實(shí)驗(yàn)三射頻微波功率分配器合成器設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)三射頻微波功率分配器合成器設(shè)計(jì)第1頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、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(chēng)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(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月技術(shù)指標(biāo)：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(lái)的損耗駐波比：每個(gè)端口的電壓駐波比隔離度：支路端口間的隔離程度第3頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用ADS仿真：第5頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：頻寬大,布線面積小,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：功率衰減較大第6頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.集總L-C式低通型和高通型功率分配器第7頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用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(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2威爾金森功分器第11頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、威爾金森功分器的設(shè)計(jì)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(duì)介電常數(shù)(4.3)Mur:磁導(dǎo)率(1)Cond:金屬電導(dǎo)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(shè)計(jì)指標(biāo)：微帶板材參數(shù)第12頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1).創(chuàng)建新的工程、設(shè)置長(zhǎng)度單位為毫米第13頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2).畫(huà)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(dòng)文字第14頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）利用微帶線計(jì)算工具計(jì)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(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在Electrical欄Z0項(xiàng)填入70.7Ohm，在E_Eff中輸入90deg（對(duì)應(yīng)四分之一波長(zhǎng)），然后單擊按鈕就可算出微帶線的線寬0.7889mm，線長(zhǎng)為42.8971mm。第16頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）設(shè)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(shè)置w1、w2、ih三個(gè)變量(此處不設(shè)單位，在設(shè)置每段微帶線時(shí)另行設(shè)定）。第17頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)置微帶線寬度W和長(zhǎng)度L，具體變量設(shè)置如圖所示（加SP、端口）L=1mmRs=100Ω第18頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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(jìn)一步優(yōu)化第19頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（6）參數(shù)優(yōu)化

雙擊控件，彈出參數(shù)設(shè)置窗口；選擇w2，單擊“Tune/Opt/Start/DOESetup”按鈕；選擇“Optimization”標(biāo)簽，如下設(shè)置：

同樣方法設(shè)置ih變量（12—22）第20頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（7）設(shè)置優(yōu)化方式和優(yōu)化目標(biāo)

在元件庫(kù)立標(biāo)中選擇“Optim/Stat/Yield/DOE”，將優(yōu)化設(shè)置控件“Optim”和優(yōu)化目標(biāo)控件“Goal”（共需四個(gè)）插入原理圖中。-25第21頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在工具欄單擊“DeactiveorActive”控件，然后單擊Optim控件和Goal控件，然后再進(jìn)行仿真，此時(shí)即為優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果。第23頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一次優(yōu)化仿真結(jié)果第24頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二次優(yōu)化仿真結(jié)果第25頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三次優(yōu)化仿真結(jié)果第26頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(gè)Goal控件3個(gè)“地”、三個(gè)“Term”，“SP”控件，使它們失效，就不會(huì)出現(xiàn)在所生成的版圖中。第27頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

執(zhí)行菜單命令【Layout】->【Generate/UpdateLayout】，彈出一個(gè)設(shè)置對(duì)話框，這里應(yīng)用其默認(rèn)設(shè)置，直接單擊OK。第28頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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(duì)話框。在功分器版圖中插入三個(gè)端口，分別于端口1、端口2、端口3相連。第30頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在版圖窗口執(zhí)行菜單命令【Momentum】->【Simulation】->【S-Parameters】，打開(kāi)仿真控制對(duì)話框。設(shè)置起止頻率與原理圖相同，參數(shù)設(shè)置完成后，單擊“Update”按鈕。然后單擊“Simulate”按鈕，開(kāi)始仿真。第31頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月版圖仿真結(jié)果第32頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸出版圖：第33頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)：設(shè)計(jì)一微帶結(jié)構(gòu)的威爾金森功分器，指標(biāo)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(duì)介電常數(shù)(2.65)Mur:磁導(dǎo)率(1)，Cond:金屬電導(dǎo)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(bào)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(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析。第34頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、功分器的測(cè)量3.1主路駐波比測(cè)量5.按菜單鍵，選駐波返回。記下駐波數(shù)據(jù)（20個(gè)頻點(diǎn)）。

3.按右圖測(cè)回?fù)p連接，電橋測(cè)試端口接上雙陽(yáng)連接器一只，即以雙陽(yáng)為新的測(cè)試端口，接開(kāi)路負(fù)載，執(zhí)行校開(kāi)路；接上陰短路器，執(zhí)行校短路；接陰匹配負(fù)載進(jìn)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(fù)載。此時(shí)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(diǎn)子越集中越靠近原點(diǎn)越好）。1.在《頻域》設(shè)置：《0.1MHz》BF=500.0MHz、⊿F=50.0MHz、EF=2500.0MHz。屏幕自動(dòng)出現(xiàn)《N=41》。2.設(shè)置《M：常規(guī)》、A下《回?fù)p》，B下空白。。第35頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2各支路的幅相特性測(cè)量2.按測(cè)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(gè)雙陰連接起來(lái)。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(fù)載。記下各頻點(diǎn)的插損與相位（20個(gè)頻點(diǎn)）。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