功率分配器设计毕业文
摘
功率分配器简称功分器功率分配时路输入信号分成两路路较功率信号功率合成器功率分配器属互易结构利功率分配器功率合成器进行功率合成功分器相控阵雷达功率器件等微波射频电路中着广泛应
现射频微波系统设计越越复杂电路指标求越越高电路功越越电路尺寸越越设计周期越越短传统设计方案已满足微波电路设计需求微波软件工具进行微波系统设计已成微波电路设计必然趋势
型低功耗器件射频电路设计研究热点 微带技术具型化低功耗优点 学功分器基原理结合实际情况设计 Wilkinson 功分器 基矩量法ADS 软件设计仿真优化计算相关数参数 进行参数优化制作性良Wilkinson功分器
关键词：功分器ADS优化参数
ABSTRACT
Power divider is referred to as power divider in which the input signal is divided into two (or more) smaller power signals when the power distribution is usedPower synthesizerand a power divider is reciprocity structure power synthesis can be carried out using the power splitter and combinerPower divider is widely used in phased array radarhigh power devices and other microwave circuits
Now the design of RF and microwave system is more and more complex the circuit requirements are also getting higher and highermore and more functions of the circuit the circuit size is getting smaller and smaller and design cycle becoming shorter and shorter the traditional design scheme has been unable to meet the demand of microwave circuit design using microwave software tools for the design of microwave system has become the inevitable trend of the microwave circuit design
small size and low power consumption devices is the focus of the research on the RF circuit designand microstrip technology has the advantages of miniaturization and low power consumption ThereforeI learned the basic principle of power divider combined with the current actual situationthe design of the a Wilkinson power divider and use based on method of moments of the ADS software to designsimulation and optimization calculation parametersparameter optimization and produced a good performance of Wilkinson power divider
Key words power dividerADSoptimization parameters
目 录
第1章 引言 1
11 功分器发展概况 1
第2章 研究理基础 2
21 功分器理基础 2
22 功分器技术基础 4
221 什功分器 4
222 功分器重性 4
223 Wilkinson功分器优点 4
23 wilkinson基工作原理： 5
24 Wilkinson功率功分器基指标 6
241输入端口回波损耗 6
242插入损耗 7
243输入端口间隔离度 7
244功分 7
245相位衡度 7
第3章 ADS介绍 8
31 ADS趋势 8
32线性分析 9
33电磁反正分析 10
34仿真导 10
第4章 功分器原理图设计仿真优化 12
41 等分威尔金森功分器设计指标 12
42 建立工程设计原理图 12
421 建立工程 12
422 设计原理图： 13
423 基板参数设置 16
424 基板参数输入 18
425 插入VAR 19
426 VAR参数设置 19
427 VAR微带线 19
43 功分器原理图优化仿真 21
44 功分器优化版图生成 24
45 功分器优化 24
46 功分器版图生成仿真 31
第5章 结 36
参考文献 37
致谢 38
外文资料原文 39
译文 41
第1章 引言
11 功分器发展概况
功率分配器输入信号功率分成相等相等路输出种端口微波网络广泛应雷达路中继通信机等功率器件等微波射频电路中功率分配器逆作功率合成器时称功率分配合成器
高效率应场合功率分配器求：
插损较路幅度相位致性保证较高分配合成效率
两支路间隔离度滑度高中路出现障时影响路正常工作影响提高设备安全系数性
宽频带超宽频带达求性
电路形式简单容易调整体积便设备型化实现批量生产
足够功率容量满足功率分配合成需
功率分配合成器工作频率较低时理分析实际研制达较高效果着频率升高特10Ghz会带许问题求加工精度更高微带线损耗增加微带连续模型够精准隔离电阻尺寸波长相拟纯电阻波长变短分配合成器体积减带微带间耦合等
功率分配器定耦合器属源微波器件应功率分配功率合成工程常功率分配器定耦合器T型结功分器威尔金森功分器倍兹孔定耦合器分支线混合网络Lange耦合器波导魔T称渐变耦合线耦合器等功分器两路功率分配器三路功率分配器八路功率分配器等
功率分配器通常采三端口网络常3dB等分形式等分形式定耦合器通常采四端口网络设计意功分
第2章 研究理基础
21 功分器理基础
着国军事装备发展突飞猛进频率高端尤2Ghz10Ghz宽频带高微波功分器应越越广需求量迅猛增加特微波测量电子抗系统中提高装备实性信号捕捉力选宽带体制作系统方案时功分器提出全频带带宽覆盖求
功分器微波接收射频频率合成系统中缺少部件微波通信雷达遥 控遥感电子侦测电子抗微波测量系统中信号等功率分配求讲信号等分配路分进行处理非常普遍应发射系统中功分器反转功率合成器中功率发射源中整系统性着重影响尤通道侧系统中更决定着系统性关键部件幅度致性相位致性指标着严格求样保证系统测量精度
微波功分器幅度相位致性求外功分器插入损耗着较高求避免损耗降低信号强度时保证路间受串扰影响隔离度指标相重微波测量系统中尤外微波发射源中作微波功率合成器时微波功分器承受功率更高求
年着国国民济科学技术发展电子信息尤线通信日新月异3G没普4G已暂露头角功率分配器仅应射频功率分配合成超宽带短脉电磁场应中采阵列天线技术提高探测距离较理想选择阵列天线关键技术——功分器研制相重线电发射设备中保证足够远传输距离采功率合成技术路固态器件输出功率进行叠加获更高输出功率效途径
着线通信技术快速发展种通讯系统载波频率断提高型化低功率高频嗲子器件电路设计微带技术发挥优势单波传输系统增益达实际求必须实现波传输功率进行分配产生功率分配器简单功分器文设计仿真简单典威尔金森功分器射频电路测量系统中混频器功率放器电路中功率分配耦合元件性影响整系统通信质量微带功分器实验应中显更突出
着国军事装备迅猛发展功分器带宽覆盖提出更高求全频率带范围满足功分器项性指标具相难度目前国够生产类宽带微波功分器单位般均研制配套件根户定制少量生产未构成产品系列结果研制周期长成高实性强
微波功分器产品世纪70年代国外早早期产品微带线威尔金森结构基属窄带应四十年发展着工艺水提高传输线理进步完善该领域已突破目前国外产品PULSARNADARMERRIMACTMTMACOMMCS等公司代表已形成窄带快带双路路完整产品线中PULSAR公司产品全质优面广著称PULSAR快带微波功分器产品带状线工艺提供较高性指标
国产生微波功分器厂家亚光厂泰格微电子研究尤亚光厂该领域已较齐全产品系列占国部分军品市场已研制出YGG系列产品采4GOALOPTM优化4GOALOPTM优化窄带倍频程产品已批供应市场源TGG功分器图21示：
图21源YGG功分器
目前产品根户求定制系统化标准化程度够高性需加强电性指标继续提高余时产品应宽频带高隔离低损耗方发展解决产生种工艺问题
22 功分器技术基础
功率分配器简称功分器功率分配时路输入信号分成两路(路)较功率信号功率合成器功率分配器属互易结构利功率分配器功率合成器进行功率合成功分器相控阵雷达功率器件等微波射频电路中着广泛应
目前提供功分器产品知名厂商美国安捷伦公司德国Narda公司常型号11667ABC43152430624311B2等
相型微波立体器件微带技术具体积重量轻成低频带宽等优点文设计种微带威尔金森功分器利ADS进行仿真
221 什功分器
功率分配器输入信号功率分成相等相等路输出种端口微波网络广泛应雷达路中继通信机等功率器件等微波射频电路中功率分配器逆作功率合成器时称功率分配合成器
222 功分器重性
着线通信技术快速发展种通讯系统载波频率断提高型化低功耗高频电子器件电路设计微带技术发挥优势单波传输系统增益达实际求必须实现波传输功率进行分配产生功率分配器简称功分器文设计仿真简单典威尔金森功分器射频电路测量系统中混频器功率放器电路中功率分配耦合元件性影响整系统通信质量微带功分器实践应中显更突出
223 Wilkinson功分器优点
Wilkinson具独特优点功分器作合成器合成器作功分器功率容量较低均分输出设计者均分输出分设计传输DC隔离度高优点具相高研究价值
23 wilkinson基工作原理：
功率分配器等效输入功率分成相等者相等路输出功率种端口微波网络理想情况功率分配器输出功率等输入端口功率实际功率分配器存损耗输出端口输出信号幅度相位完全致会造成路功率理想情况说输出端口输出功率输入功率设计功率分配时定做输出端口输出信号幅度相位致性高损耗端口间应具足够隔离作路互影响
功率分配器三端口电路结构信号输入端输入频率P1两输出端输出功率分P2P3理量守恒定律知P1P2+P3P2P3毫瓦分贝表示三端口间关系写成P2(dbm)P3(dbm)3db
然P2定等P3相等情况常电路功率分配器致分等分型(P2P3)例型(P2KP3)两种类型
威尔金森功分器功输入信号等分等分分配输出端口保持相输出相位环形器然相似功威尔金森功率分配器应具更宽带宽Wilkinson功率分配器功输入信号等分等分分配输入端口保持相输出相位环形器然类似功Wilkinson功率分配器应具更宽带宽微带型功分器电路结构图22示中输入端口特性阻抗Z0两端分支微带线电长度 特性阻抗分Z02Z03终端分接负载R2R3
图22功分器电路结构
功分器端口特性：
端口1反射 端口2端口3输出电压相等相
端口2端口3输出功率值意指定值1k^2
(21)
(22)
(23)
四分波长传输线阻抗变换理：
(24)
(25)
设R2KZ0Z02Z03R3：
(26)
(27)
(28)
增加隔离度端口2端口3间贴加电阻R隔离电阻R电阻值：
(29)
k1时面结果化简功率等分情况出输出线阻抗R2KZ0R3Z0K匹配阻抗Z0匹配
24 Wilkinson功率功分器基指标
241输入端口回波损耗
输入端口1回波损耗根输入端口1反射功率Pr输入功率Pi算
(210)
242插入损耗
输出端口插入损耗根输出端口输出功率输入端口1输入功率Pi计算：
(211)
(212)
243输入端口间隔离度
输出端口2输出端口3间隔离度根输出端口2输出功率P2输出端口3输出功率P3计算：
(213)
244功分
端口反射时功分根输出端口3输出功率P3输出端口2输出功率P2计算：
(214)
245相位衡度
做功率合成应时功分器输出端口相位衡度直接影响功率合成效率
第3章 ADS介绍
现射频微波系统设计越越复杂电路指标求越越高电路功越越电路尺寸越越设计周期越越短传统设计方案已满足微波电路设计需求微波软件工具进行微波系统设计已成微波电路设计必然趋势
目前流电磁仿真软件基三种方式：
矩量法：ADS 限元法ANSYS EMDS 时域限差分法：CST
31 ADS趋势
目前国外种商业化射频微波软件工具断涌现首推AGILENT公司ADS软件ANSOFT公司HFSS DESIGNER软件ADS美国安捷伦公司开发电子设计动化软件功强仿真手段丰富样包含时域电路仿真频域电路仿真三维电磁仿真通信系统仿真数学信号处理仿真设计DSP等设计结果进行成品率分析优化提高复杂电路设计效率非常优秀微波电路系统信号链路设计工具ADS软件支持射频微博色设计工程师开发类型RF设计简单复杂离散射频微波模块通信航天国防集成MMIC国学研究微波射频电路通信系统仿真软件ADS软件版ADS2009ADS2008ADS2005AADS20004A等外AGILENT公司家半导体厂商合作建立ADS DESUGN KITMODEL FILE供设计员者利DESIGN KIT软件仿真功进行通信系统设计规划评估MMICRFIC模拟数字电路设计述仿真设计外ADS软件提供辅助设计功DESIGN GUIDE范例指令方式示范电路活系统设计流程SIMULATION WIZARD 步骤式界面进行电路设计分析ADSEDA软件SPICE MENTOR GRAPHICSMODELSIM GADENCENCVERILOGMATHWOKESMATLAB等进行协仿真加丰富元件应模型库测量验证仪器间连接功增加电路系统设计方便性快速性精确性
ADS仿真设计方法
ADS软件帮助电路设计进行模拟射频微波等电路通信系统设计提供仿真分析方法致分：时域仿真频域仿真系统仿真电磁仿真
高频SPICE分析方法提供SPICE仿真相瞬态分析
分析线性非线性电路瞬态效应SPICE仿真相优点例SPICE仿真器中法直接频域分析模型微带线带状线ADSSPICCE高频仿真器中直接ADS仿真时频域分析模型进行拉氏变化进行瞬态分析需者该模型转化等效RLC电路SPICE高频仿真器做低频电路瞬态分析分析高频电路瞬态分析外SPICE高频仿真器提供瞬态噪声分析功仿真电路瞬态噪声震荡锁相环JITTER
卷积分析方法架构SPIGE高频仿真器高级时域分析方法卷积分析更加
时域方法分析频率相关软件例S参数定义元件传输线微带线等
32线性分析
线性分析频域电路仿真方法线性非线性射频微波电路进行线性分析进行线性分析时软件首先会先针电路中元件计算需线性参数SZYH参数电路阻抗噪声反射系数稳定系数增益损耗等然进行整电路分析仿真
射频电路分析
射频系统分析方法者模拟评估系统特性中系统电路模型行级模型外元件电路模型进行响应验证射频系统仿真分析包含面介绍线性分析谐波衡分析电路分析等种分析手段分验证射频系统源元件线性化系统模型特性非线性系统模型具数字调频信号系统特性
33电磁反正分析
ADS软件提供面电磁仿真分析功——MOMENTUN仿真微带线带状线面波导电磁特性天线辐射特性电路板寄生耦合效应分析S参数结果直接谐波衡电路包络等电路分析中进行电路设计验证
ADS辅助设计功
ADS软件述仿真分析功外包含辅助设计功增加者方便性时提高电路设计效率
设计指南
设计指南范例指令说明示范电路设计设计流程者利示范指令学利ADS软件高效进行电路设计目前ADS提供设计指南包括WLAN设计指南BLUETOOTH指南CDMA2000设计指南RF SYSTEM设计指南MIXER设计指南OSCILLATOR设计指南passive ciruite设计指南Phased locked loop设计指南AMPLIFIER设计指南FILTER设计指南ADS带设计指南外者通软件中DESIGN GUIDE DEVELEPER STUDIO建立设计指南
34仿真导
仿真导提供设定界面工设计员进行电路分析设计者利图形化界面设定需验证电路响应模型ADS提供仿真导包括元件特性放器混频器线性电路
仿真结果显示模板
增加仿真分析方便性ADS软件提供仿真模板功者常重复仿真设定(仿真控制器电压电流源变量参数设定等)制定成模板直接避免重复设定需时间步骤结果显示模板具相功者常绘图列表格式制成模板减少重复设定需时间者行建立模板外ADS软件提供标准仿真结果显示模板供利
ADSEDA软件测试设备间连接
现电路设计复杂庞EDA软件整系统设计中均扮演角色功侧重点软件软件间软件硬件间软件元件商间沟通连接成设计中忽视组成部分ADS软件提供丰富接口方便设计验证软件硬件进行连接
SPICE电路转换器SPICE产生电路图转换成ADS格式电路图进行仿真分析外ADS产生电路图转换成SPICE格式电路图做布局电路结构检查布局寄生抽取等验证
电路布局文件格式转换器
电路布局文件格式装换器者EDA软件连接沟通桥梁EDA软件产生文件装换成ADS文件格式
ADS应结
着电路结构日趋复杂工作频率提高电路系统设计流程中EDA软件已成缺少工具ADS软件提供仿真分析方法速度准确方便性显十分重外该软件EDA软件测量仪器连接现庞设计流程必须具备功AGILENT公司推出ADS软件强功成现金国学研究软件
第4章 功分器原理图设计仿真优化
41 等分威尔金森功分器设计指标
等分威尔金森功分器设计指标：
频带范围：2GHZ4GHZ
频带输入端口回波损耗：C11>20db
频带插入损耗：C21<31dbC31<31db
两输出端口间隔离度C23>25db
42 建立工程设计原理图
文ADS2011进行仿真设计Wilkinson功率功分器根定指标性参数进行优化仿真
421 建立工程
(1) 运行ADS2008开ADS2008窗口
(2) 执行菜单命令filenew project弹出new project话框新建工程equaldivider
(3) 单击OK钮弹出原理图设计窗口 原理图设计导原理图设计导中选择no help needed单击finish钮开原理图设计窗口图41新建工程图
图41新建工程
422 设计原理图：
1原理图设计窗口元件面板拉列表中选Tlinesmicrostrip元件库开微带元件面板图42示
图42 TlinesMicrostrip元件库
2原理图设计窗口左边微带线器件面板中种微带电路元件设计元件图43示：
图43 元件
3设计输入端口电路输入端口电路连接图44：
图44输入端口连接图
4设计阻抗变换电路四分波长阻抗变化部分连接图45示中薄膜电阻TFR两路分支线间隔离电阻增加两输出端口间隔离度
图45阻抗变化连接图
5设计输出端口电路两输出端口电路称结构图46图47图48
图46功分器支线
图47功分器支线
两隔离电阻分R1R2取值分94Ohm2455Ohm图48示：
图48功分器隔离电阻
图49微带型威尔金森功分器原理图
6输入端口电路阻抗变换电路输出端口电路导线连接起构成完整微带型威尔金森功分器图49
423 基板参数设置
微带面板中选择微带线参数设置控件MSUB（微带基板）插入原理图中
双击原理图中MSUB控件然弹出话框中设置参数H1mmEr26Mur1cond10E+50Hu39e+034milT00035mmTanD0Rough0mil图410图411图412示
图410 equation editor图
图411微带线参数
H1mm表示微带线介质基片厚度1mm
Er26表示微带线介质基片相介电常数26
Mur1表示微带线介质基片相磁导率1
Cond10E+50 表示微带线金属片电导率10E+50
Hu39e+034mil 表示微带电路封装高度39e+034mil
T00035mm 表示微带线金属片厚度00035mm
TanD0 表示微带线损耗角正切0
Rough0 mil 表示微带线表面粗糙度0mm
功分器理分析知输入输出端口微带线特性阻抗50Ohm四分
波长微带线特性阻抗707Ohm
图412 Msub参数设置
原理图设计窗口中执行菜单命令toolslinecalestart linecalc弹出图示LineCale窗口substrate parameters栏中输入图412示MSUB控件基参数componet parameter栏Freq项中输入功分器中心频率10000GHZEleetrical栏传输线特性阻抗Z0项中输入47250Ohm单击钮Physical栏传输线宽度W项中25000mm线宽
424 基板参数输入
样传输线特性阻抗Z0项中输入47250hmE_Eff文框中
输入230deg(四分波长)单击钮physical栏W项
25000mmL项100000mm(约四分波长)
425 插入VAR
计算出功分器段微带线理尺寸便参数优化需原理图中插入VAR控件图413示：
图413 Var参数设置
426 VAR参数设置
双击VAR控件弹出参数设置窗口分w1w21h设置变量根前面linecalc计算结果设置W1W21H
427 VAR微带线
完成var参数设置次双击原理图中功分器段微带线设置微带线宽度W长度L单位MM
具体变量设置图414图415示：
图414微带线计算工具Linecale
图415完整微带功分器仿真图
43 功分器原理图优化仿真
完成原理图设计进行电路S参数仿真
原理图编辑图窗口中执行菜单命令inserttemplate开insert template话框话框中常模板中包括3GPP标准测试晶体器件直流测试S参数仿真等
选择SParams模板单击ok钮ADS动开原理图放置SParams仿真模板直接放入元器件设计电路原理图进行S参数仿真
原理图中添加设置S参数扫描控件
选择S参数扫描控件插入原理图双击原理图中控件SP根功分器指标设置扫描频率范围步长start2GHZSTOP4GHZstepsize001GHZ图416示：
图416仿真频率
选择原件term放置功分器三端口定义端口123然单击图标放置3term相连接完成电路图
完成连接仿真参数设置电路进行S参数扫描单击工具栏中仿真钮进行电路仿真
仿真完成弹出数显示窗口单击图标弹出数图轨迹属性窗口分S(11)S(21)S(22)S(23)添加数显示窗口终S参数图形图417图418示：
图417数显示窗口
图418数显示窗口
图419反射系数
图420 3db图
图421隔离度
图419图420图421基满足指标三端口减二端口等3db反射系数20驻波15隔离度23db进步优化系数
44 功分器优化版图生成
阻抗匹配电路性具直接影响实际应中功分器输入输出端口传输线特性阻抗500hmw113四分波长传输线特性阻抗707ohmw2131h16实现阻抗匹配需针w21h两变量进行参数优化
45 功分器优化
双击VAR控件弹出Varibles and Equations话框Select
Parameter栏中选择w2单击TuneOptStatDOE Setup钮弹出Setup画框然选择Optimization标签页Optimization Status拉列表中选择EnableType拉列表中选择ContinuousFormat拉列表中选择minmaxMinimum ValueMaximun Value文框中分输入0709样完成参数W2设置单击OK钮确定设置关闭窗口图422示：
图422 参数设置
(1)样方法设置参数1h1h优化范围设置5~20
(2)总设置4优化目标需4GOAL插入原理图里总设置4优化目标需4GOAL控件分优化S(11)S(2 2)S(21)S(23)图423图424示：
图423 VAR1参数设置
图424 Optimgoal1参数设置
(3)电路称性S(31)S(33)设置优化S(31)S(22)分设定输入输出端口反射系数S(21)设定功分器通带衰减情况S(23)设定两输出端口隔离度图425图426示
双击控件optim弹出优化方法优化次数设置话框optimization type列表中选择random项number of iteration文框中修改50常优化方法randomgradient等中机法通常范围搜索梯度法局部收敛
图425 GOAL1参数设置
控件optim设置完成分设置4goal控件双击控件goal弹出参数设置话框根等分威尔金森功分器设计指标参数进行设置
optim项中输入表达式db(S(11))表示优化目标端口1反射系数db值图426图427示
siminstancename项中输入SP1表示针S参数仿真SP1进行优化
图426GOAL2参数设置
目标db(S(22))进行设置20db频率2GHZ4GHZ间
图427 optim参数设置
Min值采默认表示S(11)值越越
Max25表示优化目标db(S(11))超25db
Weight采默认值表示优化目标没次分
Range var1freq表示优化定频率范围进行
RangeMin12GHZ表示频率优化范围值2GHZ
RangeMax14GHZ表示频率优化范围值4GHZ
余4GOAL控件参数图428
图428 GOAL参数设置图
图429 加入参数微带功分器图
仿真结果图430图431示：
图430仿真结果图
图431仿真结果图
(4)加入优化元件功分器原理图设置完优化目标先单击保存钮保存原理图然单击工具栏中仿真钮进行优化仿真
优化结束数显示窗口会动开终优化结果图见项指标满足设计求指标通带相较坦
次优化完成需执行菜单命令simulateupdate optimization values保存优化变量值(VAR控件变量前值)否优化值保存原理图中
果次优化满足设计指标求需改变变量取值范围重新进行优化直满足设计求止
46 功分器版图生成仿真
进行功分器版图仿真前需生成功分器版图
(1)单击工具栏中图标然单击原理图中S参数仿真SP控件3trem元件3单击原理图中优化optim控件4goal元件元件控件失效进行版图生成时会出现生成版图中
(2)确定关元件失效执行菜单命令layoutgenerteUpdateLayout弹出设置话框里应默认设置直接单击OK钮时弹出STATUES OF LAYOUT GENERATION话框显示生成版图中效元件数目等信息话框中容原理图较确认误单击OK钮完成版图生成图432示：
图432 参数设置图
(3)版图生成程序会动开版图设计窗口里面显示刚刚生成功分器版图图中432出原理图中种传输线模型已转化版图中实际微带线版图生成图433图434示：
图433功分器版图
图 434生成版图
微带线介质基片金属片基参数微带型WILKINSON功分器性影响必须设置版图中微带线基参数利原理图仿真结果版图中微带线参数设置原理图中MUSB控件里参数
(4)版图设计窗口中执行菜单命令momentumsubstrateupdate from schematic原理图基板微带参数更新版图中
(5)版图设计窗口中执行菜单命令momentumsubstrate
creatmodify查修改基板微带基参数生成图435示：
图435生成图
(6)设置完微带线基参数完整微带型威尔金森功分器版图形成接进行S参数仿真
功分器版图仿真：
生成功分器版图观察功分器性更接实际需版图里次进行S参数仿真
版图设计窗口中执行菜单命令insertport功分器版图中插入3端口调整端口位置分端口1端口2端口3相连接图436示：
图436 port图
执行菜单命令momentumsimulationSparameters开仿真控制话框sweep type拉列表中选择adaptive设置起止频率原理图中相start2Ghzstop4Ghz版图仿真速度较慢取采样点sample point limit20仿真控制参数设置完成单击update钮
(7)单击simulate钮进行仿真仿真程中回弹出状态窗口显示仿真进程整仿真进程般较慢需数分钟仿真结束会动出现数显示窗口
仿真结果图437图438图439图440示：
图437 dB(S(11)图
图438 dB(S(21)图
图439 dB(S(22)图
图440 dB(S(23)图
图437知道S112GHZ4GHZ端口2匹配时端口1反射系数19db反射系数满足预期图438知道概3db439反射系数28db满足条件图440隔离度25隔离度较理想完整电路设计优化仿真完成
第5章 结
文介绍通ADS设计仿真种等分威尔金森功率分配器方法通功率分配器原理图S参数仿真版图矩量法仿真玉功率分配器性关S参数设计威尔金森功分器然参数进行修改电路图进行仿真仿真结果反射系数隔离系数符合规定太理想运GOAL等电路图进行优化然仿真电路图原理图仿真中理计算参数满足设计指标需利ADS优化工具参数进行优化然电路图生成版图通版图仿真解版图生成程矩量法仿真设计仿真结果反射系数放射系数符合指标等分威尔金森功分器
值注意工程中设计类似功分器微带电路前定确定板材介质金属涂熬层相关参数便实际电路更接仿真结果否仿真参数设计实际电路性会前确定指标较差距参数优化前进行预估样仿真结果理想
参考文献
[1]ADS2008射频电路设计仿真实例徐兴福编——北京电子工业出版社20099
[2]ADS2011射频电路设计仿真实例徐兴福编——北京电子工业出版社20145
[3]现代电子技术2006 年第 20 期总第 235 期 微带型 Wilkinson 功分器设计实现
[4]南京理工学学报 第32卷第3期2008年6月 新型双频 Wilkinson微带功分器研究
[5]南京理工学学报 第31卷第4期2007年8月 具谐波抑制功微带线 EBG功分器研究
[6]甘肃科技 第26卷第9期2010年5月 基 ADS功分器仿真设计
致谢
文导师XX老师指导精心完成三月XX老师进行耐心帮助指导够文选题写作程中保持清醒思路老师工作认真教学研究工作异常繁忙情况然抽出时间认真指导学榜样前少办公软件懂XX老师耐心细致讲解帮助处理格式问题特感谢
外文资料原文
Microwave power divider and circuit design
Microwave power division device and coupler as the two basic components of microwave circuits plays a very important role in the application of microwave system the design of a variety of high performance microwave power points and coupler is the focus of research at home and abroad this paper based on traditional microstrip processing technologyto 300MHz to 10GHz microwave wireless communication as the application backgroundon the miniaturizationhigh power distribution ratio broadband harmonic suppression dual band and multi band microwave power points and coupler were designed and studied in this paper including the specific content of the study
1 implementation schemes are proposed to solve the problem of machining high impedance line in high power distribution ratio power divider The first scheme is to reduce the impedance value of the high impedance line by loading the short connection in the traditional power divider structure In the second scheme the equivalent substitution with a high equivalent characteristic impedance shortcircuit parallel coupled line structure of the traditional unequal Wilkinson power divider are in the high impedance lineavoids the direct use of the high impedance line greatly reduces the structure of machining accuracy requirements
2to establish the equivalent circuit model of the defects of shorting parallel coupled lines and the results show that the DGS can effectively reduce the load short circuit of parallel coupled line equivalent characteristic impedance broadening the bandwidth On the basis of DGS loaded shortcircuit parallel coupled line structures were equivalent to replace the traditional Tshaped stammer Lun and 180 DEG squirrel cage type couplers in four three wavelength branch line so as to realize the miniaturization and bandwidth of the T type stammer Lun and 180 DEG RRC
3 Introduce and compare the two with an electrical length open stub and two different electrical length open stub loaded transmission line structure so as to obtain different electrical lengths open stub loaded transmission line structure with wide stop band and high selectivity and the effect of this two kinds of structure respectively such as alternative to traditional 90 degree branch line couplers and power device in the line impedance branches In order to achieve the miniaturization and wide stopband performance for harmonic suppression
4Through with dual frequency equivalent characteristic of short open stub loaded transmission line structure to replace the traditional unequal 90 DEG BLC further proposed which has the same frequency equivalent properties processing more flexible short circuited stubs loaded parallel coupled line structure development of the dual band unequal Wilkinson power divider using the structural unit is The simulation and test results show that this type of dual band power divider has a good performance but also can be used for the design of high power distribution ratio
Short circuit 5 will have triple equivalent characteristics of open stub loaded stepped impedance line structure instead of the traditional 14 wavelength impedance branch line power divider realizes the 3DB Wilkinson power with tri band operation characteristics and power transmission good matching and isolation characteristics of the divider on the basis of the SILSS structure is also developed good performance of the tri band unequal Wilkinson power divider further shortcircuit have four frequency equivalent characteristics and open stub loaded hybrid transmission line structure and the 14 wavelength impedance branch line the structure to replace the traditional Wilkinson power divider and developed a good working performance and design of high accuracy and four bands Wilkinson power divider
译文
微波功分器电路设计
微波功分器耦合器作微波电路两种基元件微波系统应中发挥着非常重作设计种高性微波功分器耦合器国外研究热点文基传统微带工艺加工技术300MHZ10GHZ微波线通信应背景型化高功率分配宽带谐波抑制双频频带微波功分器耦合器进行研究设计具体研究容包括
1提出两种实现方案解决高功率分配功分器中高阻抗线加工难题第种方案通传统功分器结构中加载隔离短接线降低高阻抗线阻抗值获较工作带宽第二种方案采具高等效特性阻抗短路行耦合线结构传统等分Wilkinson功分器高阻抗线进行等效代避免直接高阻抗线降低结构加工精度求
2建立缺陷加载短路行耦合线等效电路模型分析结果表明DGS加载效降低短路行耦合线等效特性阻抗展宽工作带宽基础DGS加载短路行耦合线结构分等效代传统T型结巴伦180°鼠笼式耦合器中四分三波长分支线实现型化带宽化T型结巴伦180°RRC
3介绍较两种电长度开路短截线两种电长度开路短截线加载传输线结构出电长度开路短截线加载传输线结构具宽阻带高选择特性两种结构分等效代传统90°分支线耦合器功分器中阻抗分支线实现型化宽阻带谐波抑制性
4通具双频等效特性短路开路短截线加载传输线结构代传统等分90°BLC进步提出样具双频等效特性加工更加灵活短路短截线加载行耦合线结构利该结构单元研制双频等分等分wilkinson功分器仿真测试结果表明该类型功分器具良双频工作性时高功率分配设计
5具三频等效特性短路开路短截线加载阶梯阻抗线结构传统功分器中四分波长阻抗分支线进行代实现时具三频工作特性良功率传输匹配隔离特性3DB wilkinson功分器基础采SILSS结构样研制工作性良三频等分wilkinson功分器进步提出具四频等效特性短路开路短截混合加载传输线结构该结构代传统wilkinson功分器中四分波长阻抗分支线研制出工作性良设计准确度高四频带wilkinson功分器
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摘
功率分配器简称功分器功率分配时路输入信号分成两路路较功率信号功率合成器功率分配器属互易结构利功率分配器功率合成器进行功率合成功分器相控阵雷达功率器件等微波射频电路中着广泛应
现射频微波系统设计越越复杂电路指标求越越高电路功越越电路尺寸越越设计周期越越短传统设计方案已满足微波电路设计需求微波软件工具进行微波系统设计已成微波电路设计必然趋势
型低功耗器件射频电路设计研究热点 微带技术具型化低功耗优点 学功分器基原理结合实际情况设计 Wilkinson 功分器 基矩量法ADS 软件设计仿真优化计算相关数参数 进行参数优化制作性良Wilkinson功分器
关键词：功分器ADS优化参数
ABSTRACT
Power divider is referred to as power divider in which the input signal is divided into two (or more) smaller power signals when the power distribution is usedPower synthesizerand a power divider is reciprocity structure power synthesis can be carried out using the power splitter and combinerPower divider is widely used in phased array radarhigh power devices and other microwave circuits
Now the design of RF and microwave system is more and more complex the circuit requirements are also getting higher and highermore and more functions of the circuit the circuit size is getting smaller and smaller and design cycle becoming shorter and shorter the traditional design scheme has been unable to meet the demand of microwave circuit design using microwave software tools for the design of microwave system has become the inevitable trend of the microwave circuit design
small size and low power consumption devices is the focus of the research on the RF circuit designand microstrip technology has the advantages of miniaturization and low power consumption ThereforeI learned the basic principle of power divider combined with the current actual situationthe design of the a Wilkinson power divider and use based on method of moments of the ADS software to designsimulation and optimization calculation parametersparameter optimization and produced a good performance of Wilkinson power divider
Key words power dividerADSoptimization parameters
目 录
第1章 引言 1
11 功分器发展概况 1
第2章 研究理基础 2
21 功分器理基础 2
22 功分器技术基础 4
221 什功分器 4
222 功分器重性 4
223 Wilkinson功分器优点 4
23 wilkinson基工作原理： 5
24 Wilkinson功率功分器基指标 6
241输入端口回波损耗 6
242插入损耗 7
243输入端口间隔离度 7
244功分 7
245相位衡度 7
第3章 ADS介绍 8
31 ADS趋势 8
32线性分析 9
33电磁反正分析 10
34仿真导 10
第4章 功分器原理图设计仿真优化 12
41 等分威尔金森功分器设计指标 12
42 建立工程设计原理图 12
421 建立工程 12
422 设计原理图： 13
423 基板参数设置 16
424 基板参数输入 18
425 插入VAR 19
426 VAR参数设置 19
427 VAR微带线 19
43 功分器原理图优化仿真 21
44 功分器优化版图生成 24
45 功分器优化 24
46 功分器版图生成仿真 31
第5章 结 36
参考文献 37
致谢 38
外文资料原文 39
译文 41
第1章 引言
11 功分器发展概况
功率分配器输入信号功率分成相等相等路输出种端口微波网络广泛应雷达路中继通信机等功率器件等微波射频电路中功率分配器逆作功率合成器时称功率分配合成器
高效率应场合功率分配器求：
插损较路幅度相位致性保证较高分配合成效率
两支路间隔离度滑度高中路出现障时影响路正常工作影响提高设备安全系数性
宽频带超宽频带达求性
电路形式简单容易调整体积便设备型化实现批量生产
足够功率容量满足功率分配合成需
功率分配合成器工作频率较低时理分析实际研制达较高效果着频率升高特10Ghz会带许问题求加工精度更高微带线损耗增加微带连续模型够精准隔离电阻尺寸波长相拟纯电阻波长变短分配合成器体积减带微带间耦合等
功率分配器定耦合器属源微波器件应功率分配功率合成工程常功率分配器定耦合器T型结功分器威尔金森功分器倍兹孔定耦合器分支线混合网络Lange耦合器波导魔T称渐变耦合线耦合器等功分器两路功率分配器三路功率分配器八路功率分配器等
功率分配器通常采三端口网络常3dB等分形式等分形式定耦合器通常采四端口网络设计意功分
第2章 研究理基础
21 功分器理基础
着国军事装备发展突飞猛进频率高端尤2Ghz10Ghz宽频带高微波功分器应越越广需求量迅猛增加特微波测量电子抗系统中提高装备实性信号捕捉力选宽带体制作系统方案时功分器提出全频带带宽覆盖求
功分器微波接收射频频率合成系统中缺少部件微波通信雷达遥 控遥感电子侦测电子抗微波测量系统中信号等功率分配求讲信号等分配路分进行处理非常普遍应发射系统中功分器反转功率合成器中功率发射源中整系统性着重影响尤通道侧系统中更决定着系统性关键部件幅度致性相位致性指标着严格求样保证系统测量精度
微波功分器幅度相位致性求外功分器插入损耗着较高求避免损耗降低信号强度时保证路间受串扰影响隔离度指标相重微波测量系统中尤外微波发射源中作微波功率合成器时微波功分器承受功率更高求
年着国国民济科学技术发展电子信息尤线通信日新月异3G没普4G已暂露头角功率分配器仅应射频功率分配合成超宽带短脉电磁场应中采阵列天线技术提高探测距离较理想选择阵列天线关键技术——功分器研制相重线电发射设备中保证足够远传输距离采功率合成技术路固态器件输出功率进行叠加获更高输出功率效途径
着线通信技术快速发展种通讯系统载波频率断提高型化低功率高频嗲子器件电路设计微带技术发挥优势单波传输系统增益达实际求必须实现波传输功率进行分配产生功率分配器简单功分器文设计仿真简单典威尔金森功分器射频电路测量系统中混频器功率放器电路中功率分配耦合元件性影响整系统通信质量微带功分器实验应中显更突出
着国军事装备迅猛发展功分器带宽覆盖提出更高求全频率带范围满足功分器项性指标具相难度目前国够生产类宽带微波功分器单位般均研制配套件根户定制少量生产未构成产品系列结果研制周期长成高实性强
微波功分器产品世纪70年代国外早早期产品微带线威尔金森结构基属窄带应四十年发展着工艺水提高传输线理进步完善该领域已突破目前国外产品PULSARNADARMERRIMACTMTMACOMMCS等公司代表已形成窄带快带双路路完整产品线中PULSAR公司产品全质优面广著称PULSAR快带微波功分器产品带状线工艺提供较高性指标
国产生微波功分器厂家亚光厂泰格微电子研究尤亚光厂该领域已较齐全产品系列占国部分军品市场已研制出YGG系列产品采4GOALOPTM优化4GOALOPTM优化窄带倍频程产品已批供应市场源TGG功分器图21示：
图21源YGG功分器
目前产品根户求定制系统化标准化程度够高性需加强电性指标继续提高余时产品应宽频带高隔离低损耗方发展解决产生种工艺问题
22 功分器技术基础
功率分配器简称功分器功率分配时路输入信号分成两路(路)较功率信号功率合成器功率分配器属互易结构利功率分配器功率合成器进行功率合成功分器相控阵雷达功率器件等微波射频电路中着广泛应
目前提供功分器产品知名厂商美国安捷伦公司德国Narda公司常型号11667ABC43152430624311B2等
相型微波立体器件微带技术具体积重量轻成低频带宽等优点文设计种微带威尔金森功分器利ADS进行仿真
221 什功分器
功率分配器输入信号功率分成相等相等路输出种端口微波网络广泛应雷达路中继通信机等功率器件等微波射频电路中功率分配器逆作功率合成器时称功率分配合成器
222 功分器重性
着线通信技术快速发展种通讯系统载波频率断提高型化低功耗高频电子器件电路设计微带技术发挥优势单波传输系统增益达实际求必须实现波传输功率进行分配产生功率分配器简称功分器文设计仿真简单典威尔金森功分器射频电路测量系统中混频器功率放器电路中功率分配耦合元件性影响整系统通信质量微带功分器实践应中显更突出
223 Wilkinson功分器优点
Wilkinson具独特优点功分器作合成器合成器作功分器功率容量较低均分输出设计者均分输出分设计传输DC隔离度高优点具相高研究价值
23 wilkinson基工作原理：
功率分配器等效输入功率分成相等者相等路输出功率种端口微波网络理想情况功率分配器输出功率等输入端口功率实际功率分配器存损耗输出端口输出信号幅度相位完全致会造成路功率理想情况说输出端口输出功率输入功率设计功率分配时定做输出端口输出信号幅度相位致性高损耗端口间应具足够隔离作路互影响
功率分配器三端口电路结构信号输入端输入频率P1两输出端输出功率分P2P3理量守恒定律知P1P2+P3P2P3毫瓦分贝表示三端口间关系写成P2(dbm)P3(dbm)3db
然P2定等P3相等情况常电路功率分配器致分等分型(P2P3)例型(P2KP3)两种类型
威尔金森功分器功输入信号等分等分分配输出端口保持相输出相位环形器然相似功威尔金森功率分配器应具更宽带宽Wilkinson功率分配器功输入信号等分等分分配输入端口保持相输出相位环形器然类似功Wilkinson功率分配器应具更宽带宽微带型功分器电路结构图22示中输入端口特性阻抗Z0两端分支微带线电长度 特性阻抗分Z02Z03终端分接负载R2R3
图22功分器电路结构
功分器端口特性：
端口1反射 端口2端口3输出电压相等相
端口2端口3输出功率值意指定值1k^2
(21)
(22)
(23)
四分波长传输线阻抗变换理：
(24)
(25)
设R2KZ0Z02Z03R3：
(26)
(27)
(28)
增加隔离度端口2端口3间贴加电阻R隔离电阻R电阻值：
(29)
k1时面结果化简功率等分情况出输出线阻抗R2KZ0R3Z0K匹配阻抗Z0匹配
24 Wilkinson功率功分器基指标
241输入端口回波损耗
输入端口1回波损耗根输入端口1反射功率Pr输入功率Pi算
(210)
242插入损耗
输出端口插入损耗根输出端口输出功率输入端口1输入功率Pi计算：
(211)
(212)
243输入端口间隔离度
输出端口2输出端口3间隔离度根输出端口2输出功率P2输出端口3输出功率P3计算：
(213)
244功分
端口反射时功分根输出端口3输出功率P3输出端口2输出功率P2计算：
(214)
245相位衡度
做功率合成应时功分器输出端口相位衡度直接影响功率合成效率
第3章 ADS介绍
现射频微波系统设计越越复杂电路指标求越越高电路功越越电路尺寸越越设计周期越越短传统设计方案已满足微波电路设计需求微波软件工具进行微波系统设计已成微波电路设计必然趋势
目前流电磁仿真软件基三种方式：
矩量法：ADS 限元法ANSYS EMDS 时域限差分法：CST
31 ADS趋势
目前国外种商业化射频微波软件工具断涌现首推AGILENT公司ADS软件ANSOFT公司HFSS DESIGNER软件ADS美国安捷伦公司开发电子设计动化软件功强仿真手段丰富样包含时域电路仿真频域电路仿真三维电磁仿真通信系统仿真数学信号处理仿真设计DSP等设计结果进行成品率分析优化提高复杂电路设计效率非常优秀微波电路系统信号链路设计工具ADS软件支持射频微博色设计工程师开发类型RF设计简单复杂离散射频微波模块通信航天国防集成MMIC国学研究微波射频电路通信系统仿真软件ADS软件版ADS2009ADS2008ADS2005AADS20004A等外AGILENT公司家半导体厂商合作建立ADS DESUGN KITMODEL FILE供设计员者利DESIGN KIT软件仿真功进行通信系统设计规划评估MMICRFIC模拟数字电路设计述仿真设计外ADS软件提供辅助设计功DESIGN GUIDE范例指令方式示范电路活系统设计流程SIMULATION WIZARD 步骤式界面进行电路设计分析ADSEDA软件SPICE MENTOR GRAPHICSMODELSIM GADENCENCVERILOGMATHWOKESMATLAB等进行协仿真加丰富元件应模型库测量验证仪器间连接功增加电路系统设计方便性快速性精确性
ADS仿真设计方法
ADS软件帮助电路设计进行模拟射频微波等电路通信系统设计提供仿真分析方法致分：时域仿真频域仿真系统仿真电磁仿真
高频SPICE分析方法提供SPICE仿真相瞬态分析
分析线性非线性电路瞬态效应SPICE仿真相优点例SPICE仿真器中法直接频域分析模型微带线带状线ADSSPICCE高频仿真器中直接ADS仿真时频域分析模型进行拉氏变化进行瞬态分析需者该模型转化等效RLC电路SPICE高频仿真器做低频电路瞬态分析分析高频电路瞬态分析外SPICE高频仿真器提供瞬态噪声分析功仿真电路瞬态噪声震荡锁相环JITTER
卷积分析方法架构SPIGE高频仿真器高级时域分析方法卷积分析更加
时域方法分析频率相关软件例S参数定义元件传输线微带线等
32线性分析
线性分析频域电路仿真方法线性非线性射频微波电路进行线性分析进行线性分析时软件首先会先针电路中元件计算需线性参数SZYH参数电路阻抗噪声反射系数稳定系数增益损耗等然进行整电路分析仿真
射频电路分析
射频系统分析方法者模拟评估系统特性中系统电路模型行级模型外元件电路模型进行响应验证射频系统仿真分析包含面介绍线性分析谐波衡分析电路分析等种分析手段分验证射频系统源元件线性化系统模型特性非线性系统模型具数字调频信号系统特性
33电磁反正分析
ADS软件提供面电磁仿真分析功——MOMENTUN仿真微带线带状线面波导电磁特性天线辐射特性电路板寄生耦合效应分析S参数结果直接谐波衡电路包络等电路分析中进行电路设计验证
ADS辅助设计功
ADS软件述仿真分析功外包含辅助设计功增加者方便性时提高电路设计效率
设计指南
设计指南范例指令说明示范电路设计设计流程者利示范指令学利ADS软件高效进行电路设计目前ADS提供设计指南包括WLAN设计指南BLUETOOTH指南CDMA2000设计指南RF SYSTEM设计指南MIXER设计指南OSCILLATOR设计指南passive ciruite设计指南Phased locked loop设计指南AMPLIFIER设计指南FILTER设计指南ADS带设计指南外者通软件中DESIGN GUIDE DEVELEPER STUDIO建立设计指南
34仿真导
仿真导提供设定界面工设计员进行电路分析设计者利图形化界面设定需验证电路响应模型ADS提供仿真导包括元件特性放器混频器线性电路
仿真结果显示模板
增加仿真分析方便性ADS软件提供仿真模板功者常重复仿真设定(仿真控制器电压电流源变量参数设定等)制定成模板直接避免重复设定需时间步骤结果显示模板具相功者常绘图列表格式制成模板减少重复设定需时间者行建立模板外ADS软件提供标准仿真结果显示模板供利
ADSEDA软件测试设备间连接
现电路设计复杂庞EDA软件整系统设计中均扮演角色功侧重点软件软件间软件硬件间软件元件商间沟通连接成设计中忽视组成部分ADS软件提供丰富接口方便设计验证软件硬件进行连接
SPICE电路转换器SPICE产生电路图转换成ADS格式电路图进行仿真分析外ADS产生电路图转换成SPICE格式电路图做布局电路结构检查布局寄生抽取等验证
电路布局文件格式转换器
电路布局文件格式装换器者EDA软件连接沟通桥梁EDA软件产生文件装换成ADS文件格式
ADS应结
着电路结构日趋复杂工作频率提高电路系统设计流程中EDA软件已成缺少工具ADS软件提供仿真分析方法速度准确方便性显十分重外该软件EDA软件测量仪器连接现庞设计流程必须具备功AGILENT公司推出ADS软件强功成现金国学研究软件
第4章 功分器原理图设计仿真优化
41 等分威尔金森功分器设计指标
等分威尔金森功分器设计指标：
频带范围：2GHZ4GHZ
频带输入端口回波损耗：C11>20db
频带插入损耗：C21<31dbC31<31db
两输出端口间隔离度C23>25db
42 建立工程设计原理图
文ADS2011进行仿真设计Wilkinson功率功分器根定指标性参数进行优化仿真
421 建立工程
(1) 运行ADS2008开ADS2008窗口
(2) 执行菜单命令filenew project弹出new project话框新建工程equaldivider
(3) 单击OK钮弹出原理图设计窗口 原理图设计导原理图设计导中选择no help needed单击finish钮开原理图设计窗口图41新建工程图
图41新建工程
422 设计原理图：
1原理图设计窗口元件面板拉列表中选Tlinesmicrostrip元件库开微带元件面板图42示
图42 TlinesMicrostrip元件库
2原理图设计窗口左边微带线器件面板中种微带电路元件设计元件图43示：
图43 元件
3设计输入端口电路输入端口电路连接图44：
图44输入端口连接图
4设计阻抗变换电路四分波长阻抗变化部分连接图45示中薄膜电阻TFR两路分支线间隔离电阻增加两输出端口间隔离度
图45阻抗变化连接图
5设计输出端口电路两输出端口电路称结构图46图47图48
图46功分器支线
图47功分器支线
两隔离电阻分R1R2取值分94Ohm2455Ohm图48示：
图48功分器隔离电阻
图49微带型威尔金森功分器原理图
6输入端口电路阻抗变换电路输出端口电路导线连接起构成完整微带型威尔金森功分器图49
423 基板参数设置
微带面板中选择微带线参数设置控件MSUB（微带基板）插入原理图中
双击原理图中MSUB控件然弹出话框中设置参数H1mmEr26Mur1cond10E+50Hu39e+034milT00035mmTanD0Rough0mil图410图411图412示
图410 equation editor图
图411微带线参数
H1mm表示微带线介质基片厚度1mm
Er26表示微带线介质基片相介电常数26
Mur1表示微带线介质基片相磁导率1
Cond10E+50 表示微带线金属片电导率10E+50
Hu39e+034mil 表示微带电路封装高度39e+034mil
T00035mm 表示微带线金属片厚度00035mm
TanD0 表示微带线损耗角正切0
Rough0 mil 表示微带线表面粗糙度0mm
功分器理分析知输入输出端口微带线特性阻抗50Ohm四分
波长微带线特性阻抗707Ohm
图412 Msub参数设置
原理图设计窗口中执行菜单命令toolslinecalestart linecalc弹出图示LineCale窗口substrate parameters栏中输入图412示MSUB控件基参数componet parameter栏Freq项中输入功分器中心频率10000GHZEleetrical栏传输线特性阻抗Z0项中输入47250Ohm单击钮Physical栏传输线宽度W项中25000mm线宽
424 基板参数输入
样传输线特性阻抗Z0项中输入47250hmE_Eff文框中
输入230deg(四分波长)单击钮physical栏W项
25000mmL项100000mm(约四分波长)
425 插入VAR
计算出功分器段微带线理尺寸便参数优化需原理图中插入VAR控件图413示：
图413 Var参数设置
426 VAR参数设置
双击VAR控件弹出参数设置窗口分w1w21h设置变量根前面linecalc计算结果设置W1W21H
427 VAR微带线
完成var参数设置次双击原理图中功分器段微带线设置微带线宽度W长度L单位MM
具体变量设置图414图415示：
图414微带线计算工具Linecale
图415完整微带功分器仿真图
43 功分器原理图优化仿真
完成原理图设计进行电路S参数仿真
原理图编辑图窗口中执行菜单命令inserttemplate开insert template话框话框中常模板中包括3GPP标准测试晶体器件直流测试S参数仿真等
选择SParams模板单击ok钮ADS动开原理图放置SParams仿真模板直接放入元器件设计电路原理图进行S参数仿真
原理图中添加设置S参数扫描控件
选择S参数扫描控件插入原理图双击原理图中控件SP根功分器指标设置扫描频率范围步长start2GHZSTOP4GHZstepsize001GHZ图416示：
图416仿真频率
选择原件term放置功分器三端口定义端口123然单击图标放置3term相连接完成电路图
完成连接仿真参数设置电路进行S参数扫描单击工具栏中仿真钮进行电路仿真
仿真完成弹出数显示窗口单击图标弹出数图轨迹属性窗口分S(11)S(21)S(22)S(23)添加数显示窗口终S参数图形图417图418示：
图417数显示窗口
图418数显示窗口
图419反射系数
图420 3db图
图421隔离度
图419图420图421基满足指标三端口减二端口等3db反射系数20驻波15隔离度23db进步优化系数
44 功分器优化版图生成
阻抗匹配电路性具直接影响实际应中功分器输入输出端口传输线特性阻抗500hmw113四分波长传输线特性阻抗707ohmw2131h16实现阻抗匹配需针w21h两变量进行参数优化
45 功分器优化
双击VAR控件弹出Varibles and Equations话框Select
Parameter栏中选择w2单击TuneOptStatDOE Setup钮弹出Setup画框然选择Optimization标签页Optimization Status拉列表中选择EnableType拉列表中选择ContinuousFormat拉列表中选择minmaxMinimum ValueMaximun Value文框中分输入0709样完成参数W2设置单击OK钮确定设置关闭窗口图422示：
图422 参数设置
(1)样方法设置参数1h1h优化范围设置5~20
(2)总设置4优化目标需4GOAL插入原理图里总设置4优化目标需4GOAL控件分优化S(11)S(2 2)S(21)S(23)图423图424示：
图423 VAR1参数设置
图424 Optimgoal1参数设置
(3)电路称性S(31)S(33)设置优化S(31)S(22)分设定输入输出端口反射系数S(21)设定功分器通带衰减情况S(23)设定两输出端口隔离度图425图426示
双击控件optim弹出优化方法优化次数设置话框optimization type列表中选择random项number of iteration文框中修改50常优化方法randomgradient等中机法通常范围搜索梯度法局部收敛
图425 GOAL1参数设置
控件optim设置完成分设置4goal控件双击控件goal弹出参数设置话框根等分威尔金森功分器设计指标参数进行设置
optim项中输入表达式db(S(11))表示优化目标端口1反射系数db值图426图427示
siminstancename项中输入SP1表示针S参数仿真SP1进行优化
图426GOAL2参数设置
目标db(S(22))进行设置20db频率2GHZ4GHZ间
图427 optim参数设置
Min值采默认表示S(11)值越越
Max25表示优化目标db(S(11))超25db
Weight采默认值表示优化目标没次分
Range var1freq表示优化定频率范围进行
RangeMin12GHZ表示频率优化范围值2GHZ
RangeMax14GHZ表示频率优化范围值4GHZ
余4GOAL控件参数图428
图428 GOAL参数设置图
图429 加入参数微带功分器图
仿真结果图430图431示：
图430仿真结果图
图431仿真结果图
(4)加入优化元件功分器原理图设置完优化目标先单击保存钮保存原理图然单击工具栏中仿真钮进行优化仿真
优化结束数显示窗口会动开终优化结果图见项指标满足设计求指标通带相较坦
次优化完成需执行菜单命令simulateupdate optimization values保存优化变量值(VAR控件变量前值)否优化值保存原理图中
果次优化满足设计指标求需改变变量取值范围重新进行优化直满足设计求止
46 功分器版图生成仿真
进行功分器版图仿真前需生成功分器版图
(1)单击工具栏中图标然单击原理图中S参数仿真SP控件3trem元件3单击原理图中优化optim控件4goal元件元件控件失效进行版图生成时会出现生成版图中
(2)确定关元件失效执行菜单命令layoutgenerteUpdateLayout弹出设置话框里应默认设置直接单击OK钮时弹出STATUES OF LAYOUT GENERATION话框显示生成版图中效元件数目等信息话框中容原理图较确认误单击OK钮完成版图生成图432示：
图432 参数设置图
(3)版图生成程序会动开版图设计窗口里面显示刚刚生成功分器版图图中432出原理图中种传输线模型已转化版图中实际微带线版图生成图433图434示：
图433功分器版图
图 434生成版图
微带线介质基片金属片基参数微带型WILKINSON功分器性影响必须设置版图中微带线基参数利原理图仿真结果版图中微带线参数设置原理图中MUSB控件里参数
(4)版图设计窗口中执行菜单命令momentumsubstrateupdate from schematic原理图基板微带参数更新版图中
(5)版图设计窗口中执行菜单命令momentumsubstrate
creatmodify查修改基板微带基参数生成图435示：
图435生成图
(6)设置完微带线基参数完整微带型威尔金森功分器版图形成接进行S参数仿真
功分器版图仿真：
生成功分器版图观察功分器性更接实际需版图里次进行S参数仿真
版图设计窗口中执行菜单命令insertport功分器版图中插入3端口调整端口位置分端口1端口2端口3相连接图436示：
图436 port图
执行菜单命令momentumsimulationSparameters开仿真控制话框sweep type拉列表中选择adaptive设置起止频率原理图中相start2Ghzstop4Ghz版图仿真速度较慢取采样点sample point limit20仿真控制参数设置完成单击update钮
(7)单击simulate钮进行仿真仿真程中回弹出状态窗口显示仿真进程整仿真进程般较慢需数分钟仿真结束会动出现数显示窗口
仿真结果图437图438图439图440示：
图437 dB(S(11)图
图438 dB(S(21)图
图439 dB(S(22)图
图440 dB(S(23)图
图437知道S112GHZ4GHZ端口2匹配时端口1反射系数19db反射系数满足预期图438知道概3db439反射系数28db满足条件图440隔离度25隔离度较理想完整电路设计优化仿真完成
第5章 结
文介绍通ADS设计仿真种等分威尔金森功率分配器方法通功率分配器原理图S参数仿真版图矩量法仿真玉功率分配器性关S参数设计威尔金森功分器然参数进行修改电路图进行仿真仿真结果反射系数隔离系数符合规定太理想运GOAL等电路图进行优化然仿真电路图原理图仿真中理计算参数满足设计指标需利ADS优化工具参数进行优化然电路图生成版图通版图仿真解版图生成程矩量法仿真设计仿真结果反射系数放射系数符合指标等分威尔金森功分器
值注意工程中设计类似功分器微带电路前定确定板材介质金属涂熬层相关参数便实际电路更接仿真结果否仿真参数设计实际电路性会前确定指标较差距参数优化前进行预估样仿真结果理想
参考文献
[1]ADS2008射频电路设计仿真实例徐兴福编——北京电子工业出版社20099
[2]ADS2011射频电路设计仿真实例徐兴福编——北京电子工业出版社20145
[3]现代电子技术2006 年第 20 期总第 235 期 微带型 Wilkinson 功分器设计实现
[4]南京理工学学报 第32卷第3期2008年6月 新型双频 Wilkinson微带功分器研究
[5]南京理工学学报 第31卷第4期2007年8月 具谐波抑制功微带线 EBG功分器研究
[6]甘肃科技 第26卷第9期2010年5月 基 ADS功分器仿真设计
致谢
文导师XX老师指导精心完成三月XX老师进行耐心帮助指导够文选题写作程中保持清醒思路老师工作认真教学研究工作异常繁忙情况然抽出时间认真指导学榜样前少办公软件懂XX老师耐心细致讲解帮助处理格式问题特感谢
外文资料原文
Microwave power divider and circuit design
Microwave power division device and coupler as the two basic components of microwave circuits plays a very important role in the application of microwave system the design of a variety of high performance microwave power points and coupler is the focus of research at home and abroad this paper based on traditional microstrip processing technologyto 300MHz to 10GHz microwave wireless communication as the application backgroundon the miniaturizationhigh power distribution ratio broadband harmonic suppression dual band and multi band microwave power points and coupler were designed and studied in this paper including the specific content of the study
1 implementation schemes are proposed to solve the problem of machining high impedance line in high power distribution ratio power divider The first scheme is to reduce the impedance value of the high impedance line by loading the short connection in the traditional power divider structure In the second scheme the equivalent substitution with a high equivalent characteristic impedance shortcircuit parallel coupled line structure of the traditional unequal Wilkinson power divider are in the high impedance lineavoids the direct use of the high impedance line greatly reduces the structure of machining accuracy requirements
2to establish the equivalent circuit model of the defects of shorting parallel coupled lines and the results show that the DGS can effectively reduce the load short circuit of parallel coupled line equivalent characteristic impedance broadening the bandwidth On the basis of DGS loaded shortcircuit parallel coupled line structures were equivalent to replace the traditional Tshaped stammer Lun and 180 DEG squirrel cage type couplers in four three wavelength branch line so as to realize the miniaturization and bandwidth of the T type stammer Lun and 180 DEG RRC
3 Introduce and compare the two with an electrical length open stub and two different electrical length open stub loaded transmission line structure so as to obtain different electrical lengths open stub loaded transmission line structure with wide stop band and high selectivity and the effect of this two kinds of structure respectively such as alternative to traditional 90 degree branch line couplers and power device in the line impedance branches In order to achieve the miniaturization and wide stopband performance for harmonic suppression
4Through with dual frequency equivalent characteristic of short open stub loaded transmission line structure to replace the traditional unequal 90 DEG BLC further proposed which has the same frequency equivalent properties processing more flexible short circuited stubs loaded parallel coupled line structure development of the dual band unequal Wilkinson power divider using the structural unit is The simulation and test results show that this type of dual band power divider has a good performance but also can be used for the design of high power distribution ratio
Short circuit 5 will have triple equivalent characteristics of open stub loaded stepped impedance line structure instead of the traditional 14 wavelength impedance branch line power divider realizes the 3DB Wilkinson power with tri band operation characteristics and power transmission good matching and isolation characteristics of the divider on the basis of the SILSS structure is also developed good performance of the tri band unequal Wilkinson power divider further shortcircuit have four frequency equivalent characteristics and open stub loaded hybrid transmission line structure and the 14 wavelength impedance branch line the structure to replace the traditional Wilkinson power divider and developed a good working performance and design of high accuracy and four bands Wilkinson power divider
译文
微波功分器电路设计
微波功分器耦合器作微波电路两种基元件微波系统应中发挥着非常重作设计种高性微波功分器耦合器国外研究热点文基传统微带工艺加工技术300MHZ10GHZ微波线通信应背景型化高功率分配宽带谐波抑制双频频带微波功分器耦合器进行研究设计具体研究容包括
1提出两种实现方案解决高功率分配功分器中高阻抗线加工难题第种方案通传统功分器结构中加载隔离短接线降低高阻抗线阻抗值获较工作带宽第二种方案采具高等效特性阻抗短路行耦合线结构传统等分Wilkinson功分器高阻抗线进行等效代避免直接高阻抗线降低结构加工精度求
2建立缺陷加载短路行耦合线等效电路模型分析结果表明DGS加载效降低短路行耦合线等效特性阻抗展宽工作带宽基础DGS加载短路行耦合线结构分等效代传统T型结巴伦180°鼠笼式耦合器中四分三波长分支线实现型化带宽化T型结巴伦180°RRC
3介绍较两种电长度开路短截线两种电长度开路短截线加载传输线结构出电长度开路短截线加载传输线结构具宽阻带高选择特性两种结构分等效代传统90°分支线耦合器功分器中阻抗分支线实现型化宽阻带谐波抑制性
4通具双频等效特性短路开路短截线加载传输线结构代传统等分90°BLC进步提出样具双频等效特性加工更加灵活短路短截线加载行耦合线结构利该结构单元研制双频等分等分wilkinson功分器仿真测试结果表明该类型功分器具良双频工作性时高功率分配设计
5具三频等效特性短路开路短截线加载阶梯阻抗线结构传统功分器中四分波长阻抗分支线进行代实现时具三频工作特性良功率传输匹配隔离特性3DB wilkinson功分器基础采SILSS结构样研制工作性良三频等分wilkinson功分器进步提出具四频等效特性短路开路短截混合加载传输线结构该结构代传统wilkinson功分器中四分波长阻抗分支线研制出工作性良设计准确度高四频带wilkinson功分器
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