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    微带wilkinson功分器仿真设计实验报告毕业论文

    时间:2020-09-24 08:56:35 来源:工作范文网 本文已影响 工作范文网手机站

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    Nanjing University of J Posts and Telecommunications

    微带Wilkinson功分器的仿真设计 实验报告

    电子科学与工程学院

    指导教师

    2016年10月21日

    PAGE

    PAGE #

    、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。

    、设计要求指标

    通带范围0.9 — 1.1GHz 。

    双端输出,功分比为 1:1。

    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。

    理论学习

    尺寸计算

    "绘制ADS原理图

    版图仿真

    优化设计

    原理图仿真

    图一:设计思路示意图

    四、理论分析设计

    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: P仁P2+P3。端

    口特性为:(1)端口 1无反射

    端口 2和端口 3输出电压相等且相同

    端口 2、端口 3输出功率比值为任意指定值 1/

    由这些条件可以确定 Zo2、Zo3以及R2、R3的值。

    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

    (2)插入损耗

    1的输入功率之比来输入端口 1

    1的输入功率之比来

    计算

    (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

    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

    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。

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    50 Q的微带线宽度计算

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    图5.2 75 Q的微带线宽度计算

    输入ZO=5OOhm,可以算出微带线的宽度为 1.52mm。填入ZO=7O.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。

    八、ADS

    八、

    ADS仿真步骤

    (一)创建项目

    点击File->New P roject设置工程文件名称为 Wilk in son divider ,点击Length

    mm。Un it

    mm。

    点击New Project对话中的OK键,并保存文件。

    (二)创建原理图

    将MUSB甫入原理图,参数设置:H :基板厚度(0.8 mm) ; er :基板相对介电常数 件3); Mur:磁导率(1); Cond:金属电导率(5.88E+7); Hu:封装高度 mm) T:金属层厚度(0.03 mm); TanD:损耗角正切(1e-4); Roungh: 度(0 mm)。如下图所示:

    MSub

    MSUB _ .

    MSubl

    H=0.8 mm「

    Er=4*3

    .M u r— i --

    .Cond75-6e+7 , Hu=1 .Oe+33 mm

    T=0.03mm 13(10=0.00001 Rough=0 mH Bbase=...

    Dpeaks=

    图6.1: MSub控件参数

    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 为5-20。设置后如下图所示:

    (1.0e+33表面粗糙,11范围菊舛

    (1.0e+33

    表面粗糙

    ,11范围

    .VARI. .

    w1 =0.787281 {t}{o} w2=1.52

    11 =116.8027 [t}{o}

    图6.2 : Var控件参数

    同样方法完成原理图绘制

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    S参数仿真

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    图6.3 :完整原理图

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    -3.05

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    3

    cmjOSB

    0.75 1.00 1.25 1.50

    freq, GHz

    .)oc2SB

    0.75 1.00 1.25 1.50

    freq, GHz

    图6.4 :原理图S参数仿真结果

    -40

    -50

    0.50

    0.75 1.00

    freq, GHz

    1.25

    1.50

    0.75 1.00

    freq, GHz

    1.25

    1.50

    (四)指标优化

    在原理图设计窗口中选择优化工具栏

    控件设置优化方选择优化设置控件 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(1,1)),表示优化的目标是端口 1反射系数的dB值。

     在SimInstanceName中,输入 SP1,表示是针对 S参数仿真SP1进行的优化。

    Max=-20,表示优化的目标不超过 -20dB

    Min值不添,这是由于 S(1,1)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。

    0.9GHz。Ran geVar[1]=freq

    0.9GHz。

    1.1GHz。RangeMin[1]=0.9GHz

    1.1GHz。

    RangeMax[1]=1.1GHz,表示频率变化范围的最大值为

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    图6.5 :设置优化指标后的原理图

    (五)优化后的

    (五)

    优化后的S参数仿真

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    -10

    -15

    -20

    -24、

    -31

    -38 =

    -45

    0.50

    7

    0.75

    freq, GHz

    00 1.25 1.50

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    -25

    -35

    0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

    freq, GHz

    图6.6 :优化后的

    s参数结果

    (六)生产版图

    图6.7

    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

    法是点击版图窗口菜单中的 Momentum -> Substrate -> Up date 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。

    port。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

    port。

    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。

    点击 EM -> Simulation Setup -> frequenee plan 弹出仿真设置窗口,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

    仿真过按钮,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:

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    图6.8网格大小的调整

    (八)版图仿真S参数结果

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