功分器的設(shè)計(jì)制作與調(diào)試原ppt課件

1、功分器的設(shè)計(jì)制造與調(diào)試一學(xué)習(xí)目的了解功率分配器電路的原理及設(shè)計(jì)方法。學(xué)習(xí)運(yùn)用ADS軟件進(jìn)展微波電路的設(shè)計(jì)，優(yōu)化，仿真。掌握功率分配器的制造及調(diào)試方法。二 學(xué)習(xí)內(nèi)容了解功分器的任務(wù)原理。運(yùn)用ADS軟件設(shè)計(jì)一個(gè)功分器，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)展優(yōu)化、仿真。根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的結(jié)果繪制電路幅員，并加工成電路板。對(duì)加工好的電路進(jìn)展調(diào)試，使其滿足設(shè)計(jì)要求。三 功分器的技術(shù)目的通帶內(nèi)各端口反射系數(shù)通帶內(nèi)兩輸出端口間的隔離度通帶內(nèi)傳輸損耗通帶內(nèi)功分比通帶內(nèi)相位平衡度四 用ADS軟件設(shè)計(jì)功分器n本節(jié)內(nèi)容是引見(jiàn)運(yùn)用ADS軟件設(shè)計(jì)功分器的方法：包括原理圖繪制，電路參數(shù)的優(yōu)化、仿真，幅員的仿真等。n下面開(kāi)場(chǎng)按順序詳細(xì)引見(jiàn)ADS軟件的

2、運(yùn)用方法。ADS軟件的運(yùn)用啟動(dòng)ADS進(jìn)入如下界面創(chuàng)建新的工程文件點(diǎn)擊File-New Project設(shè)置工程文件稱號(hào)本例中為divider及存儲(chǔ)途徑點(diǎn)擊Length Unit設(shè)置長(zhǎng)度單位為毫米創(chuàng)建新的工程文件續(xù)工程文件創(chuàng)建終了后主窗口變?yōu)橐砸韵聢D創(chuàng)建新的工程文件續(xù)同時(shí)原理圖設(shè)計(jì)窗口翻開(kāi)功分器的設(shè)計(jì)以以下圖是一個(gè)等功率分配器，它由兩段不同特性阻抗的微帶線組成，兩臂是對(duì)稱的。我們以這種構(gòu)造的功分器為例，引見(jiàn)一下設(shè)計(jì)的過(guò)程。123功分器的設(shè)計(jì)續(xù)設(shè)計(jì)目的：通帶0.91.1GHz，功分比為1：1，帶內(nèi)各端口反射系數(shù)小于-20dB ，兩輸出端隔離度小于-25dB，傳輸損耗小于3.1dB。在進(jìn)展設(shè)計(jì)時(shí)，主要

3、是以功分器的S參數(shù)作為優(yōu)化目的進(jìn)展優(yōu)化仿真。S21、 S31是傳輸參數(shù)，反映傳輸損耗；S11、 S22、 S33分別是輸入輸出端口的反射系數(shù)。S23反映了兩個(gè)輸出端口之間的隔離度。生勝利分器的原理圖在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇微帶電路的工具欄窗口左側(cè)的工具欄變?yōu)橛覉D所示選擇微帶線 以及控件MSUB 分別放置在繪圖區(qū)中選擇畫線工具 將電路銜接好，銜接方式見(jiàn)下頁(yè)圖本圖只是提供參考，還有其它方式可供選擇。功分器的原理圖例如原理圖中部分模型的等效電路 1、MTEE Microstrip T-JunctionSymbolIllustrationEquivalent Circuit部分模型的等效電路 2、MCO

4、RN 90-degree Microstrip BendEquivalent CircuitSymbolIllustration設(shè)置微帶電路的根本參數(shù)雙擊圖上的控件MSUB設(shè)置微帶線參數(shù)H:基板厚度0.8 mmEr:基板相對(duì)介電常數(shù)4.3Mur:磁導(dǎo)率1Cond:金屬電導(dǎo)率5.88E+7Hu:封裝高度1.0e+33 mmT:金屬層厚度0.03 mmTanD:損耗角正切1e-4Roungh:外表粗糙度0 mm微帶線計(jì)算工具功分器兩邊的引出線是特性阻抗為50歐姆的微帶線，它的寬度W可由微帶線計(jì)算工具得到。填入50 Ohm可以算出微帶線的線寬1.52 mm。填入70.7 Ohm和90 deg可以算出

5、微帶線的線寬0.79 mm和長(zhǎng)度42.9 mm四分之一波長(zhǎng)。設(shè)置微帶器件的參數(shù)雙擊每個(gè)微帶線設(shè)置參數(shù)，W、L分別設(shè)為相應(yīng)的變量或常量，單位mm，留意上下兩臂的對(duì)稱性。添加變量單擊工具欄上的VAR 圖標(biāo)，把變量控件VAR放置在原理圖上，雙擊該圖標(biāo)彈出變量設(shè)置窗口，依次添加W，L參數(shù)。中間微帶線的長(zhǎng)度大約為四分之一波長(zhǎng)根據(jù)中心頻率用微帶線計(jì)算工具算出，各個(gè)線寬的初始值可以用微帶線計(jì)算工具算出，微帶線的寬度最窄只能取0.2 mm最好取0.5 mm以上。S參數(shù)仿真電路設(shè)置在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇S參數(shù)仿真的工具欄選擇Term 放置在功分器三個(gè)端口上，用來(lái)定義端口1、2和3，點(diǎn)擊 圖標(biāo)，放置三個(gè)地，并按照

6、下頁(yè)圖銜接好電路。選擇S參數(shù)掃描控件 放置在原理圖中，并設(shè)置掃描的頻率范圍和步長(zhǎng)，頻率范圍根據(jù)功分器的目確實(shí)定。S參數(shù)仿真電路設(shè)置續(xù) 優(yōu)化目的的設(shè)置在原理圖設(shè)計(jì)窗口中選擇優(yōu)化工具欄選擇優(yōu)化設(shè)置控件 放置在原理圖中，雙擊該控件設(shè)置優(yōu)化方法及優(yōu)化次數(shù)。常用的優(yōu)化方法有Random隨機(jī)、Gradient梯度等。隨機(jī)法通常用于大范圍搜索，梯度法那么用于部分收斂?jī)?yōu)化目的的設(shè)置續(xù)這里總共設(shè)置了四個(gè)優(yōu)化目的，由于電路的對(duì)稱性，S31和S33不用設(shè)置優(yōu)化。S11和S22分別用來(lái)設(shè)定輸入輸出端口的反射系數(shù)，S21用來(lái)設(shè)定功分器通帶內(nèi)的衰減情況，S23用來(lái)設(shè)定兩個(gè)輸出端口的隔離度。優(yōu)化目的的設(shè)置續(xù) 進(jìn)展參數(shù)優(yōu)化設(shè)

7、置完優(yōu)化目的后最好先把原理圖存儲(chǔ)一下，然后就可以進(jìn)展參數(shù)優(yōu)化了。點(diǎn)擊工具欄中的Simulate 按鈕就開(kāi)場(chǎng)進(jìn)展優(yōu)化仿真了。在優(yōu)化過(guò)程中會(huì)翻開(kāi)一個(gè)形狀窗口顯示優(yōu)化的結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)圖，其中的CurrentEF表示與優(yōu)化目的的偏向，數(shù)值越小表示越接近優(yōu)化目的，0表示到達(dá)了優(yōu)化目的，下面還列出了各優(yōu)化變量的值，當(dāng)優(yōu)化終了時(shí)還會(huì)翻開(kāi)圖形顯示窗口。在一次優(yōu)化完成后，要點(diǎn)擊原理圖窗口菜單中的Simulate - Update Optimization Values保管優(yōu)化后的變量值在VAR控件上可以看到變量的當(dāng)前值，否那么優(yōu)化后的值將不保管。察看仿真曲線優(yōu)化完成后必需關(guān)掉優(yōu)化控件，才干察看仿真的曲線。方法是點(diǎn)擊

8、原理圖工具欄中的 按鈕，然后點(diǎn)擊優(yōu)化控件OPTIM，那么控件上打了紅叉表示曾經(jīng)被關(guān)掉。要想使控件重新開(kāi)啟，只需點(diǎn)擊工具欄中的 按鈕，然后點(diǎn)擊要開(kāi)啟的控件，那么控件上的紅叉消逝，功能也重新恢復(fù)了。對(duì)于原理圖上其他的部件，假想象使其關(guān)閉或開(kāi)啟，也可以采取同樣的方法。點(diǎn)擊工具欄中的Simulate 按鈕進(jìn)展仿真， 仿真終了后會(huì)呈現(xiàn)圖形顯示窗口。察看仿真曲線續(xù)點(diǎn)擊圖形顯示窗口左側(cè)工具欄中的 按鈕，放置一個(gè)方框到圖形窗口中，這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)設(shè)置窗口見(jiàn)下頁(yè)圖，在窗口左側(cè)的列表里選擇S1,1即S11參數(shù)，點(diǎn)擊Add按鈕會(huì)彈出一個(gè)窗口設(shè)置單位這里選擇dB，點(diǎn)擊兩次OK后，圖形窗口中顯示出S11隨頻率變化的曲線。

9、用同樣的方法依次參與S22，S21，S23的曲線。為了準(zhǔn)確讀出曲線上的值，可以添加Marker，方法是點(diǎn)擊菜單中的Marker - New，呈現(xiàn)Instert Marker的窗口，接著點(diǎn)擊要添加Marker的曲線，曲線上呈現(xiàn)一個(gè)倒三角標(biāo)志，點(diǎn)擊拖動(dòng)此標(biāo)志，可以看到曲線上各點(diǎn)的數(shù)值。察看仿真曲線續(xù)察看仿真曲線續(xù)察看S參數(shù)曲線能否滿足目的要求，假設(shè)曾經(jīng)到達(dá)目的要求，就可以進(jìn)展幅員的仿真了。幅員的仿真是采用矩量法直接對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)展計(jì)算，其結(jié)果比在原理圖中仿真要準(zhǔn)確，但是它的計(jì)算比較復(fù)雜，需求較長(zhǎng)的時(shí)間，在此作為對(duì)原理圖設(shè)計(jì)的驗(yàn)證。幅員的仿真首先要由原理圖生成幅員，生成幅員前先要把原理圖中用于S參數(shù)仿真

10、的兩個(gè)Term以及接地去掉，不讓他們出如今生成的原理圖中。去掉的方法與前面關(guān)掉優(yōu)化控件的一樣，都是運(yùn)用 按鈕，把這些元件打上紅叉見(jiàn)下頁(yè)圖。然后點(diǎn)擊菜單中的Layout - Generate/Update Layout，彈出一個(gè)設(shè)置窗口，直接點(diǎn)OK，又呈現(xiàn)一個(gè)窗口，再點(diǎn)OK，完成幅員的生成，這時(shí)會(huì)翻開(kāi)一個(gè)顯示幅員的窗口，里面有剛生成的幅員。用于生成幅員的原理圖幅員仿真的窗口 幅員的仿真幅員生成后先要設(shè)置微帶電路的根本參數(shù)即原理圖中MSUB里的參數(shù)，方法是點(diǎn)擊幅員窗口菜單中的Momentum - Substrate - Update From Schematic從原理圖中獲得這些參數(shù)，點(diǎn)擊Mome

11、ntum - Substrate - Create/Modify可以修正這些參數(shù)。幅員的仿真續(xù)為了進(jìn)展S參數(shù)仿真還要在功分器兩側(cè)添加兩個(gè)端口，做法是點(diǎn)擊工具欄上的Port 按鈕，彈出port設(shè)置窗口，點(diǎn)擊OK封鎖該窗口，在功分器兩邊要加端口的地方分別點(diǎn)擊加上兩個(gè)port。電阻要交換成薄膜電阻 ，在 中選取，否那么無(wú)法用矩量法進(jìn)展仿真，留意薄膜電阻的寬度要和銜接的微帶線一致，不要忘記在substrate中的metallization layers中參與薄膜電阻所在的層。幅員的仿真續(xù)點(diǎn)擊Momentum - Simulation - S-parameter彈出仿真設(shè)置窗口，該窗口右側(cè)的Sweep

12、Type選擇Adaptive，起止頻率設(shè)為與原理圖中一樣，采樣點(diǎn)數(shù)限制取10 由于仿真很慢，所以點(diǎn)數(shù)不要獲得太多。然后點(diǎn)擊Update按鈕，將設(shè)置填入左側(cè)列表中，點(diǎn)擊Simulate按鈕開(kāi)場(chǎng)進(jìn)展仿真。仿真過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)形狀窗口顯示仿真進(jìn)程見(jiàn)下頁(yè)圖。仿真運(yùn)算要進(jìn)展數(shù)分鐘，仿真終了后將呈現(xiàn)曲線顯示窗口，察看S參數(shù)曲線，性能有不同程度的惡化。察看仿真曲線幅員的仿真假設(shè)幅員仿真得到的曲線不滿足目的要求，那么要重新回到原理圖窗口進(jìn)展優(yōu)化仿真，可以改動(dòng)優(yōu)化變量的初值，也可根據(jù)曲線與目的的差別情況適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化目的的參數(shù)，重新進(jìn)展優(yōu)化。在前往原理圖重新優(yōu)化時(shí)，要先使剛剛打紅上叉的部件恢復(fù)有效，然后才干進(jìn)展優(yōu)

13、化，之后反復(fù)前面所述的過(guò)程，直到幅員仿真的結(jié)果到達(dá)要求為止。五 電路幅員的繪制仿真完成后要根據(jù)結(jié)果用Protel軟件繪制電路幅員，繪制幅員時(shí)要留意以下幾點(diǎn)所用電路板是普通的雙層板，上層用來(lái)繪制電路，下層整個(gè)作為接地。在繪制幅員時(shí)受加工工藝的限制，尺寸精度到0.01mm即可，線寬和線間縫隙要大于0.2mm。思索到加工電路板時(shí)的側(cè)向腐蝕問(wèn)題，微帶線的寬度和長(zhǎng)度要適當(dāng)添加。幅員的大小要符合規(guī)定尺寸，功分器的兩個(gè)輸出端口的間距要符合規(guī)定值，以便于安裝在測(cè)試架上。六 功分器電路的調(diào)試對(duì)照設(shè)計(jì)的幅員檢查、丈量加工好的電路板上各段微帶線的實(shí)踐尺寸，并作記錄。將電阻焊到電路板上，并把電路板安裝到測(cè)試架上。按下面的測(cè)試框圖用網(wǎng)絡(luò)分析儀型號(hào)為Agilent 8714ES對(duì)功分器的各項(xiàng)目的進(jìn)展測(cè)試網(wǎng)絡(luò)分析儀的運(yùn)用參照儀器闡明書。功分器有三個(gè)端口，當(dāng)恣意兩個(gè)端口接網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)，第三個(gè)端口要接匹配負(fù)載。功分器電路的調(diào)試?yán)m(xù)需求測(cè)試的參數(shù)主要有以下幾個(gè)S11，S22，S33：輸入、輸出端口的反射系數(shù)S21，S31：正向傳輸系數(shù)，要測(cè)幅度及相位S23，S32：兩輸出端口的間隔離度根據(jù)S21，S31的幅度和