基于ADS—微带分支定向耦合器的设计说明

1、.目录.2.2.2.41设计微带分支定向耦合器的原理图 .42微带线分支定向耦合器的原理图仿真 .63微带分支定向耦合器版图的生成 .8.9六、.9. 专业资料 .前言：定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱 ，把功率进行分配和合成 ，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。本设计主要利用ADS2011 软件设计微带分支定向耦合器的方法，及利用ADS 设计、仿真微带分支定向耦合器，完成原理图和布局图 。关键词 ：定向耦合器微带分支ADS微波耦合度基于 ADS 微带分支定向耦合器的设计一、课题名称 ：基于 ADS 微带分支定向耦合器的设

2、计二、设计指标 ：本报告微带分支定向耦合器的设计指标如下。中心频率选为 2.4GHz 。在 2.3GHz 2.5GHz 范围内， S11 的取值小于 -36dB 。在 2.3GHz 2.5GHz 范围内， S21 的取值大于 -3.0dB 在 2.3GHz 2.5GHz 范围内， S31 的取值小于 -36dB 。在 2.3GHz 2.5GHz 范围内， S41 的取值大于 -3.0dB系统的特性阻抗选为50。微带线基板的厚度选为0.5mm ，基板的相对介电常数选为4.2.三、设计理论基础 ：在射频微波电路中，经常用到多端口网络，分支定向耦合器是最常用的多端口网络，它在电路中起到了十分重要的作

3、用，它能够在固定的参考相位的条件下，分开和组合射频微博端口。（一）、定向耦合器的基本功能和参数指标. 专业资料 .定向耦合器是一个4 端口网络 ，它有输入端口、直通端口 、耦合端口和隔离端口，分别对应图中的1、 2、3、 4 端口1243定向耦合器定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度 、定向性 、输入驻波比及工作带宽等，下面介绍上述各指标1、耦合度耦合度 C 定义为输入端口的输入功率P1 和耦合端口P3 之比的分贝数，耦合度 C 表示为 ：C 10lg P1 ( dB)P2引入网络散射参量，耦合度又可以表示为：/ 2C 10lg P1U i120lg1 ( dB)10lg2PS3S13U

4、il/ 231耦合度的分贝数越大耦合越弱，通常把耦合度为0dB10dB的定向耦合器称为强耦合定. 专业资料 .向耦合器 ，把耦合度为10dB20dB的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器，把耦合度大于20dB 的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。2、隔离性隔离度 I 定义为输入端口的输入功率P1 和隔离窗口的输出功率P4 之比的分贝数 ，隔离度 I表示为 ：I 10lgP1(dB)20lg1 ( dB)P4S41理想状态下 ，隔离度为无穷大。3、定向性 D在理想情况下，隔离端口应没有输出功率，但由于设计公式及制作精度的限制，使隔离端口有一些功率输出。通常采用耦合端口与隔离端口输出功率之比的分贝数来表

5、示定向耦合器的定向性，定向性 D 表示为：P32S31DS3120lg(dB)10lg10lg2S41P4S41隔离端口输出越小 ，定向性越好 ，在理想情况下 ， P40 ,定向性 D 无穷大 ，实际使用中常对定向性提出一个最小值。4 、 输出驻波比定向耦合器除输入端口外，其余各端口均接上匹配负载时，输入端的驻波比为定向耦合器的驶入驻波比。输入驻波比为：1+ S11=1S115 、 工作频带宽度满足定向耦合器技术指标的频率范围，为工作频带宽度，简称为工作带宽。. 专业资料 .（二）微带分支定向耦合器如下图所示输入口12 直通口Z0Z0Z0Z0Z0Z0隔离口43 耦合口理想微带分支定向耦合器的散

6、射参量为：S由上式可以得出如下结论：0j101j0012100j01j0因为 S11S 22S33S440 ,所以理想情况下在中心频率他的4 个端口是完全匹配的 。因为 S21j1, S311 , 所以在端口 1 有输入而其他端口匹配时，端口 2 和端口 322有等幅不同相输出，端口 2输出比端口1 输人信号滞后90，端口 3输出比端口 1 输入信号滞后 180。端口2 输出和端口 3输出相位相差 90，这是一个90 正交 3dB 耦合器。. 专业资料 .因为 S440，所以在端口1 有输入而其他端口匹配时，端口 4 无输出 。分支线耦合器具有很好的对称性，4 端口中任何一端口均可作为输入端口

7、。因为有/ 4段，所以分支线耦合器不是宽带器件。四：设计步骤以下步骤基于Agilent公司的 ADS2011_05 设计并仿真实现的。（一） 设计微带分支定向耦合器的原理图下面将创建一个微带分支定向耦合器的项目，并在这个项目中创建微带分支定向耦合器的原理图，完成微带分支定向耦合器的设计工作。1、 创建项目启动 ADS2011 创建微带分支定向耦合器项目，本课题所有的设计都将保存在此项目中。2、 创建原理图Schematic 文件3、 利用 ADS 微带线的计算工具完成对微带线的计算（ 1）在原理图Schematic文件上 ，选择 【Tools 】 【LineCalc 】 【StartLineC

8、alc 】命令，在【LineCalc 】计算窗口 ，在已知传输线的特性阻抗和相移的前提下，可以计算出微带线的宽度和长度。 在【LineCalc 】计算窗口选择如下。Type 选择为 MLIN ，意为计算微带线。Er=4.2 ，表示微带线基板的相对介电常数为4.2 。Mur=1 ，表示微带线的相对磁导率为1 。H=0.5mm，表示微带基板的厚度为0.5mm 。Hu=1.0e+033mm，表示微带线的封装高度为1.0e+033mm。. 专业资料 .T=0.005mm，表示微带线的导体层厚度为0.005mm 。Cond=4.1E+7，表示微带线的电导率为4.1E+7 。TanD=0.0003 ，表示

9、微带线的损耗角正切为0.0003 。Rough=0mm，表示微带线的表面粗糙度为0mm 。Freq=2.4GHz，表示计算时采用频率 2.4GHz 。Z0=50Ohm ，表示计算时特性阻抗采用50 。E_Eff=90deg,表示计算时微带线的长度时，采用 90相移。上述设置完成后，单击 【LineCalc 】窗口中的 【Synthesize 】，显示出计算结果如下所示 ：W=0.982mm，表示微带线的宽度为0.982mm 。L=17.458mm，表示微带线的长度为17.458mm 。此时【LineCalc 】窗口如下图所示：（ 2）继续使用 【LineCalc 】计算窗口进行计算，计算频.

10、专业资料 .率为 2.4GHZ 、特性阻抗为 35.355、相移为 90时微带线的宽度和长度，微带线基板的参数保持不变 ，在【LineCalc 】窗口计算得 ：W=1.674mm，表示微带线的宽度为1.674mm 。L=17.034mm，表示微带线的长度为17.034mm 。4 设计原理图在项目目录下Schematic原理图上 ， 搭建原理图如下图所示。其中各元件参数设置如下：四个 MLIN微带线 TL1、 TL2、 TL5、 TL6 均设置为宽度W=0.982mm，长度 L=3mm 。三个 T 形结 MTEE1 、 MTEE2、 MTEE3 设置为宽度W1=0.982mm、W2=1.674m

11、m和W3=0.982mmTL7、TL8 微带线均设置为宽度W=0.982mm，长度 L=17.458mm 。TL3、TL4 微带线设置为宽度W=1.674mm，长度 L=17.034mm。T 形结 MTEE4 设置为宽度W1=1.674mm、 W2=0.982mm和 W3=0.982mmMSUB设 置 为H=0.5mm、 Er=4.2 、 Mur=1、 Cond=4.1E+7、 Hu=1.0e+033mm、T=0.005mm 、 TanD=0.0003 、 Rough=0mm按上述设置连接所得带有终端负载的微带分支定向耦合器原理图如下所示：. 专业资料 .(二 ) 微带线分支定向耦合器的原理图

12、仿真（ 1）在仿真前 ，首先设置S 参数仿真控件SP。 设置参数如下 ：频率扫描类型选为线性Linear 。频率扫描的起始值设为2.0GHz 。频率扫描的终止值设为2.8GHz 。频率扫描的步长设为0.01GHz 。其余参数保持默认状态。（ 2）完成 SP 控件的参数设置后，就可以对原理图进行仿真了。单击工具栏中按钮 ，运行仿真 。（ 3）在数据显示窗口选择需要显示的的数据显示的数据显示的方式。在自动弹出的数据显示窗口中，用矩形图显示S11 曲线上插入一个Marker ，. 专业资料 .插入点为2.4GHz ，在 2.4GHz处 S11的值为 -23.930dB 。在自动弹出的数据显示窗口中，

13、用矩形图显示S21 曲线上插入一个Marker ，插入点为2.4GHz ，在 2.4GHz处 S11的值为 -3.116dB 。在自动弹出的数据显示窗口中，用矩形图显示S31 曲线上插入一个Marker ，插入点为2.4GHz ，在 2.4GHz处 S11的值为 -24.113dB 。在自动弹出的数据显示窗口中，用矩形图显示S41 曲线上插入一个Marker ，插入点为2.4GHz ，在 2.4GHz 处 S11的值为 -3.139dB 。S11 、 S21 、 S31 、 S41 的曲线如下图所示 ，有图可以看出在中心频率处曲线满足技术指标。S11 、 S21 、 S31 和 S41 在中心

14、频率处的数据. 专业资料 .在频带范围2.3GHz2.5GHz范围内 ， S11 、 S21 曲线如下图 ：可见仿真结果满足技术指标。（三）微带分支定向耦合器版图的生成由微带分支定向耦合器的原理图，可以生成与之对应的微带分支定向耦合器版图，对比原理图可以发现版图中已经将原理图中的微带线元件模型转化为实际微带线。在微带线原理图中去掉4 个端口的Term 和 “接地 ”。如下图 :在微带线分支定向耦合器原理图上的【Layout 】菜单 【Generate/UpdateLayout 】设置窗口，默认设置生成版图。所得版图如下 ：. 专业资料 .五：设计小结通过本次设计，基本掌握了单定向耦合器的设计思

15、路，对单定向耦合器的原理有了更深的了解 ，对于各个参数的物理意义有了一个较为深刻的了解，也对微带线结构有了比较形象的认识 。对于仿真软件ADS2011 有了一定的熟悉，会一些基本的设计和仿真。同时对ADS2011中自带参考示例中逐一了解，认识到了 ADS 工具强大的设计功能和仿真功能，其中设计指南以范例和指令说明的形式示范电路的设计流程，ADS2011软件提供了包括GSM 、 WLAN 、CDMA 以及目前的3G 通信中的WCDMA 等设计指南 ，这些对于日后我们通信专业的其他学习起到了非常好的学习辅助功能。六：参考文献【1 】刘学观郭辉萍等微波技术与天线M.西安 ：西安电子科技大学出版社，2

16、006.7【2 】范寿康卢春兰李平辉微波技术与微波电路M.北京 ：机械工业出版社，2003.6【3 】黄玉兰ADS 射频电路设计基础与应用M.北京：人民邮电出版社，2010.1. 专业资料 .【4 】陈艳华李朝晖夏玮ADS 应用详解 M.北京 ：人民邮电出版社2008.9冯新宇车向前 ADS2009 射频电路设计与仿真 M.北京：电子工业出版社2010.6. 专业资料 .爱人者 ，人恒爱之 ；敬人者 ，人恒敬之 ；宽以济猛 ， 猛以济宽 ，政是以和 。将军额上能跑马， 宰相肚里能撑船。最高贵的复仇是宽容。 有时宽容引起的道德震动比惩罚更强烈。君子贤而能容罢，知而能容愚 ，博而能容浅，粹而能容杂

17、。宽容就是忘却，人人都有痛苦，都有伤疤 ， 动辄去揭 ，便添新创，旧痕新伤难愈合， 忘记昨日的是非， 忘记别人先前对自己的指责和谩骂，时间是良好的止痛剂，学会忘却 ， 生活才有阳光 ，才有欢乐。不要轻易放弃感情，谁都会心疼 ； 不要冲动下做决定，会后悔一生。也许只一句分手，就再也不见；也许只一次主动， 就能挽回遗憾。世界上没有不争吵的感情，只有不肯包容的心灵；生活中没有不会生气的人， 只有不知原谅的心。感情不是游戏，谁也伤不起 ；人心不是钢铁，谁也疼不起。好缘分 ，凭的就是真心真意； 真感情 ， 要的就是不离不弃。爱你的人，舍不得伤你；伤你的人 ，并不爱你 。 你在别人心里重不重要，自己可以感

18、觉到。所谓华丽的转身，都有旁人看不懂的情深。人在旅途，肯陪你一程的人很多， 能陪你一生的人却很少。谁在默默的等待， 谁又从未走远，谁能为你一直都在？这世上 ， 别指望人人都对你好，对你好的人一辈子也不会遇到几个。 人心只有一颗，能放在心上的人毕竟不多；感情就那么一块， 心里一直装着你其实是难得。动了真情，情才会最难割；付出真心 ，心才会最难舍。. 专业资料 .你在谁面前最蠢，就是最爱谁 。 其实恋爱就这么简单，会让你智商下降，完全变了性格， 越来越不果断。所以啊 ， 不管你有多聪明，多有手段 ，多富有攻击性，真的爱上人时，就一点也用不上。这件事情告诉我们。谁在你面前很聪明，很有手段 ， 谁就真

19、的不爱你呀。遇到你之前，我以为爱是惊天动地，爱是轰轰烈烈抵死缠绵；我以为爱是荡气回肠， 爱是热血沸腾幸福满满。我以为爱是窒息疯狂， 爱是炙热的火炭。婚姻生活牵手走过酸甜苦辣温馨与艰难， 我开始懂得爱是经得起平淡。爱人者 ， 人恒爱之 ；敬人者 ，人恒敬之 ；宽以济猛 ，猛以济宽 ，政是以和 。 将军额上能跑马，宰相肚里能撑船。最高贵的复仇是宽容。 有时宽容引起的道德震动比惩罚更强烈。君子贤而能容罢，知而能容愚 ，博而能容浅，粹而能容杂。宽容就是忘却 ，人人都有痛苦 ，都有伤疤 ， 动辄去揭 ，便添新创 ，旧痕新伤难愈合 ， 忘记昨日的是非 ， 忘记别人先前对自己的指责和谩骂，时间是良好的止痛剂，学会忘却 ， 生活才有阳光 ，才有欢乐 。不要轻易放弃感情 ，谁都会心