2025年混合环设计分析解析

微波/«米波电路分析与设计课程设计

Rat-raceRingDesign

姓名：吴星寒

学号：

专业：通信工程

指导老师：李兆龙

Rat-raceRing

DrawnbyPhotoshop

Microstrip180°hybridcoupler(rat-racering)isanimportantRF/microwave

componentin4G/5GandWPANwirelesscommunicationindustry.

Task&Requirements:

Designsuchacomponentworkingat24.125GHz,usingsubstrateRT/duroid

6002,20milthickness.

Requirements:

♦20dBreturnlossbandwidth>6%

♦20dBisolationbandwidth>6%

♦Amplitudeimbalance<ldB

♦InsertionLoss<ldB

实验设计原理：

Rate-racering即微带环形耦合器或者混合环，是四端口网络，能够由微带线制成。

整个环的周长为1・5人，四个分支线并联在环上，将环分为4段。

混合环有两个端口互相隔离，另外两个端口平分输入功率的特性，因此能够看作是一

种3dB定向耦合器。

当端口1输入信号时达成端口2的两路信号等幅同相端口2有输出相位滞后90°;

达成端口4的两路信号等幅反相，端口4无输出；达成端口3的两路信号等幅同相，端口

3有输出，相位滞后90。。其中端口2和端口3输出振幅相似。得到以下关系式：

S3i=S2i=l/V2(-j)

S41=0

端口2输入信号时，达成端口1的两路信号等幅同相,端口1有输出，相位滞后90°;

达成端口4的两路信号等幅同相,端口4有输出，相位滞后70°;达成端口3的两路信号

等幅反相，端口3无输出。其中端口1和端口4输出振幅相似。得到以下关系式：

Si2=l/V2(-j)

S42=1/V2j

S32=0

当端口4输入信号时，达成端口1的两路信号等幅反相，端口1无输出；

达成端口2的两路信号等幅同相，端口2有输出，相位滞后270°;达成端口3的两

路信号等幅同相,端口3有输出,相位滞后90。。其中端口2和端口3输出振幅相似。得

到以下关系式：

S14=0

524=1/72j

SS4=1/V2(-j)

当端口3输入信号时达成端口1的两路信号等幅同相端口1有输出相位滞后90°;

达成端口2的两路信号等幅反相，端口2无输出;达成端口4的两路信号等幅同相,端口

4有输出，相位滞后90。。其中端口1和端口4输出振幅相似。得到以下关系式：

Si3=l/V2(-j)

SN=O

S43=l/V2(-j)

实验设计环节：

1、创立Project

创立一种混合环prj,我看'］所设计的原理图及仿真成果都将保存在这个项目中，将此工

程命名为ratracering,长度单位设为mil。

创立完毕及之后的途径以下：

FileViewProjectVitw

[-D:\Uc*rc\Santi\r3tr3C«nng_prj

国DA-RRCouplerl,rat.racering.dsn

&rat_racering.dsn

2、搭建混合环原理图

在原理图元件面板列表上选择Tlines-Microstrip中的微带线参数设立控件MSub和

PassiveCircuitDG-MicrostripCircuits中的混合环元件RRCpIr,将他们插入原理图，画

图区参数设立以下：

MSub

DA_RRCoupler1_rat_racering

MSUB.

DA_RRCoupler1

MSubl

Subst=HMSub1"

H=20.0mil

Er=2.94-F=24.125GHz

Zo=50Ohm

MUF=1

Delta=0mil

Cond=1.0E+50

Hu=3.9e+034mil

T=0.6mm

ianD=0.0012'

Rough=Omil

注：Msub中H表达微带线基板厚度;

Er表达基板相对介电常数;

Mur表达相对磁导率;

Cond表达相对电导率;

Hu表达封装高度；

T表达导体层厚度；

TanD表达损耗角正切;

Rough表达表面粗糙度；

RRCpIr中Subst表达参数由Msubl决定；

F表达混合环中心频率；

Z0表达四个端口传输线特性阻抗；

Delta表达用于调谐的分支长度增加量

3、运用设计向导生成混合环原理图

选中RRcoupler电路，选择DesignGuid菜单中的PassiveCircuit,弹出对话框,选中

对话框中的MicrostripControlWindow,弹出PassiveCircuitDesignGuid,选择

DesignAssistant中的Design,系统将自动完毕设计过程所得成果以下：

MCU^E..

MTEE*---

CuRe2*MTEE•

Tee2・,

Subst="MSuW33••

"

Subst=-'MSut>rW=29387mil..Subst=MSubr

W1=29387mH..W1=29.387mil

W2=29387mil.407milW2=29387mil

W3=52797mil'W3=52.797mil

Port­Poet*•

P1..R3.............................

“CURVENum：1Num=3M：URV6...

Curve1Cur/e3

Subst=wMSutr1'"SubshllSubl-'

W:29387miW=29387(nil•

Angie=60-Ai»gle=60­

Radius.=25.407mil.R>dius=25.407.mil

•ftTEE'',MTEE,————

•Teel•••Tee4.......................

・SuM="MSubrSuost^-MSubr

W1=29.387milW1=29387(nil

,Port•Port''

W2.293a7niilW2-29.367mil..

P2•P4-

W3-52797mHW3M52797mil

.Num；2Num=4.

MCURVEM2URVE

Cu%e6Curve4

Subst^MSuWSubst=-WSubr

W=29.387ml•W=29.387mil••

Angle=60...MCURS*E---Aogle=6O.,.

Rad325407milTL2...Curves.•・-TL1....RxJius=25407mil

Subst="MSU)rSut»t='MSut>rSub$t="MSubr

W=29387rhlW=29387miW=29387mil

S5279TmlAngle=60口62.797mil,

Radius=25407mi

4、选择MUN、Term和Ground,4次插入原理图画图区。

将4个Port部分删除，在此电路图中插入微带线参数控件MSub,和S参数仿真元件并

设立如图所示参数:

第.S-PARAMETERSMSub

5_Param,

SP1.....................MSUB

Start=20.125GHzMSubl

H=20.0mil

Stop=28.125GHz

Er=2.94-

Step=005GHz

Mur=1

Con31*50

Hu=3,9e+034mil

T=0.6mil

7anD=0.00l2

Rough=0mrl

S参数扫描捽件参数意思以下:

Start=20.125GHz,表达频率扫描的起始频率；

Stop=28.125GHz,表达扬率扫描的终止频率；

Step=0.05GHz,表达频率扫描的频率间隔。

5、计算微带线参数W和L并完毕最后原理图

选中MUN,选择Tool中的LineCalc,选择StartLineCalc将MSub中的参数及中心频

率填入弹出框中并计算，所得成果如图所示：

DUneCak/untitled-°H3

ReSimulationOptionsHelp

口当面乡

C-COM4

Typ«|KJ13口QyMuuenuu3

Cdcul«t«4K«rdtv

K.EH«2275~

ID|MOTJIWAJ/LT2J

A.DB«0.017

|2M0SbrOexh=0.000

|1000-

(200(0

|39.3

(0€00~

CoU|10«*0

将所得W=40.715748mi和L=207.199606参数赋给原理图中的MLIN，但仿真出的中

心频率偏离规定的24.124较远，经重复调试参数，得到最后原理图:

«>«in».Qwo.<S.Sn»r

um•

teC«**v8K>rfC«M-WfrAT

(

AD心WU».W?Tf

角

因构造对称，给出部分参数图:

MTEE

Subst="MSubr

W1=29.387mjl

W2=29.387milS-PARA

W3=52797mil

SP1--••

MCURVE...

-MLIN'■•'Start=20.125GH:

Curve3Term

■TL4■•'■Stop=28.125GH;

Subst="MSubr-Term；

.Subst="MSubl：Step=0.05GHz

W=29.387mil­-Nufn=2'

.W=66.5mil..ARgle=60••

\L=238rriilZ=50Ohm

Radius=25.407.mil

'MTEE'

1ee4,

SubsLMSubi”

.W1=29.387mil.

MUN,•,

W2=29.387mil

TL&-••"term-

W3=52.797mil

Subst=7MSub.1Ierm4.

W=66.5milNum=4

MCURVEL=238mil7=50Ohm

Cirve4-

Subst=-MSubr

MLIN­••.Anflle=60..................................

TL1Radius=25.407mil

Subst="MSubr

W=29.387mil

1=527。7(nil

'mH

其中W=66.5mil,L=238miL

原理图仿真：

选择原理图工具栏中的仿真Simulate,运行仿真，仿真过程中弹出仿真状态窗口，统

计了频率扫描范畴和仿真耗费的时间等，如图：

仿真结束后数据显示视窗三动弹出，单击数据显示方式面板中的矩形图标，插入数据

显示区，给出S各参数仿真成果以下（下图）：

9

2

8

2

t)

nz

7H

B2e

ddiG

.f3

n6e1.

oi2o8

sC2

sz

i5not

m2Ho

sGbz

n.cH

a4qelG

r2ere3

Tf1

eR.

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F

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3s

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