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ADS2015功分器.docx

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.32M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    功率分配器设计 功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输 出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出， 此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。 功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、 各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。 功分器通常为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔离电阻的搭 配，具有很宽的频带特性。 一、滤波器的数学原理 理想功率分配器具有以下 3 个特点：  端口 1 无反射  端口 2.3 输出电压 U2 和 U3 幅度和相位相等  端口 2.3 输出功率比值为任意给定值 1/k 2 根据上面条件，可以得到式子： 12+ 13= 10 32 3= 12 22 2 12 3= 12 12 2 2=3 (1a) (1b) (1c) (1d) 由传输线理论中提到的四分之一波长传输线阻抗变换理论，可以得到功率分 配器两端分支线的特性阻抗为输入端传输线特性阻抗与负载阻抗的几何平均值， 它们由式子表示： 02= 2∙2 (2a)
    假设 R2=kZ0，代入到上两式中，可以得到其他 3 个参量的值，得到： 根据上式可以计算出两段分支线的特性阻抗和输出端口的负载阻抗分别为： 通过计算，可以得到输入端口的匹配条件，输出端口的匹配条件以及输入输 出端口完全隔离的条件，当这些条件同时满足时，隔离电阻和支线的特性阻抗的 关系应为： 03= 3∙3 02=0 (1+2) 03=0 (1+2)/3 3=0/ 01=0 2 =0 =20 (2b) (3a) (3b) (3c) (4a) (4b) (5) 二、 功率分配器的主要技术参数  通带内各端口反射系数  通带内量输出端口间的隔离度  通带内传输损耗  通带内功分比  通带内相位平衡度 本设计将一个频率功分器，它的设计指标如下所示。  工作频率 0.9-1.1GHz；  中心频率 1GHz；  通带内端口反射系数小于-20db；  端口 2 和端口 3 之间的隔离度小于-25db；  端口 1 和端口 2 的传输损耗小于 3.3db； 三、 功率分配器的原理图设计、仿真与优化
    （1）建立工程与设计原理图 一.建立工程 1）运行 ADS，弹出 ADS 主窗口。 2）选择【File】→【New Project】命令，系统弹出对话框，把工程命名为： divider，选择工程的长度单位为毫米（mm） 3）单击 ok 按钮完成工程的建立。 二.设计原理图 1）在原理图设计窗口选择 TLines-Microstrip 面板。 2）在微带线面板中选择 MLIN 和 MTEE 插入原理图中，并用导线连接起来， 构成功率分配器的输入端口。双击元件，可以修改参数，按图所示修改 元件参数。 3）从微带线面板中分别选择 3 个 MLIN、2 个 Mcurve 和 1 个 MTEE，插入到 原理图中，并用导线连接，按图所示修改参数。 4）用同样的器件构成微带线的另外一路分支线，如图所示。由于功率分配 器结构的对称性，两路分支线中各段微带线的参数相同。
    5）把输入端与两路支线连接起来，并在两路支线插入隔离电阻 TFR，如图 所示。TFR 的参数为 W=w2mm、L=2*w2mm、Rs=50Ω。 6）分别用 3 个 TLIN 和 2 个 Tcurve 以及连接导线构成功率分配器的输出端
    口，如图所示。输出端口的各段微带线参数如图。 7）用同样的器件构成与上图输出端口对称的另一个输出端口，如图所示。 同样由于结构的对称性，两端的参数相同。 8）这样，功率分配器的所以部分就已经完成了，将他们连接起来就构成一 个完整的功率分配器，如图所示。
    三.微带线参数设置 由于微带线是有金属覆盖在介质材料表面构成，不同的金属材料和介质材料 的电气特性会导致同样尺寸的微带线特性阻抗不同，因此需要对微带线的相 关参数进行设置。 1）在电路原理图中插入微带线参数设置控件“MSUB”。 2）双击微带线参数设置控件，弹出参数设置窗口，按照下面内容对它进行 参数设置： H=0.8mm，表示微带线所在的基板的厚度为 0.8mm。 Er=4.3，表示微带线的相对介电常数为 4.3。 Mur=1，表示微带线的相对磁导率为 1。 Cond=5.88E+7，表示微带线的电导率为 5.88E+7。 Hu=1.0e+33mm，表示微带电路的封装高度为 1.0e+33mm。 T=0.03mm，表示微带线的金属层厚度近似为 0.03mm。 TanD=1e-4，表示微带线的损耗正切为 1e-4。 Rough=0mm，表示微带线的表面粗糙度为 0。
    3）选择菜单栏中的【Tools】>【LineCalc】>【Start LineCalc】命令弹 出如下窗口。 4）在传输线参数“Substarate Parameters”中填入与“MSUB”相同的传 输线参数。 5）在“Freq”中填入功率分配器工作的中心频率 1GHz。 6）在 Z0 中填入传输线特性阻抗 50Ω，可以计算出线宽为 1.52mm。 7）在 Z0 中填入传输线特性阻抗 70.7Ω，并选择 E_Eff=90deg，可以计算 出线宽为 0.79mm，线长为 42.9mm。 8）在原理图中插入“VAR”控件。 9）双击“VAR”控件，弹出参数设置窗口。 10） 分别将 w1、w2 和 l 添加为变量，并按照前面的计算结果将它们的值设 置为 w1=1.52mm，w2=0.79mm，l=16mm。 完成上面步骤后功率分配器的电路原理图已经设计完毕，并且功率分配器 中各段微带线的参数也已经完成，将原理图保存后，准备进行仿真。 （2）原理图仿真 下面对功率分配器的原理图进行仿真，根据设计的指标要求，主要是对它 的 S 参数进行仿真和分析。 1）在原理图中选择“Simulation-S_Param”，选择“Term”放置在功率分 配器三个端口上，用来定义端口 1、2 和 3。单击工具栏的【GROUP】图 标，放置 3 个“地”，并按照如图连接好电路图。 2）选择 S 参数扫描控件“SP”，放置在原理图中，双击“SP”控件对其进
    行参数设置。 3）单击工具栏中的“Simulate”按钮进行仿真。 4）仿真完毕后，系统弹出数据显示窗口。在数据显示窗口中添加 S（1，1）、 S（2，2）、S（2，1）、S（2，3）矩形图。 当参数设置为理论值时，除 S11 参数外，各项指标都不是十分理想，并且 当频率偏移中心频率 1GHz 时，S11 出现了比较严重的恶化。因此需要对相 关参数进行优化。 （3）电路参数优化 使用理论计算结果作为功率分配器参数时，它的性能并没有完全达到设计指 标。因此需要对功率分配器的各个参数进行优化。 下面将对功率分配器进行优化，主要通过 w2 和 l 这两个变量的值，优化系 统的各个指标。 为了达到 w2 和 l 这两个变量值的目的，首先需要在 VAR 控件上设定这两个 变量的范围。 （1） 双击 VAR 控件，弹出窗口，如图所示。 （2） 在窗口中选择变量 w2. （3） 单击 Tune/Opt/Stat/DOE setup 按钮弹出窗口，选择 Optimization 选
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