微带wilkinson功分器的仿真设计实验报告.doc

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
l 了解功率分配器电路的原理及设计方法。
l 学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。
l 掌握功率分配器的制作及调试方法。
二、设计要求指标
l 通带范围0.9 — 1.1GHz。
l 双端输出，功分比为1:1。
l 通带内个端口反射系数小于-20dB。
l 两个输出端口的隔离度小于-20dB。
l 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
1. 基本工作原理分析
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
s11=-10Log(PrPi)
(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
S21=-10Log(P2P1) S31=-10Log(P2P1)
(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
S23=-10Log(P2P3)
(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
K2=P2P3
(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5.1 50Ω的微带线宽度计算

图5.2 75Ω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
(一) 创建项目
n 点击File->New Project设置工程文件名称为Wilkinson divider，点击Length Unit设置长度单位为mm。
n 点击New Project对话中的OK键，并保存文件。
（二）创建原理图
n 将MUSB插入原理图，参数设置：H：基板厚度(0.8 mm)；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+33 mm)；T：金属层厚度(0.03 mm)；TanD：损耗角正切(1e-4)；Roungh：表面粗糙度(0 mm)。如下图所示：

图6.1：MSub控件参数
n 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。设置后如下图所示：

图6.2：Var控件参数
n 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
n 在原理图设计窗口中选择优化工具栏
n 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。
n 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
n 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：
n 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。
n 在SimInstanceName中，输入SP1，表示是针对S参数仿真SP1进行的优化。
n Max=-20,表示优化的目标不超过-20dB
n Min值不添，这是由于S(1,1)的值越小越好
n Weight值不添，这是由于优化的几个参数没有主次之分。
n RangeVar[1]=freq，表示优化是在一定频率范围内进行的。
n RangeMin[1]=0.9GHz，表示频率变化范围的最小值为0.9GHz。
n 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）生产版图

图6.7：版图
（七）版图仿真
n 版图生成后先要设置微带电路的基本参数(即原理图中MSUB里的参数)，方法是点击版图窗口菜单中的Momentum -> Substrate -> Update From Schematic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。
n 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。
n 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metallization layers中加入薄膜电阻所在的层。
n 点击EM -> Simulation Setup -> frequence plan弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的Sweep Type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。
n 在option中调整网格大小，如图所示：

图6.8 网格大小的调整
（八）版图仿真S参数结果

图6.9 版图S参数仿真结果
版图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
第一章 总论 1
一、项目概况 1
二、项目提出的理由与过程 6
三、项目建设的必要性 8
四、项目的可行性 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 项目建设地点 25
一、项目建设地点选择 25
二、项目建设地条件 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 原材料与原料供应 35
一、原料来源及运输方式 35
二、燃料供应与运输方式 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、节水与安全措施 44
一、主要依据及标准 44
二、节能 44
三、节水 45
四、消防与安全 45
第九章 环境影响与评价 47
一、法规依据 47
二、项目建设对环境影响 48
三、环境保护措施 48
四、环境影响评价 49
第十章 项目组织管理与运行 50
一、项目建设期管理 50
二、项目运行期组织管理 52
第十一章 项目实施进度 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、项目财务评价 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
一、主要风险分析识别 70
二、风险程度分析及防范风险的措施 70
第十五章 招标方案 72
一、招标范围 72
二、招标组织形式 72
三、招标方式 72
第十六章 结论与建议 74
一、可行性研究结论 74
二、建议 75
附 件 77
一、附表 77
二、附件 77
三、附图 77

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