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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
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、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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图6.3 :完整原理图
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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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S—圭 W. >
■ I ■
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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
3-10-15-20-24、-31-38 =-450.5070.75freq, GHz00 1.25 1.50-45■ f、/!
3
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-38 =
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一
L
-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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H誉￡ *琵雷H->? B畠趣
V rM Mom aWS ityinrt:
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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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-20dB，两个输出端口的隔离度小于 -20dB,传