實驗三射頻微波功率分配器合成器設計

實驗三射頻微波功率分配器合成器設計第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六一、基本理論

將一路微波功率按一定比例分成n路輸出的功率元件稱為功率分配器。按輸出功率比例不同,可分為等功率分配器和不等功率分配器。第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六技術指標：頻率范圍：分配器的工作頻率承受功率：分配器/合成器所能承受的最大功率功率分配比：主路到支路的功率分配比插入損耗：輸入輸出間由于傳輸線（如微帶線）的介質(zhì)或?qū)w不理想等因素,考慮輸入端的駐波比所帶來的損耗駐波比：每個端口的電壓駐波比隔離度：支路端口間的隔離程度第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1.1集總參數(shù)功率分配器1.電阻式（等功率）△形和Y形電阻式功率分配器第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六用ADS仿真：第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六優(yōu)點：頻寬大,布線面積小,設計簡單缺點：功率衰減較大第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2.集總L-C式低通型和高通型功率分配器第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六用ADS仿真中心頻率為2.4GHz的集總參數(shù)L-C式低通型功率分配器，傳輸線特征阻抗為50歐姆。第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1.2威爾金森功分器第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六二、威爾金森功分器的設計與仿真頻率范圍：0.9-1.1GHz頻帶內(nèi)輸入端口的回波損耗：S11<-20dB頻帶內(nèi)插入損耗：S21>-3.1dB,S31>-3.1dB隔離度：S32<-25dBH:基板厚度(0.8mm)Er:基板相對介電常數(shù)(4.3)Mur:磁導率(1)Cond:金屬電導率(5.88E+7)Hu:封裝高度(1.0e+33mm)T:金屬層厚度(0.03mm)TanD:損耗角正切(1e-4)Roungh:表面粗糙度(0mm)設計指標：微帶板材參數(shù)第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六(1).創(chuàng)建新的工程、設置長度單位為毫米第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六(2).畫原理圖，選擇微帶線控件分別放置在繪圖區(qū)中，并用線連接。Ctrl+R旋轉(zhuǎn)F5移動文字第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（3）利用微帶線計算工具計算微帶線尺寸參數(shù)

在原理圖窗口執(zhí)行【tools】-【lineCalc】-【StartLineCalc】

修改參數(shù)，然后單擊按鈕就可以算出微帶線的線寬1.52mm第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六在Electrical欄Z0項填入70.7Ohm，在E_Eff中輸入90deg（對應四分之一波長），然后單擊按鈕就可算出微帶線的線寬0.7889mm，線長為42.8971mm。第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（4）設置優(yōu)化變量為便于參數(shù)優(yōu)化的需要，在原理圖中插入“VAR”控件；

雙擊“VAR”控件，設置w1、w2、ih三個變量(此處不設單位，在設置每段微帶線時另行設定）。第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六設置微帶線寬度W和長度L，具體變量設置如圖所示（加SP、端口）L=1mmRs=100Ω第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（5）原理圖仿真，分別看S11、S21、S22、S23數(shù)據(jù)頻率帶寬較差，還需要進一步優(yōu)化第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（6）參數(shù)優(yōu)化

雙擊控件，彈出參數(shù)設置窗口；選擇w2，單擊“Tune/Opt/Start/DOESetup”按鈕；選擇“Optimization”標簽，如下設置：

同樣方法設置ih變量（12—22）第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（7）設置優(yōu)化方式和優(yōu)化目標

在元件庫立標中選擇“Optim/Stat/Yield/DOE”，將優(yōu)化設置控件“Optim”和優(yōu)化目標控件“Goal”（共需四個）插入原理圖中。-25第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六

優(yōu)化完成后，需要執(zhí)行菜單命令[Simulate]->[UpdateOptimizationValues],以保存優(yōu)化后的變量值。（8）優(yōu)化仿真第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六

在工具欄單擊“DeactiveorActive”控件，然后單擊Optim控件和Goal控件，然后再進行仿真，此時即為優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六第一次優(yōu)化仿真結(jié)果第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六第二次優(yōu)化仿真結(jié)果第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六第三次優(yōu)化仿真結(jié)果第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六27（9）功分器的版圖生成

在工具欄單擊“DeactiveorActive”控件，然后單擊Optim控件、4個Goal控件3個“地”、三個“Term”，“SP”控件，使它們失效，就不會出現(xiàn)在所生成的版圖中。第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六

執(zhí)行菜單命令【Layout】->【Generate/UpdateLayout】，彈出一個設置對話框，這里應用其默認設置，直接單擊OK。第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六

在版圖窗口執(zhí)行菜單命令【Momentum】->【Substrate】->【UpdateFromSchematic】，將原理圖的基板和微帶參數(shù)更新到版圖中。

在版圖窗口執(zhí)行菜單命令【Momentum】->【Substrate】->【Creat/Modify】，可以查看和修改基板和微帶的基本參數(shù)。第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（10）功分器的版圖仿真

在版圖窗口執(zhí)行菜單命令【Insert】->【Port】，彈出port對話框。在功分器版圖中插入三個端口，分別于端口1、端口2、端口3相連。第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六

在版圖窗口執(zhí)行菜單命令【Momentum】->【Simulation】->【S-Parameters】，打開仿真控制對話框。設置起止頻率與原理圖相同，參數(shù)設置完成后，單擊“Update”按鈕。然后單擊“Simulate”按鈕，開始仿真。第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六版圖仿真結(jié)果第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六輸出版圖：第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六作業(yè)：設計一微帶結(jié)構(gòu)的威爾金森功分器，指標要求：中心頻率：2.45GHz帶寬：60MHz頻帶內(nèi)輸入端口的回波損耗：S11<-20dB，S22<-20dB頻帶內(nèi)插入損耗：S21>-3.1dB,S31>-3.1dB隔離度：S32<-25dB板材參數(shù)：H:基板厚度(1.5mm)，Er:基板相對介電常數(shù)(2.65)Mur:磁導率(1)，Cond:金屬電導率(5.88E+7)Hu:封裝高度(1.0e+33mm)，T:金屬層厚度(0.035mm)TanD:損耗角正切(1e-4)，Roungh:表面粗糙度(0mm)報告要求：（1）敘述威爾金森功分器原理；（2）給出功分器的原理圖和版圖；（3）給出原理圖和版圖仿真結(jié)果，并對其結(jié)果進行分析。第34頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六三、功分器的測量3.1主路駐波比測量5.按菜單鍵，選駐波返回。記下駐波數(shù)據(jù)（20個頻點）。

3.按右圖測回損連接，電橋測試端口接上雙陽連接器一只，即以雙陽為新的測試端口，接開路負載，執(zhí)行校開路；接上陰短路器，執(zhí)行校短路；接陰匹配負載進行校零。4.接上功分器的主路輸入插座，其他各支路端接匹配負載。此時屏幕上已出現(xiàn)輸入阻抗軌跡，可按↓鍵換檔?？纯丛撈骷乃饺绾危c子越集中越靠近原點越好）。1.在《頻域》設置：《0.1MHz》BF=500.0MHz、⊿F=50.0MHz、EF=2500.0MHz。屏幕自動出現(xiàn)《N=41》。2.設置《M：常規(guī)》、A下《回損》，B下空白。。第35頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六3.2各支路的幅相特性測量2.按測插損連接，在儀器輸入與輸出口上各接一根短電纜。兩電纜末端各接一只10dB衰減器，再用一個雙陰連接起來。4.拔下雙陰，將兩根電纜帶衰減器的一端，分別接到功分器的主路與某一支路上，另一支路接上匹配負載。記下各頻點的插損與相位（20個頻點）。3.按執(zhí)行鍵校直通5.交換兩支路的連接，記下另一路各頻