ADS Tee3 Sub，曾 Sub V,W.1=qj 2 mm,W2=ui2r nmSubst=MSub 1W3=w 1 mmW=w 2mmL-1D mr f iML *XUS*卜Subst=MSubr,W=w 2r q m L=l h mmSubahMSubl”W=m2mm 1_工2加2)mm Rs=50X)Ohm Fr eq=O 代hf l LIN TLr$ubst=Sub-1W=w 1 mmL=1 mm r W=ui2mm 1=9.mr nbdCURE*-Cune4Su 但 M$ubJ”W=u)2r nr nAng l e=90 Rad iu m.6 mmr，化U欲定 Cur ved Subsr=MSubl W=w.1 mm%g但=g g.Radius=2.5 mmCun6Sub力 MSubl W=w 1mm Ang l e?9Q.Radius=2.5 mmTL11 SubsFSubV5 W=w.1 mm.Ls.1DmmMUN TU3$ub.st=M$ub W=w1 mm L=5 mm0图4-1 0完整的微带型威尔金森功分器的电路原理图4.4功分器原理图仿真完成原理图的设计后，就可以对功率分配器的原