基于ADS仿真wilkinson功分器

1、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 了解功率分配器电路的原理及设计方法。 学习使用ADS软件进行微波电路的设计,优化，仿真。 掌握功率分配器的制作及调试方法。二、设计要求指标 通带范围0.91.1GHz© 双端输出，动分比为1：1o 通带内个端口反射系数小于-20dBo 两个输出端口的隔离度小于-20dB。 传输损耗小于3.1dB。三、设计思路图一：设计思路示意图理论分析设计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

2、上，由能量守恒定律可知：Pl=P2+P3o端口特性为：(1)端口1无反射(2)端I12和端II3输出电压相等且相同(3)端II2、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Rz、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iI1的回波损耗根据输入端I11的反射功率和输入功率之比来计算sn=-g(京)插入损耗输入端i11的回波损耗根据输出端11的输出功率和输入端口1的输入功率之比来计算p2p2S21=-10L。9(第S31=-IQLog尸in(3)输出端口间的隔离度输出端口2和输出端口3间的“底度可以根据输出端II2和输出端II3的输出功率比来计

3、算P人S23=-10Lo(4)功分比当其它端I1没有反射时，功分比根据输出端II3和输出端II4的输出功率比来计算/2_尸2P3(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。<AVBLineCalc/untitledFilesimulationQptionsHelpConfaiuoitType口yZDraZKXLDT_DnAC.rf®rs：C4113JE1IEUCTAVL7VLSyntSesiteaZlaetrical2r%HNTC.SL&，第DMAaICOO10EDDl.0<*

4、33a4.U?n»；a'-iZxv<>ZOB_j6fCcnpca*ntPmeter3Freq1000WallZ|OfrnilnilScAtratettimetei"：«rmeojttiitentAjialyceECllc山Nt证Kcsult:K.Eff3230ADB=641S13e-10SlonDepth=0.097图5.150Q的微带线宽度计算sLineCalc/untitledFileSimulationOptionsydpCcnpomtTyp,HIV-DKUN-HUWAIMSub3tralePufiTer，：c*ln1|MSVB.MJAH

5、Lr-1NrEr43)0人LJKr工CODM0.EODnnHuI.DetJ3inSyntA4：iz4r0.030nn,r同Cend1.U7'vXlecexietlJSL_20CmpoEntPex?n*t*TBZJ.ilRr”1000*<ni内QI?e,】VtlutS4TC0&3>StULC图5.275Q的微带线宽度计算输入Z0=500hm,可以算出微带线的宽度为152mm。填入Z0=7070hm和E_E毋=90deg,可以算出微带线的线宽为079mm和长度429mm。完成理论值计算。六、ADS仿真步骤(一)创建项目点击File->NewProject设置I：程

6、文件名称为Wilkinsondivider,点击LengthUnit设置长度单位为mm。点击NewProject对话中的OK键，并保存文件。(-)创建原理图将MUSB插入原理图，参数设置：H:基板厚度(0.8mm)；er：基板相对介电常数(4.3)：Mur：磁导率(1);Cond：金屈电导率(5.88E+7)：Hu：封装高度(l.Oe+33mm)：T：金属层厚度(0.03mm)；TanD：损耗角正切(le-4)：Roungh：表面粗糙度(0皿)。如下图所示：MSubMSUBMSublH=0.8mm,Er4.3-Mur=1.Cond=5.8e+7.Hu=1.0e+33mmT=0.03mm-

7、9;TanD=0.00001,Rough=0mil.Bbase=.Dpeaks=图61：MSub控件参数在菜单中选择变量VAR空间，插入到原理图，设置wl范围为0.7-0.9,11范围为5-20。设置后如下图所示：|.|VAR.3R1.w1=0787281tow2=1.52-11=16.8027to'图6.2:Var控件参数同样方法完成原理图绘制乙W8-1二l-*/-I«*：nnErmnrniCqKMX：、gw.-:h、tc：加阿u5-eV3NX3Cd*<*5”7VFOSE】、XK8，4g7»nPrww*4*E3KSuttNWrNt，n-i1工ScN：fr,W

8、3fC.R>NiA"L-0t*：4nt（三）原理图S参数仿真lesjbpWXqM,.3”，.Mxr<C3；<Wrnn?L，Irmr*”e*NTfirH2r?ri*u$RfAomgvrvsewrc?5o窿4wi：PETCJX?'CMRti.、K.Irr-vstjhRH.-ASq.Q5Vijjr-vijn图6.3:完整原理图”:tt-y二穴7GCiTe-1oon-225-A/-35.0./-47-5-j-600H_0.500.751.00freq,GHz-15-1053-5523a一R.csmp450.50ols1.00freq.GHz455123-3.LUCB

9、Pooo234帚7)s)apoo5图6.4：原理图s参数仿真结果freq.GHz50toofreq.GHz（四）指标优化 在原理图设计窗11中选择优化工具栏 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。 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 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： 在Expr中设置表达式dB（S（l,D）,表示优化的目标是端II1反射系数的dB值。 在SimlnstanceName中，输入SP1,表示是针对S参数仿真

10、SP1进行的优化。 Max=-20,表示优化的目标不超过-2OdB Min值不添，这是由于S（l,1）的值越小越好 Weight值不添，这是由于优化的几个参数没有主次之分。 RangeVarl=freq,表示优化是在一定频率范围内进行的。 RangeMinl=O.9GHz,表示频率变化范用的最小值为0.9GHz。图6.5:设置优化指标后的原理图（五）优化后的S参数仿真-335,050075freq.GHz1.001251500.i0'0>5'1-do'1i5'1.iofreq.GHzasCDpteq.GHzteqfGHz图6.6:优化后的S参数结果一-31

11、-38(NNS)mp-450.50（六）生产版图图6.7:版图（七）版图仿真 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t!t版图窗II菜单中的Momentum->Substrate->UpdateKromSchematic从原理图中获得这些参数，点击Momentum->SubstrateCreate/Modify可以修改这些参数。 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0K关闭该窗】，在电路两边要加端口的地方分别点击加上两个porto 电阻要替换成薄膜电阻，否则无法用矩量

12、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metallizationlayers中加入薄膜电阻所在的层。 点击EMSimulationSetupfrequenceplan弹出仿真设置窗II，该窗口右侧的SweepType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。 在option中调整网格大小，如图所示：EMMyUbrdrylJibVJilkinton:(EMStupforKeToolsViewHelpH苣一洸超百三耳11&国y司MomuY/layoutSubstratePort*FrequencyparOptionsResourcesMode1NotesSivnleticnOption:gfailltU。力。Fan5GTttcrijrienPKyviVo1*1hpr6amMshScJwSxparr工WalLay*rSpaeifieKet*cS-P*rart*t*r«SiTillata图