双频带Wilkinson功分器的仿真设计

陕西理工学院毕业设计题目双频带WILKINSON功分器的仿真设计学生姓名张鹏飞学号1213014143所在学院陕西理工学院专业班级电子信息工程1205指导教师贾建科完成地点博远楼实验室2016年5月29日陕西理工学院毕业设计双频带WILKINSON功分器的仿真设计张鹏飞（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业12级5班陕西汉中723000）指导教师贾建科【摘要】本文主要研究的是等分的双频WILKINSON功率分配器的设计及其仿真，设计的双频WILKINSON功分器的工作频率在15GHZ和30GHZ，要求插入损耗小于38DB，隔离度大于20DB。使用了奇偶模分析方法，降低了两个支路的耦合，提高了设计精度和电路性能，并且采用了双节传输线实现阻抗变换，有效的增加了工作带宽。利用了ADS2011仿真软件进行设计和仿真，刚开始使用的原理图微带线尺寸是根据理想模型图参数计算的，仿真的结果不能满足设计要求，因此进一步对电路原理图进行了优化，后来针对版图的生成又对电路微带的长度进行了调整。从优化后电路原理图仿真的曲线图可以看到，隔离度大于20DB，插入损耗小于38DB,工作带宽为200MHZ，因此本次设计完全达到了设计标准。关键词双频WILKINSON功分器、ADS2011、奇偶模、仿真陕西理工学院毕业设计SIMULATIONDESIGNOFDUALBANDWILKINSONPOWERDIVIDERZHANGPENGFEIGRADE12,CLASS5，MAJOROFELECTRONICANDINFORMATIONENGINEERING，SCHOOLOFPHYSICSANDTELECOMMUNICATIONENGINEERING，SHAANXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,HANZHONG723000，SHAANXITUTORJIAJIANKEABSTRACTTHEMAINRESEARCHOFTHISREPORTISTHEDESIGNANDSIMULATIONOFDUALBANDWILKINSONPOWERDIVIDERTHEOPERATINGFREQUENCYOFTHISDUALBANDWILKINSONPOWERDIVIDERIS15GHZAND30GHZ,WHICHREQUIRESTHEINSERTIONLOSSLESSTHAN38DBANDTHEISOLATIONISMORETHAN20DBANALYSISMETHODOFODDEVENMODELISUSEDINTHISDESIGN,INORDERTOREDUCETHECOUPLINGOFTWOBRANCHES,IMPROVINGTHEACCURACYOFTHEDESIGNANDPERFORMANCEOFTHECIRCUIT,ANDADOUBLETRANSMISSIONLINEISUSEDTOREALIZETHEIMPEDANCECONVERTER,EFFECTIVELYINCREASINGTHEBANDWIDTHTHEADS2011SIMULATIONSOFTWAREISUSEDFORTHEDESIGNANDSIMULATIONUSINGTHEPRINCIPLEDIAGRAMOFTHEMICROSTRIPLINESIZEISCALCULATEDACCORDINGTOTHEIDEALMODELPARAMETERS,INTHEBEGINNINGTHESIMULATIONRESULTSCANNOTMEETTHEDESIGNREQUIREMENTSTHEREFORE,THECIRCUITPRINCIPLEDIAGRAMISOPTIMIZEDFURTHERTHELENGTHOFTHEMICROSTRIPCIRCUITISADJUSTEDFORTHEFORMATIONOFLANDSCAPELATERLATERFROMTHERESULTOFOPTIMIZEDSIMULATION,THEISOLATIONISGREATERTHAN20DB,THEINSERTIONLOSSISLESSTHAN38DB,THEOPERATINGBANDWIDTHIS200MHZSO,THISDESIGNHASREACHEDTHEDESIGNINDICATORSKEYWORDSDUALFREQUENCYWILKINSONPOWERDIVIDER,ADS2011,EVENANDODDMODE,SIMULATION陕西理工学院毕业设计目录1引言111研究的背景112研究的意义12威尔金森功分器的基本理论和工作原理221传统的WILKINSON功分器222WILKINSON功分器的工作原理23威尔金森功分器的设计实例及过程331功分器的设计指标要求332WILKINSON功分器的设计思路433奇偶模分析4331奇模分析，根据电路的对称性4332偶模分析534双频分析735原理图的仿真与优化7351理想模型的建立7354版图的生成17355版图的仿真18355联合仿真204宽带的双频WILKINSON功分器的研究2241偶模的分析2342奇模分析2543理想模型图的建立26431理想模型图参数的确定26432理想模型图设计26433理想模型图的仿真结果27致谢28陕西理工学院毕业设计参考文献29附录A外文文献30附录B外文文献翻译42陕西理工学院毕业设计第1页共53页1引言在电子学理论中，电流流过导体的时候，在导体的周围会形成磁场，如过电流是交变的电流，则导体周围就会形成交变的电磁场，我们把它称为电磁波。若电磁波的频率超过100KHZ时，电磁波可以在空气中传播，并且经过大气层外缘的电离层反射形成远距离传输能力。我们把这种科技远距离传输的高频电磁波称为射频，射频简称为RF，它的英文全称是RADIOFREQUENCY,意思是可以辐射到空气中的电磁波的频率，它的频率在300KHZ到300GHZ范围内【1】。射频指的是射频电流，它是一种高频率变化的交变电流产生的电磁波。每秒的变化小于1000次的交流电流是低频电流，每秒的变化超过10000次的电流被叫做高频电流。按照射频的定义，射频电流属于高频电流，射频在最近的几年越来越被人们重视，射频电路的应用也越来越广泛。11研究的背景工业革命引发了科技的进步，人类向自动化智能化的发展迈开了脚步，社会节奏的不断加快使得人们对于通信的依赖越来越严重，通信系统也随着人类社会的发展不断更新前进。烽火、书信等老旧的通信方式已经被淘汰掉，有线电话、电报机也慢慢不能适应人类的通信要求，通信也向着无线化智能化发展，这当中离不开人们对电磁波的研究和应用。无线通信有些更快的速度，更可靠的传输以及多样化的方式。但是可用于通信的频段是有限的。无线通信的飞速发展使得通信的频段越来越拥挤，因此可以同时在两个频段或者多个频段进行信息传输的多频无线通信系统是现在和未来移动通信系统的发展趋势。通信系统也对射频电路系统提出了很高的要求，为了满足通信系统的要求，射频电路的集成化必须越来越高，射频器件的各种设计要求也应时而生，它要求射频器件的体积小、重量轻、能耗小、生产成本低、功能强大。为了能够充分的利用有限的频谱资源，增加信号传输速率，并且提高通信系统的可靠性，双频以及多频通信电路的研究越来越重要。因此如今国内外许多专家都在潜心开展多频射频器件的开发和测试【24】。12研究的意义功率分配器简称为功分器，它是射频电路的一种重要的无源器件，它的功能是进行功率分配或功率合成，功分器广泛应用于平衡功率放大器、通信基站、天线阵列和雷达通信中，当它用于功率分配的时候，会将一路输入信号分成两路相对较大或者多路较小的功率信号。WILKINSON功分器是射频电路和通信系统重要的部件之一，随着射频电路的高度集成化，传统的WILKINSON功分器已经不能满足射频电路的设计要求。因此，体积小、能耗低、重量轻、隔离度高的双频WILKINSON功分器已经成为人们研究的重点之一，用一个器件实现两个频段或者多个频段的工作，可以有效的减少通信器件的体积和降低生产成本，所以研究双频和多频WILKINSON功分器具有重要的实用价值和战略意义。陕西理工学院毕业设计第2页共53页2威尔金森功分器的基本理论和工作原理21传统的WILKINSON功分器传统的威尔金森功分器只能工作在它的单一频段和奇次谐波处，对于现代无线通信系统的要求他已经无法满足，本文提出新型的双频宽带WILKINSON功分器可以很好地满足射频电路的种种设计要求，使得无线通信系统得到了长足的发展。22WILKINSON功分器的工作原理威尔金森功率分配器的作用是将一路输入信号等分或者不等分的分配到对应的输出端口，而且要保持输出的相位相同，其他器虽然也有相类似的作用，但威尔金森功分器因为它有较宽的频带，所以在实际中的应用效果更好。微带型WILKINSON功分器的电路结构如下图21所示。图中，1端口为输入端口，它的的特性阻抗是Z0，两端分支微带线的电长度都是/4，它们的特性阻抗分别为和，在终端分别接上负载和【56】。WILKINSON功分器三个端口的特性如下。（1）1端口无反射（2）2端口、3端口的输出电压相同、相位相等。（3）2端口、3端口的输出功率比值为指定值1/K2图21微带型WILKINSON功分器的电路图根据四分之一波长传输线阻抗变换的理论可以得到（21）（22）设R2KZ0,则Z02、Z03、R3为23陕西理工学院毕业设计第3页共53页（24）（25）为了增加隔离度，在端口2和端口3之间贴加一个电阻R，R的电阻值为R（）（26）可以看出当K1是，为等分的情况。3威尔金森功分器的设计实例及过程31功分器的设计指标要求（1）输入端口回波损耗（大于20DB），1端口的回波损耗是根据输入1端口的反射功率PR和1端口的输入功率PI之比来计算【7】10LOG20LOG|（31）（2）插入损耗小于38DB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的输入功率PI之比来计算10LOG20LOG|（32）10LOG20LOG|（33）（3）输出端口间的隔离度大于20DB输出端口2和输出端口3的隔离度根据输出端口2的输出功率P2和输出端口3的输出功率P3之比来计算10LOG20LOG|（34）（4）功分比（11）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（35）（5）带宽200MHZ陕西理工学院毕业设计第4页共53页32WILKINSON功分器的设计思路使用双节传输线实现阻抗变换，并且在它的输出端口并联一段开路微带线用来代替传统的贴片电容和电感，这样可以提高电路的设计精度。双频WILKINSON微带功分器如图31示。图中两节传输线的特征阻抗分别是、，它们对应的长度分别为、；在两输出端口之间添加隔离电阻，阻值为R，输出端口分别并联一段开路微带线，它的特征阻抗为，对应的长度为。设定的两个工作频率分别为,其中M，M为大于1的正实数。为了计算方便，假设双节阻抗变换器的两端传输线长度是相等的，即L。是频率为时两节传输线的传播常数分别为和2（其中2M1）【8】。图31双频WILKINSON微带功分器的原理图（2）利用奇、偶模的分析方法对传统WILKINSON功分器进行改进设计，降低两支路端的耦合度，提高设计的精度和电路的性能，再通过ADS2011仿真软件的进一步优化，让WILKINSON功分器满足设计的各项要求。33奇偶模分析331奇模分析，根据电路的对称性图32双频威尔金森功分器的奇模等效电路陕西理工学院毕业设计第5页共53页当奇模输入阻抗、偶模输入阻抗与端口阻抗相等时，威尔金森功分器具有良好的功率传输、匹配、隔离特性36373839将式（37）、（38）、（39）带入（36）中化简得到310采用虚实部对应相等的方法整理得311312332偶模分析图33双频威尔金森功分器偶模等效电路陕西理工学院毕业设计第6页共53页类似于奇模分析思路313314315316把（314）、（315）、（316）、带入（313）得到317318由（312）、（318）相等可以得到4319因为1TAN21L0，所以320由（320）、（312）、（317），可以得到双节阻抗变换器的两端传输线和开路微带线的特性阻抗与电角度满足下式321322323陕西理工学院毕业设计第7页共53页34双频分析因为我们要设计的是工作在两个不同的频率的威尔金森功分器，上面奇偶模分析的结论应该在这两个频率上都成立，由（320）得324即325式子中N为整数，设计电路的时候为了方便计算，取“”和N1有了326假设设计出来的双频威尔金森功分器的工作频率分别为F1和F2，则327式（327）中，P为任意整数讨论当L1。为保证开路微带线的特性阻抗为正，必须有TAN1L33时，TAN1LO。因为要减短并联的开路微带线的长度，所以在这里选取了PL，因此有32935原理图的仿真与优化351理想模型的建立由式（321、322、323）计算出来的电路各个参数，它的工作频率是15GHZ和30GHZ，由M可得M2,由（326、328）得Z050OHMR100OHM根据式（321）计算得出Z112247OHM根据式（322）计算出Z2408OHM根据式（323）计算出Z3612OHM新建一个原理图，在原理图中搭建出理想模型图，在“SIMULATIONS_PARAM”中选择“SP”控陕西理工学院毕业设计第8页共53页件，在“TLINESMICROSTRIP”里面选择“MSUB”参数控件，再加入七个TLIN和三个端口，连接好之后如下图的34，在MSUB参数控件里修改介质板参数为H1MMER44MUR1COND58E7HU10E033MMT003MMTAND1E2ROUGH0MM，在SP控件里设置好扫描的起始、终止频率，分别为10GHZ和36GHZ【911】。图34双频WILKINSON功分器的理想模型图对图34的理想模型图进行仿真，得到的仿真结果图如下图35所示，可以看到在15GHZ和30GHZ的频率点时和的值大于70DB，插入损耗小于38DB，隔离度接近80DB，模型图的仿真值达到了预期的设计标准。陕西理工学院毕业设计第9页共53页图35双频威尔金森功分器的理想模型仿真图352原理图的设计根据理想模型图，进一步设计出电路原理图，建立一个新的原理图，在“SIMULATIONS_PARAM”中选择SP控件，在“TLINESMICROSTRIP”里面选择“MSUB”参数控件，再加入十七个TLIN、三个端口、一个MTEE、两个MCROSO、一个隔离电阻TFR、两个阻抗渐变线MTAPER和十个MCURVE，为了在之后对原理图进行优化，在这里我又添加了“VAR”变量参数控件。根据理想模型图的电路参数，利用ADS2011的自动计算工具，计算出微带线的尺寸。在原理图设计窗口的菜单栏中执行【TOOLS】【LINECALC】【STARTLINECALC】就会弹出“LINECALC”的窗口，在“SUBSTRATEPARAMETERS”栏中填入“MSUB”控件中的对应参数，然后在“COMPONETPARAMETERS”栏的“FREQ”项中填入设计的功分器的工作中心频率15GHZ。在“ELECTRICAL”栏的“”项中填入要计算的传输线阻抗值，在“E_EFF”栏中填入对应的电长度，最后点击图陕西理工学院毕业设计第10页共53页标，可以在“PHYSICAL”栏中得到微带线的长度L和宽度W,如图36所示，计算出来的微带尺寸如下表31图36微带线的计算工具“LINECALC”表31E_EFFWL12247OHM60DEG020MM1974MM408OHM60DEG260MM1804MM612OHM120DEG130MM3727MM在电路原理图中输入计算得到的微带线尺寸参数，理想模型图中的对应原理图中的TL2和TL3，把1974MM的长度分配给TL2和TL3，对应TL7和TL8，将1804MM的长度分配给TL7和TL8，对应TL10和TL11，将3727MM的长度分配给TL10和TL11，根据电路的对称分别修改其他的参数。在SP控件里设置好扫描的起始、终止频率，分别为12GHZ和32GHZ，MSUB的参数同理想图一样，设置好的原理图如图37所示，由于电路原理图较为复杂，不能再一张图中看清楚，所以分为两张图附在下面，如图38（A、B）所示。设置好以后对原理图进行仿真，仿真的结果如图39所示陕西理工学院毕业设计第11页共53页图37双频威尔金森功分器电路原理图图38A双频WILKINSON功分器的电路原理图陕西理工学院毕业设计第12页共53页图38B双频WILKINSON功分器的电路原理图图39原理图的仿真结果陕西理工学院毕业设计第13页共53页从图39可以看出功分器的工作频点不在15GHZ，隔离度和插入损耗都不能满足设计要求，因此要对原理图进行优化。353原理图的优化之前说过在为了便于优化原理图，添加了“VAR”变量参数控件，为的是将微带线的各项参数用变量代替，双击“VAR”控件，会弹出参数设置窗口，如图310所示，为了优化电路原理图，我设置了十四个变量，分别是L1L10，W1W4，分别代表微带线的尺寸W和L，MCURVE的宽度W，MTEE的宽度W，MTAPER的宽度W和长度L，MCROSO的宽度W。图310“VAR”参数控件设置窗口然后单击“OPTIM/STAT/DOE”选择“OPTIM”控件和四个“GOAL”控件插入到原理图中，分别优化S1,1、S2,1、S2,2、S2,3，在“OPTIM”中设置优化方法和优化的次数，在“OPTIMZATIONTYPE”栏选择“RANDOM”选项，在“NUMBEROFITERATIONS”栏修改数字为100，操作如图311所示陕西理工学院毕业设计第14页共53页图311“OPTIM”控件设置窗口下来分别设置四个“GOAL”控件（1）在“EXPRESSION”中输入表达式“DB（S1,1）”,目的是优化端口1反射系数的DB值。（2）在“ANALYSIS”选项中输入“SP1”，表示针对S参数仿真SP1进行优化。（3）“WEIGHT”采用默认值，表示优化目标无主次的分别（4）单击“INDEPVARS”右边的【EDIT】按钮，在左边的“INDEPVAR1”处输入“FREQ”，目的是用来限制优化目标的频率范围。陕西理工学院毕业设计第15页共53页（5）在“LIMITLINES”列表中修改参数,“TYPE”选择“”，MAX20，“FREQMIN14GHZ/29GHZ”,“FREQMAX16GHZ/31GHZ”。其余三个“GOAL”控件分别按照优化要求设置参数，如下图312图312“GOAL”控件的设置窗口设置好之后保存原理图，开始电路优化，如图313所示陕西理工学院毕业设计第16页共53页图313双频WILKINSON功分器原理图的优化窗口优化之后的电路原理图的仿真结果如下图314所示，从图中可以看出,插入损耗在15GHZ和30GHZ频点上小于38DB,隔离度在15GHZ和30GHZ频点上都大于20DB，因此电路优化的结果符合设计要求。陕西理工学院毕业设计第17页共53页图314优化后的原理图仿真结果354版图的生成原理图仿真完成以后，我开始了版图的制作，利用优化后的原理图生成LAYOUT,单击工具栏中的失效工具，然后将电路原理图中的“SP”控件、三个“TERM”元件、三个接“地”和“OPTIM”K控件都失效掉。把优化后的数据保存后，将原理图中的元件参数变量改为实量，并且将“VAR”控件也失效掉。然后点击菜单栏中的【LAYOUT】【GENERATE/UPDATELAYOUT】,确定生成版图的有效元件数目之后点击【OK】，如图315图315版图生成确定窗口点击【OK】之后生成的版图如图316所示图316利用优化后的原理图生成的版图陕西理工学院毕业设计第18页共53页355版图的仿真执行版图窗口的菜单命令【EM】【SUBSTRATE】,全部点击【OK】，然后会弹出“SUBSTRATE”设置窗口。执行【FILE】【IMPORT】【SUBSTRATEFROMSCHEMATIC】,弹出“ADDSUBSTRATEFROMSCHEMATIC”窗口，选择你的原理图的名称选项，点击【OK】，会弹出你的原理图的“SUBSTRATE”的设置窗口，可以在窗口里面设置层叠，去掉不需要的导体，在不需要的导体上单击右键选择“UNMAP”,选择【OK】，如图317所示图317介质板层叠的设置窗口然后点击保存，在版图的窗口菜单中选择【INSERT】【PIN】,在版图上插入三个“PIN”后，点击图标，选择“FREQUENCYPIAN”,在“TYPE”栏中选择“ADAPTIVE”,设置好起始、终止频率，起始频率为14GHZ，终止频率为31GHZ，然后点击“SIMULATE”进行版图仿真。如图318陕西理工学院毕业设计第19页共53页图318版图仿真的设置窗口生成的版图仿真曲线如图319所示图319版图的仿真结果陕西理工学院毕业设计第20页共53页从图中可以看到隔离度在30GHZ时值有一些恶化，其他的S参数曲线也都有一定程度的恶化355联合仿真在图318中，选择“MODEL/SYMBOL”,勾选上“INCLUDESPARAMETERDATAONLY”、“UPDATEEMMODELWHENSIMULATIONISLAUNCHED”和“UPDATESYMBOLWHENSIMULATIONISLAUNCHED”,在“VIEWNAME”栏输入生成的模型名称，在“SYMBOLTYPE”中勾选“LAYOUTLOOKALIKE”,设置好以后，点击“SIMULATE”,在版图仿真的同时也会将版图打包生成元件。如图320所示图320版图打包的设置窗口新建一个原理图，添加三个“TERM”元件，“SP”扫描控件，“MSUB”参数控件，然后点击图标，弹出“COMPONENTLIBRARY”窗口，如图321所示，点击自己制作的工程文件，选择打包生成陕西理工学院毕业设计第21页共53页好的元器件，点击右键选择“PLACECOMPONENT”,这样就调出了元件，然后连接好的图如322所示，最后进行联合仿真，联合仿真结果如图323所示图321调出元件的窗口图322最终的联合仿真电路图联合仿真的结果如下图323所示陕西理工学院毕业设计第22页共53页图323联合仿真曲线图由于生成版图之后打包成模型联合仿真会有一些误差，所以在图中可以看到S参数的联合仿真结果相比较于原理图仿真结果，有曲线一定程度的恶化。4宽带的双频WILKINSON功分器的研究本小节根据设计思路，采用了双节传输线阻抗变换，两个支节采用两个不同的隔离电阻，有效的增加了工作带宽，并且挺高了隔离度，依然运用奇偶模分析法推导出解析计算公式，设计出了工作频率在15GHZ和30GHZ的宽带双频威尔金森功分器【1213】。图41宽带双频WILKINSON功分器的原理图陕西理工学院毕业设计第23页共53页原理图中两个隔离电阻分别为R1和R2，两个工作频率为F1和F2（F2MF1），两节传输线在频率为F1时的特征阻抗为Z1和Z241偶模的分析图42宽带双频WILKINSON功分器的偶模等效电路图偶模分析时两个输出端口信号的幅度和相位相同，隔离电阻R1和R2处于开路状态，电路相当于两节传输线阻抗变换器，输入阻抗为Z0，负载为2Z0根据传输线的理论分析可以得出4142式中1是频率为F1时传输线的传播常数，1L1和1L2为电角度。将（42）式带入（41）式得43从原理图中可以得出44由式（43）的实部和虚部对应相等可以得到（45）陕西理工学院毕业设计第24页共53页46式中与为定义的参量，由（45）（46）得4748由式（47）、（48）得49410式中2为频率在F2时传输线的传播常数，由（47）（49）得到411所以412式中N为任意整数。由（48）（410）得413式中P为任意整数。由式（412）、（413），取“”和NP1,得414将（414）带入（45）和（46）中，得到415416陕西理工学院毕业设计第25页共53页42奇模分析图43宽带双频WILKINSON功分器的奇模等效电路图奇模分析时，两个输出端口信号的幅度相同，相位相差180O,类似于偶模分析由上图得417（418）419420将式（420）代入式（419）中得到421假设422陕西理工学院毕业设计第26页共53页423于是式（421）可简化为（424）将（424）（418）代入（417）整理可以得到425由（425）得到426427将（422）和（423）代入式（427）得到428于是，由（422）、（423）和（428）代入（426），整理得到42943理想模型图的建立431理想模型图参数的确定设计了工作频率分别为15GHZ和30GHZ，由式（414）、（415）（416）（428）和（429）分别计算出所需要的电路参数1L11L21LZ17936OHMZ2630OHMR11098OHMR2200OHM432理想模型图设计将计算出来的电路参数应用到理想模型图中，新建一个原理图，添加“SP”扫描控件，“MSUB”参数控件，分别设置扫描的起始、终止频率，分别为起始频率01GHZ，终止频率为36GHZ,在“MSUB”参数控件中输入介质板的参数，H1MMER44MUR1COND58E7HU10E033MM陕西理工学院毕业设计第27页共53页T003MMTAND1E2ROUGH0MM图44宽带威尔金森功分器理想模型图433理想模型图的仿真结果电路理想模型图的各项参数都设置好以后，点击仿真，仿真的曲线图如下图45所示图45理想模型图的仿真结果可以看出插入损耗S12小于38DB，隔离度S23为55DB优于20DB，频率点没有任何的偏差,工作带宽为400MHZ。说明理想模型图的构建完全符合设计指标的要求。陕西理工学院毕业设计第28页共53页致谢在经历了三个多月的努力，终于完成了双频WILKINSON功分器的设计，开始拿到这个题目的时候我比较迷茫，不知道应该怎样去设计，后来通过自己学习和搜集文献资料，慢慢的对功分器的设计有了初步的了解。后来我自己买了关于ADS2011仿真软件的教程书，通过看视频教程再结合手动实践对于这个软件有了足够的了解，这给了我本次设计打下了良好的基础。根据设计指标的要求逐步设计优化电路图，一步一步仿真优化最终成功的完成了毕业设计。在对理想电路模型参数的原理图进行优化的时候，我一开始用ADS的优化系统，无论怎样优化总是不能达到最好的效果曲线，后来我自己手动修改，保证单一变量，进行了数次的调整之后，再结合自动优化的系统最终确定仿真出了最好的曲线图，成功的完成了本次设计任务。在设计原理图的时候，我不能确定两节微带线长度的比例，后来根据版图的外观进行了调整，最终确定了具体的尺寸。通过这次毕业设计锻炼了我的独立思考与动手能力，强化了我对射频微波系统的认知，设计的过程中我遇到了许许多多的困难，每次就快要放弃的时候我便告诉自己我还没有用尽全力，感谢一直帮助我给我建议的贾建科老师，我的舍友和同学也给了我莫大的支持，是他们的帮助和鼓励，让我度过了毕业设计最艰难的时刻，谢谢你们陕西理工学院毕业设计第29页共53页参考文献【1】张海军大话移动通信M清华大学出版社，201121【2】廖承恩微波技术基础M西安西安电子科技大学出版社，199412【3】王蕴仪微波器件与电路M南京江苏科技出版社，1981【4】黄玉兰,常树茂ADS射频电路仿真与实例详解M人民邮电出版社，201112【5】清华大学微带电路编写组M微带电路北京人民邮电出版社，1976【6】张玉兴,文继国无线应用射频与微波电路设计（第二版）M【7】徐兴福ADS2011射频电路设计与仿真实例M北京电子工业出版社，20145【8】冷小艳双频WILKINSON功分器的研究J，20080625【9】卢益峰ADS射频电路设计与仿真学习笔记M北京电子工业出版社，20153【10】EWILKIONANNWAYHYBRIDPOWERDIVIDERIRETRANSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES，1960,8116118【11】程敏锋,刘学观微带型威尔金森功分器设计与实现J现代电子技术2006,202526【12】SAIWAIWONGANDLEIZHUULTRAWIDEBANDPOWERDIVIDERWITHGOODINBANDSPLITTINGANDISOLATIONPERFORMANCESIEEEMICROWWIRELESSCOMPONLETT,2008,188518520【13】REINHOLDLUDWIG，PAVELBRETCHKO射频电路设计理论与应用M王子宇，张肇仪，徐承和译北京电子工业出版社，2002,134175陕西理工学院毕业设计第30页共53页附录A外文文献OPTIMIZATIONDESIGNOFMUTIBANDWILKINSONPOWERDIVIDERBYTHEMETHODOFGENETICALGORITHMPUBLISHEDONLINE15MAY2013SPRINGERSCIENCEBUSINESSMEDIANEWYORK2013ABSTRACTDESIGNOFMULTIBANDWILKINSONPOWERDIVIDERSUSINGGENETICALGORITHMAREPROPOSEDBASEDONTHEIDEALTRANSMISSIONLINEMODELANDTHECONCEPTOFTHEEVENODDMODESANALYSIS,THEDESIGNEQUATIONSOFTHEMULTIBANDEQUALPOWERSPLITWPDWITHTHEMULTISECTIONTRANSMISSIONLINEANDTHEIRCORRESPONDINGISOLATIONRESISTANCESAREGIVENTHEOPTIMALSOLUTIONSAREOBTAINEDVIATHEPROCESSOFTHEGENETICALGORITHMOPTIMIZATIONSOMENUMERICALEXAMPLESOFTHEDUALBAND,TRIBANDANDQUADBANDWILKINSONPOWERDIVIDERAREPRESENTEDTOVERIFYTHEPROPOSEDDESIGNMETHODKEYWORDSWILKINSONPOWERDIVIDERTRANSMISSIONLINEMULTIBANDGENETICALGORITHMOPTIMALDESIGN1INTRODUCTIONMULTIBANDWILKINSONPOWERDIVIDERWPDISONEOFKEYELEMENTSINMANYMODERNCOMMUNICATIONSYSTEMSAPPLICATIONS,SUCHASGSMGLOBALSYSTEMOFMOBILECOMMUNICATION,WIFIWIRELESSFIDELITY,WIMAXWORLDWIDEINTEROPERABILITYFORMICROWAVEACCESSIN2003,ADUALBANDWILKINSONPOWERDIVIDERBASEDONTWOSECTIONTRANSMISSIONLINETRANSFORMERWASREPORTEDIN1LATER,AWILKINSONPOWERDIVIDERWORKINGONTHEFREQUENCYF1ANDITSDOUBLEFREQUENCY2F1WASPROPOSEDIN2,WHERETHEOPERATINGFREQUENCYISLIMITEDTOTHETWICEOFTHEFREQUENCYF1ANDTHEN,ADUALFREQUENCYWILKINSONPOWERDIVIDERTHATWORKSINARBITRARYDUALBANDFREQUENCYWASPRESENTEDIN3FURTHER,THREESECTIONTRANSMISSIONLINETRANSFORMERANDTRIBANDWILKINSONPOWERDIVIDERUSINGATHREESECTIONTRANSMISSIONLINETRANSFORMERWASDESIGNEDANDANALYZEDIN4,5INLITERATURE5,THESOLUTIONOFTRANSCENDENTALEQUATIONSISNEEDEDTOSEEKTHEPARAMETERSUSINGSURFACEFITTING,HOWEVERWITHTHEINCREASINGOFOPERATINGFREQUENCYTOBEMATCHED,THERELATEDEQUATIONSWILLINEVITABLYBECOMEMOREMCHENBYZHANGLLIANGCZHANGINSTITUTEOFMICROWAVEOPTICS,XIANUNIVERSITYOFPOSTSTELECOMMUNICATIONS,WEIGUOROAD,CHANGANDISTRICT,XIAN710121,CHINAEMAILCHENMING5628SINACOMFIG1MULTIBANDWILKINSONPOWERDIVIDERSTRUCTUREDIAGRAM陕西理工学院毕业设计第31页共53页ANDMORECOMPLEXSOTHATTHEYAREDIFFICULTTOSOLVETHEREFORE,EFFECTIVEDESIGNMETHODFORMULTIBANDWPDISNECESSARYFORTUNATELY,GENETICALGORITHMGAISAKINDOFEXCELLENTOPTIMIZATIONALGORITHMWHICHDRAWSONTHEEXPERIENCEOFBIOLOGICALEVOLUTIONSURVIVALOFTHEFITTESTGENETICMECHANISMANDWITHINNERIMPLICITPARALLELISMANDBETTERABILITYOFGLOBALSEARCHING,WHILEINTRADITIONALPROCESSOFWPDDESIGN,COMPLICATEDFORMULADERIVATIONANDMATHEMATICALCALCULATIONLARGELYLIMITTHEEFFICIENCYOFTHEDESIGNUSINGGENETICALGORITHMONESCANSIGNIFICANTLYAVOIDTHECOMPLEXFORMULADERIVATIONANDMAKETHEDESIGNSIMPLEANDEASYTOLINE69INTHISPAPER,BASEDONANIDEALTRANSMISSIONLINEMODELANDCONCEPTOFTHEEVENODDMODESANALYSIS,DESIGNEQUATIONSOFTHEMULTIBANDWPDWITHMULTISECTIONANDTHEIRCORRESPONDINGISOLATIONRESISTANCESWILLBEGIVENINSECT2THEVALIDITYOFTHEDESIGNEQUATIONSISPROVENBYNUMEROUSNUMERICALEXAMPLESINSECT3FINALLY,THEPAPERPRESENTSCONCLUSIONSINIV2THEORYANDMETHEDOFWPDDESIGNFIGURE1SHOWSTHEMULTIBANDWILKINSONPOWERDIVIDERSTRUCTUREDIAGRAMINFIG1,Z1,Z2,ZNARETHECHARACTERISTICIMPEDANCESOFTHEMULTISECTIONTRANSMISSIONLINES,L1,L2,LNTHEPHYSICALLENGTH,ANDR1,R2,RNTHEISOLATIONRESISTANCES,RESPECTIVELYZSANDZLARETHESOURCEIMPEDANCESANDLOADIMPEDANCES,RESPECTIVELYTHEOPERATINGFREQUENCIESAREF1,F2,FNF2U1F1,F3U2F1,FNUN1F1,UN1,U2U11ANDFN,F2F1BASEDONODDEVENMODEANALYSISTECHNIQUE,THEMULTIBANDWILKINSONPOWERDIVIDERCANBEEQUIVALENTTOTWOMODESCIRCUITS,IETHEODDMODEANDEVENMODECIRCUITRESPECTIVELY,WHILETHEOUTPUTPORTSARELOADEDWITHSYMMETRICANDANTISYMMETRICSOURCEDRIVER21EVENMODECIRCUITANALYSISTHECIRCUITTOPOLOGYFORTHEEVENMODEISSHOWNINFIG2THISCIRCUITCANBESPLITTOTHEUPPERANDLOWERPART,ANDTWOVOLTAGESVG1ANDVG2WITHVG1VG2AREAPPLIEDTOPORT2ANDPORT3,RESPECTIVELYINTHISCASE,THEISOLATIONRESISTANCESR1,R2,RNCANBEREGARDEDASOPENCIRCUITSATTHEIRTERMINALBECAUSETHECURRENTSTHROUGHTHEMAREZERO,RESPECTIVELYACCORDINGTOTRANSMISSIONLINETHEORY,THEREFLECTIONCOEFFICIENTIN11OFTHEINPUTIMPEDANCEZIN1OFTHEPORT1ATOPERATINGFREQUENCYF,WHENONESLOOKFORWARDTHELOADENDOFTHEMULTISECTIONTRANSMISSIONLINE,CANBEOBTAINEDBYTHEFOLLOWINGDERIVATIONFIG2WILKINSONPOWERDIVIDEREVENMODECIRCUITANALYSIS陕西理工学院毕业设计第32页共53页/1AZINN1ZN1ZINNJZN11/ZN1JZI11BIIIIIII/IIIIIII/I1ZINI/III2ZS/ZIN12ZS2WHEREISTHEPROPAGATIONCOEFFICIENTATTHEOPERATINGFREQUENCIESANDL1,L2,LI,LNARETHEELECTRICALLENGTHSOFTHEMULTISECTIONTRANSMISSIONLINESATTHEOPERATINGFREQUENCIES,ZIN1,ZIN2,ZINI,ZINNTHEINPUTIMPEDANCESWHENONESLOOKFORWARDTHELOADENDOFTHEMULTISECTIONTRANSMISSIONLINEATTHEBEGINNINGOFEACHSECTIONTRANSMISSIONLINERESPECTIVELY22ODDMODECIRCUITANALYSISTHECIRCUITTOPOLOGYFORTHEODDMODEISSHOWNINFIG3,WHERETWOVOLTAGESVG1ANDVG2WITHVG1VG2AREAPPLIEDTOPORT2ANDPORT3,RESPECTIVELYDUETOTHEVOLTAGEOFTHE123466MCHENETALCENTERLINEISZERO,THECENTERLINECANBEREGARDEDASSHORTCIRCUIT,ANDALLPOWERISTRANSMITTEDINTOR1/2,R2/2,RN/2,ASARESULT,POWERTRANSMITTINGINTOPORT2ISZEROACCORDINGTOTRANSMISSIONLINETHEORY,THEREFLECTIONCOEFFICIENTIN23OFTHETHEINPUTIMPEDANCEZINOFTHEPORT2ATTHEOPERATINGFREQUENCYCANBEOBTAINEDBYTHEFOLLOWINGDERIVATIONJ（3A）/2J/J/23B/2J/J/23I1（）/2J）/J/23N1陕西理工学院毕业设计第33页共53页/2J/23N3N/24/5WHEREISTHEPROPAGATIONCOEFFICIENTATTHEOPERATINGFREQUENCIESL1,L2,LI,LNARETHEELECTRICALLENGTHSOFEACHSECTIONTRANSMISSIONLINEATTHEOPERATINGFREQUENCIESRESPECTIVELY,ZIN1,ZIN2,ZINI,ZINNTHEINPUTIMPEDANCESWHENONESLOOKFORWARDTHESOURCEENDOFTHEMULTISECTIONTRANSMISSIONLINEATTHEENDOFEACHSECTIONTRANSMISSIONLINERESPECTIVELY23OPTIMALDESIGNOFTHEMULTIBANDWILKINSONPOWERDIVIDERTHETARGETOFTHEDESIGNISTOFINDZ1,Z2,ZN,L1,L2,LNANDR1,R2,RNFORMATCHINGANDISOLATINGREQUIREMENTSATOPERATINGFREQUENCIESF1,F2,FNBYUSINGGAFROMTHEEQUATIONSSHOWNINSECTS21AND22,THETARGETFUNCTIONOFOPTIMIZATIONDESIGNCANBEWRITTENASFOLLOWSFMIN6I,7AI,7BWHEREZSANDZLAREFREQUENCYINDEPENDENTANDSATISFIESTHECONDITIONSASFOLLOW0,080|I,9TABLE1DESIGNPARAMETERSOFDUALBANDWPDFORZS50ANDZL50表1CASE1CASE2CASE3792886760768870182630609657231680717DEG60529412385716DEG6052941277142810981352671202916581391陕西理工学院毕业设计第34页共53页FIG4THERESPONSECHARACTERISTICSOFS11VERSUSFREQUENCIESFORZS50ANDZL50OFDUALBANDWPDFIG5THERESPONSECHARACTERISTICSOFS12VERSUSFREQUENCIESFORZS50ANDZL50OFDUALBANDWPDFIG6THERESPONSECHARACTERISTICSOFS22VERSUSFREQUENCIESFORZS50ANDZL50OFDUALBANDWPD陕西理工学院毕业设计第35页共53页FIG7THERESPONSECHARACTERISTICSOFS23VERS