实验三射频微波功率分配器合成器设计

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2016/3/24,MW&Opti.Commu.Lab,XJTU,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,XIAN JIAOTONG UNIVERSITY,2016/3/24,Xian Jiaotong University,Page,#,实验三,射频功率分配,/,合成器设计、仿真与测试,了解功率分配器的原理及基本设计方法,掌握,威尔金森功分器的结构、工作原理及,S,参量,了解利用,ADS,进行电路优化仿真的基本步骤及方法,掌握利用,ADS,微带线计算工具,LinCalc,计算、设计微带线,了解利用,ADS,在电路板级进行电路仿真的方法与步骤。,一、实验目的,将一路微波功率按一定比例分成,n,路输出的功率元件称为功率分配器。按输出功率比例不同,可分为等功率分配器和不等功率分配器。,二、基本理论,技术指标：,频率范围,：分配器的工作频率,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,插入损耗,：输入输出间由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素,考虑输入端的驻波比所带来的损耗,驻波比,：每个端口的电压驻波比,隔离度,：支路端口间的隔离程度,1.,电阻式（等功率）,形和,Y,形电阻式功率分配器,2.1,集总参数功率分配器,用,ADS,仿真：形电阻式功率分配器,优点：频宽大,布线面积小,设计简单,缺点：功率衰减较大,2.,集总,L-C,式低通型和高通型功率分配器,用,ADS,仿真：中心频率为,2.4GHz,的集总参数,L-C,式低通型功率分配器，传输线特征阻抗为,50,欧姆。,用,ADS,仿真：,L-C,式低通型功率分配器,2.2,威尔金森功分器,频率范围：,频带内输入端口的回波损耗：,S11-3.1dB,S31-3.1dB,隔离度：,S32-25dB,H:,基板厚度,(0.8 mm),Er:,基板相对介电常数,(4.3),Mur:,磁导率,(1),Cond:,金属电导率,(5.88E+7),Hu:,封装高度,(1.0e+33 mm),T:,金属层厚度,(0.03 mm),TanD:,损耗角正切,(1e-4),Roungh:,表面粗糙度,(0 mm),设计指标：,微带板材参数,威尔金森功分器的设计与仿真,1.,创建新,的,WorkSpace,建立,New Schematic,画原理图，选择微带线控件 分别放置在绘图区中，并用线,连接,Ctrl+R,旋转,F5,移动文字,3.,利用微带线计算工具计算微带线尺寸参数,执行菜单命令,【Tools】-【LineCalc】-【Start LineCalc】,修改参数，然后单击 按钮就可以算出微带线的线宽,1.52 mm,Z,0,项填入,70.7 Ohm,，在,E_Eff,中输入,90deg,（对应四分之一波长），然后单击,算,出微带线的线宽,0.7889 mm,，线长为,42.8971mm,4.,设置优化变量,设置优化参数,:,在,原理图中插入“,VAR”,控件,双击“,VAR”,控件，设置,w1,、,w2,、,r,，,L,四个变量,(,此处不设单位,),w1=1.52,r=100,w2=0.79,L=16,设置微带线宽度,W,和长度,L,，具体变量设置如图所示（加,SP,、,端,口,）,5.,原理图,仿真：分别查看,S11,、,S21,、,S22,、,S23,频率带宽较差、中心频率有偏移，还需要进一步优化,6.,参数优化,双击,，选择,w2,“,Tune/Opt/Start/DOE Setup,”,“,Optimization”,标签,设置,L,变量（,1224,）、,r,变量,(30120),、,w2,变量（,0.70.9,）,7.,设置优化方式和优化目标,选择元件库“,Optim/Stat/DOE”,，将优化设置控件,“Optim”,和优化目标控件“,Goal”,（共需四个）插入原理图,中,优化目标设置,优化目标,1,优化目标,2,优化目标,3,优化目标,4,Expr,dB(S(1,1),dB(S(2,2),dB(S(2,1),dB(S(3,2),SimInstanceName,SP1,SP1,SP1,SP1,IndepVar1,freq,freq,freq,freq,LimitType1,LimitMin1,-3.1,LimitMax1,-20,-20,-20,Indep1Min1,0.9 GHz,0.9 GHz,0.9 GHz,0.9 GHz,Indep1Max1,1.1 GHz,1.1 GHz,1.1 GHz,1.1 GHz,8.,优化,仿真,Simulate,Optimize,保存,优化后的变量值,第一次优化仿真结果,第二次优化仿真结果,更改图中的微带弯头,9.,功分器的版图生成,菜单,命令,【Layout】,【Generate/Update Layout】,，单击,OK,圆弯头,最优弯头,在版图窗口执行菜单命令,【EM】,【Substrate】,，全部单击,【OK】,弹出“,Substrate,”设置窗口。,【File】,【Import】,【Substrate From Schematic】,，选择相对应的原理图，更新板材参数。,10.,功分器的版图仿真,鼠标左键单击选中不需要的导体，再单击右键，弹出,【Unmap】,，单击之，再点,【OK】,，去掉该导体,等,单击工具栏里面的保存按钮,修改,(,检查,),参数,【Technology】,【Material Definitions】,或者,选中,想要修改的材料，然后在右侧修改,“Material”,的参数,10.,功分器的版图仿真,执行菜单命令,【Insert】,【Pin】,或单击 ，插入三个端口分别于端口,1,、端口,2,、端口,3,菜单,【,EM】,【Simulation Setup】,或者,，打开仿真设置窗口,选中,【Subtrate】,和,【Ports】,检查设置,是否正确,选中,【Frequency plan】,设置仿真参数。然后仿真。,Type,Fstart,Fstop,Npts,Enabled,Adaptive,0.7 GHz,1.3 GHz,20(max),版图仿真结果,设计一微带结构的威尔金森功分器，指标要求：,中心频率：,2.45GHz,带宽：,60MHz,输出端口功率比：,2,：,1,频带内输入端口的回波损耗：,S11-20dB,，,S22-20dB,，,S22-20dB,隔离度：,S32-25dB,板材参数：,H:,基板厚度,(1.5 mm),，,Er:,基板相对介电常数,(2.65),Mur:,磁导率,(1),，,Cond:,金属电导率,(5.88E+7),Hu:,封装高度,(1.0e+33 mm),，,T:,金属层厚度,(0.035 mm),TanD:,损耗角正切,(1e-4),，,Roungh:,表面粗糙度,(0 mm),报告要求：,（,1,）叙述威尔金森功分器原理；,（,2,）给出功分器的原理图和,版图，,弯头必须用最优弯头,；,（,3,）给出原理图和版图仿真结果，并对其结果进行分析。,测功分器在,800MHz-2200MHz,的回损、插损和隔离度,起始,800MHz,终止,2.2GHz,扫描设置,141,I,设置激励参数,触发,连续扫描,扫描点,扫描类型,线性频率,三、功分器的测量,进行测量校准,校准,全双端口,(SOLT),分别进行前向和反向开路、短路、匹配负载校准,按图连接,N,型阴开路器,N,型阴短路器,50,N,型阴负载,反射,前向,反向,完成反射测试,双阴连接器,完成全双端口,机械校准,传输,直通,按图连接，进行,直通校准,完成传输测试,进行测量,格式,对数幅度,光标,用调节旋钮分别记录,驻波和回损,（输入端）；,插损和相移,（支路,1,、支路,2,）和,隔离度,（,支路,1,与支路,2,，应该如何连接？,），记录（,15,组），并照相记录波形。,测量,S21,S11,驻波,对数幅度,功分器,50,N,型阳负载,50,N,型阳负载,功分器,50,N,型阳负载,相位,给出四种用,ADS,微带线计算工具,LinCalc,可计算、设计的微带线,微带圆弯头与最优弯头有什么区别？,威尔金森功分器中的电阻,R,理论取值是多大？起什么作用？,比较电阻功分器与威尔金森功分器的特点。,实验体会和建议。,四、思考题,频率,(GHz),回,损,(dBm),驻波,支路,1,插损,(dBm),支路,1,相移,支路,2,插损,(dBm,）,支路,2,相移,隔离度,(dBm),功分器参数测量记录表,实验报告要绘制曲线,