,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2016/3/24,MW&Opti.Commu.Lab,XJTU,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,XIAN JIAOTONG UNIVERSITY,2016/3/24,Xian Jiaotong University,Page,#,實驗三,射頻功率分配,/,合成器設(shè)計、仿真與測試,了解功率分配器的原理及基本設(shè)計方法,掌握,威爾金森功分器的結(jié)構(gòu)、工作原理及,S,參量,了解利用,ADS,進行電路優(yōu)化仿真的基本步驟及方法,掌握利用,ADS,微帶線計算工具,LinCalc,計算、設(shè)計微帶線,了解利用,ADS,在電路板級進行電路仿真的方法與步驟。,一、實驗?zāi)康?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。,二、基本理論,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,1.,電阻式（等功率）,形和,Y,形電阻式功率分配器,2.1,集總參數(shù)功率分配器,用,ADS,仿真：形電阻式功率分配器,優(yōu)點：頻寬大,布線面積小,設(shè)計簡單,缺點：功率衰減較大,2.,集總,L-C,式低通型和高通型功率分配器,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。,用,ADS,仿真：,L-C,式低通型功率分配器,2.2,威爾金森功分器,頻率范圍：,頻帶內(nèi)輸入端口的回波損耗：,S11-3.1dB,S31-3.1dB,隔離度：,S32-25dB,H:,基板厚度,(0.8 mm),Er:,基板相對介電常數(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+33 mm),T:,金屬層厚度,(0.03 mm),TanD:,損耗角正切,(1e-4),Roungh:,表面粗糙度,(0 mm),設(shè)計指標(biāo)：,微帶板材參數(shù),威爾金森功分器的設(shè)計與仿真,1.,創(chuàng)建新,的,WorkSpace,建立,New Schematic,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,3.,利用微帶線計算工具計算微帶線尺寸參數(shù),執(zhí)行菜單命令,【Tools】-【LineCalc】-【Start LineCalc】,修改參數(shù)，然后單擊 按鈕就可以算出微帶線的線寬,1.52 mm,Z,0,項填入,70.7 Ohm,，在,E_Eff,中輸入,90deg,（對應(yīng)四分之一波長），然后單擊,算,出微帶線的線寬,0.7889 mm,，線長為,42.8971mm,4.,設(shè)置優(yōu)化變量,設(shè)置優(yōu)化參數(shù),:,在,原理圖中插入“,VAR”,控件,雙擊“,VAR”,控件，設(shè)置,w1,、,w2,、,r,，,L,四個變量,(,此處不設(shè)單位,),w1=1.52,r=100,w2=0.79,L=16,設(shè)置微帶線寬度,W,和長度,L,，具體變量設(shè)置如圖所示（加,SP,、,端,口,）,5.,原理圖,仿真：分別查看,S11,、,S21,、,S22,、,S23,頻率帶寬較差、中心頻率有偏移，還需要進一步優(yōu)化,6.,參數(shù)優(yōu)化,雙擊,，選擇,w2,“,Tune/Opt/Start/DOE Setup,”,“,Optimization”,標(biāo)簽,設(shè)置,L,變量（,1224,）、,r,變量,(30120),、,w2,變量（,0.70.9,）,7.,設(shè)置優(yōu)化方式和優(yōu)化目標(biāo),選擇元件庫“,Optim/Stat/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）插入原理圖,中,優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置,優(yōu)化目標(biāo),1,優(yōu)化目標(biāo),2,優(yōu)化目標(biāo),3,優(yōu)化目標(biāo),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.,優(yōu)化,仿真,Simulate,Optimize,保存,優(yōu)化后的變量值,第一次優(yōu)化仿真結(jié)果,第二次優(yōu)化仿真結(jié)果,更改圖中的微帶彎頭,9.,功分器的版圖生成,菜單,命令,【Layout】,【Generate/Update Layout】,，單擊,OK,圓彎頭,最優(yōu)彎頭,在版圖窗口執(zhí)行菜單命令,【EM】,【Substrate】,，全部單擊,【OK】,彈出“,Substrate,”設(shè)置窗口。,【File】,【Import】,【Substrate From Schematic】,，選擇相對應(yīng)的原理圖，更新板材參數(shù)。,10.,功分器的版圖仿真,鼠標(biāo)左鍵單擊選中不需要的導(dǎo)體，再單擊右鍵，彈出,【Unmap】,，單擊之，再點,【OK】,，去掉該導(dǎo)體,等,單擊工具欄里面的保存按鈕,修改,(,檢查,),參數(shù),【Technology】,【Material Definitions】,或者,選中,想要修改的材料，然后在右側(cè)修改,“Material”,的參數(shù),10.,功分器的版圖仿真,執(zhí)行菜單命令,【Insert】,【Pin】,或單擊 ，插入三個端口分別于端口,1,、端口,2,、端口,3,菜單,【,EM】,【Simulation Setup】,或者,，打開仿真設(shè)置窗口,選中,【Subtrate】,和,【Ports】,檢查設(shè)置,是否正確,選中,【Frequency plan】,設(shè)置仿真參數(shù)。然后仿真。,Type,Fstart,Fstop,Npts,Enabled,Adaptive,0.7 GHz,1.3 GHz,20(max),版圖仿真結(jié)果,設(shè)計一微帶結(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,輸出端口功率比：,2,：,1,頻帶內(nèi)輸入端口的回波損耗：,S11-20dB,，,S22-20dB,，,S22-20dB,隔離度：,S32-25dB,板材參數(shù)：,H:,基板厚度,(1.5 mm),，,Er:,基板相對介電常數(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+33 mm),，,T:,金屬層厚度,(0.035 mm),TanD:,損耗角正切,(1e-4),，,Roungh:,表面粗糙度,(0 mm),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，,彎頭必須用最優(yōu)彎頭,；,（,3,）給出原理圖和版圖仿真結(jié)果，并對其結(jié)果進行分析。,測功分器在,800MHz-2200MHz,的回?fù)p、插損和隔離度,起始,800MHz,終止,2.2GHz,掃描設(shè)置,141,I,設(shè)置激勵參數(shù),觸發(fā),連續(xù)掃描,掃描點,掃描類型,線性頻率,三、功分器的測量,進行測量校準(zhǔn),校準(zhǔn),全雙端口,(SOLT),分別進行前向和反向開路、短路、匹配負(fù)載校準(zhǔn),按圖連接,N,型陰開路器,N,型陰短路器,50,N,型陰負(fù)載,反射,前向,反向,完成反射測試,雙陰連接器,完成全雙端口,機械校準(zhǔn),傳輸,直通,按圖連接，進行,直通校準(zhǔn),完成傳輸測試,進行測量,格式,對數(shù)幅度,光標(biāo),用調(diào)節(jié)旋鈕分別記錄,駐波和回?fù)p,（輸入端）；,插損和相移,（支路,1,、支路,2,）和,隔離度,（,支路,1,與支路,2,，應(yīng)該如何連接？,），記錄（,15,組），并照相記錄波形。,測量,S21,S11,駐波,對數(shù)幅度,功分器,50,N,型陽負(fù)載,50,N,型陽負(fù)載,功分器,50,N,型陽負(fù)載,相位,給出四種用,ADS,微帶線計算工具,LinCalc,可計算、設(shè)計的微帶線,微帶圓彎頭與最優(yōu)彎頭有什么區(qū)別？,威爾金森功分器中的電阻,R,理論取值是多大？起什么作用？,比較電阻功分器與威爾金森功分器的特點。,實驗體會和建議。,四、思考題,頻率,(GHz),回,損,(dBm),駐波,支路,1,插損,(dBm),支路,1,相移,支路,2,插損,(dBm,）,支路,2,相移,隔離度,(dBm),功分器參數(shù)測量記錄表,實驗報告要繪制曲線,