南京理工大學李兆龍教授 平面魔t設計——ads

1、蘇杭 通信三班 1004220309平面魔T設計實驗報告姓名：蘇杭班級：通信3班學號：1004220309院系：電光學院目錄一、 課題名稱2二、 設計原理2三、設計指標. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3四、設計步驟31 創(chuàng)建項目42 搭建混合環(huán)原理圖53線路參數(shù)修改5 4.最終結(jié)果.14五、心得體會7 電磁場與微波技術課程設計一、 課題名稱：環(huán)形耦合器的設計與仿真二、 設計原理：混合環(huán)是微波波段常用的器件之一，它是一種耦合器，可以用來監(jiān)視功率和頻譜，把功率進行分配和合成，并可以構成平衡混頻器和測量電橋等?；旌檄h(huán)是4端口網(wǎng)絡，可以由微帶

2、線制成，混合環(huán)的結(jié)構如圖1所示整個環(huán)的周長為3/2g，四個分支線并聯(lián)在環(huán)上，將環(huán)分為4段，4段長度如圖1所示，g為混合環(huán)波長。 圖1 混合環(huán)有兩個端口相互隔離，即從一個端口輸入信號，另一個與之隔離的端口沒有信號輸出，與此同時另外兩個端口平分輸入功率，因此可以看作是一個3dB定向耦合器。 當端口1輸入信號時：到達端口2的兩路信號等幅同相，端口2有輸出，相位滯后90度；達到端口3的兩路信號等幅反相，端口3無輸出；達到端口4的兩路信號等幅同相，端口4有輸出，相位滯后90度。其中端口2和端口4輸出振幅相同。因此，有 S41=S21= （-j），S31=0端口2輸入信號時：到達端口1的兩路信號等幅同相，

3、端口1有輸出，相位滯后90度；到達端口3的兩路信號等幅同相，端口3有輸出，相位滯后70度；到達端口4的兩路信號等幅反相，端口4無輸出。其中端口1和端口3輸出振幅相同。因此有 S12= （-j）, S32= j ,S42=0; 當端口3輸入信號時：到達端口1 的兩路信號等幅反相，端口1無輸出；到達端口2的兩路信號等幅同相，端口2有輸出，相位滯后270度；到達端口4的兩路信號等幅同相，端口4有輸出，相位滯后90度。其中端口2和端口4輸出振幅相同。因此，有 S13=0,S23= j , S43= (-j);當端口4輸入信號時，到達端口1的兩路信號等幅同相，端口1有輸出，相位滯后90度；到達端口2的兩

4、路信號等幅反相，端口2無輸出；到達端口3的兩路信號等幅同相，端口3有輸出，相位滯后90度。其中端口1和端口3輸出振幅相同。因此，有 S14= (-j),S24=0,S34= (-j) 在理想的情況下，它的四個端口完全匹配。 由上面的分析可以得到混合環(huán)的散射矩陣為 由混合環(huán)的散射矩陣可以知道混合環(huán)為3dB定向耦合器。 三、 設計指標 工作頻率：35ghz 介質(zhì)基片厚度：0.5mm 介電常數(shù)：2.2 tan：0.008 銅導體厚度：0.5mil =0.0127mm 四、 設計步驟1.項目創(chuàng)建(1)創(chuàng)建一個混合環(huán)項目我們所設計的原理圖及仿真結(jié)果都將保存在這個項目中，將此工程命名為suhangads，

5、操作如下圖2，點擊OK完成創(chuàng)建。圖2(2)選擇端口數(shù)量（混合環(huán)為四端口輸出）如圖3所示 圖3 于是出現(xiàn)如下圖4結(jié)果 圖4 按finish結(jié)束 2.搭建混合環(huán)原理圖完成創(chuàng)建后將自動打開一個未命名原理圖（1）選擇【File】中的【Save Design】將原理圖命名為isuhangads35,并保存。如圖5 圖5 (2)選擇“TLINES-MICROSTRIP”中的mcurve （3）按順時針擺放四個，如圖6所示 圖6（4）擺放完畢后，找到標題欄中的的“tools”找到“l(fā)inecalc”再選擇其中的“start linecalc”依照所給條件，修改參數(shù)，如下圖7。 圖7（5）設置好參數(shù)后，找到標

6、題欄中的“simulation”按“comput physical parms”會自動計算好w和l的值，結(jié)果如圖8所示 圖8（6）算好的w和l要填入圖中的w和radius=l/2，如圖9所示 圖9（7）找到標題欄中的“tools”找到“l(fā)inecalc”按下“place new synthesized component”然后依次放四個，再計算它的w和l值，電阻取50歐姆角度為90度，如圖10所示 圖10（8）選擇simulation-S-Par然后找到工具欄的“term”放下四個， 如圖11所示 圖11 （9）找到工具欄中的“sp”按下拖出，放在原理圖旁邊，并把其中參數(shù)按要求進行修改，如圖1

7、2所示 圖12（10）按下線路仿真鍵出現(xiàn)如圖13的界面圖13 （11）在工具欄找到圖表的按鍵，載入四個端口，選擇為db，出現(xiàn)如圖14 圖14（12）將加入的電阻刪除掉，加入四個端口，如圖15所示 圖15（13）點擊“l(fā)ayout”選擇“generate /update layout”點擊ok，出現(xiàn)版圖，如圖16所示 圖16(14)選擇版圖視窗中的“momentum”菜單找到“substrate”按“update from schematic”將電路導入（15）選擇版圖視窗中的“momentum”找到“simulation”按下“s-paramete”打開仿真控制“simulation”窗口。在

8、窗口設置如下：掃描類型sweep tape 設置為adaptive 頻率掃描的起始值為25ghz 頻率終止值為40ghz索取的樣點為15個。（16）按“simulation”窗口中的“simulate”按鈕開始仿真出現(xiàn)如下表，如圖17所示 圖17（17）仿真結(jié)束后視窗會自動彈出，如下圖18（與線路仿真出現(xiàn)偏差）圖18（18）調(diào)出四個端口的矩形圖，如圖19所示 圖193.線路參數(shù)修改(控制變量法)由圖中可以看出最大衰減不在35，而是在31附近，而且s（14）也不在20db以下。于是就要改變w和l看其對衰減頻率的影響。 (1)改變curve的w值，看其增大對衰減的影響，反之就能得到其減小對衰減的影

9、響。0.930676變成1.930676，如下圖20圖20從圖中可以看出增大curve的w值可以讓衰減頻率減小，反之減小w值可使衰減頻率增大。w增大則頻率減小，w減小則頻率增大 原長度 現(xiàn)長度 0.930676mm 1.930676mm（2）改變四個端口的w和l看其對衰減頻率的影響，增加w反之可以知道減小w對頻率的影響。W把1.636340變成1.836340增加了0.2但是沒有什么變化，如下圖21 圖21W把1.36340變成0.636340減小了1，頻率下降，如下圖。所以w增大頻率就上升。如圖22w減小則頻率減小，w增大則頻率增大 W原長度 W現(xiàn)長度 1.636340mm 0.636340

10、mm圖22L把1.539700改成2.539700增加了1，頻率減小了，于是可以知道如果減小，可得頻率會減增大。如下圖23 L增大則頻率減小，L減小則頻率增大 原長度 現(xiàn)長度1.539700mm 2.539700mm 圖234.最終結(jié)果最終通過調(diào)試把curve的w變成0.430676mm，把端口的w變成1.136340mm而且L變成1.209700mm結(jié)果如下圖24,版圖如圖25所示 w w L與衰減頻率負相關與衰減頻率正相關與衰減頻率負相關0.430676mm1.136340mm 1.209700mm圖24最大衰減頻率在35ghz左右，且s（11）和s（14）在最大衰減時大于20db，而s（

11、12）和s（13）在3db左右。滿足要求。五、 心得體會通過這次的基于ads的混合環(huán)設計，我學會了獨立思考，因為這個課題很新，于是網(wǎng)上沒有關于它的過多的資料，和之前的設計有別，于是就是考驗自我學習能力和動手能力的時候。我先是在網(wǎng)上找到ads的教材指導，和ads的視頻指導，對著指導一點一點的摸索出ads的操作要領，在剛開始的時候，從教材中得知可以通過系統(tǒng)自動設計來完成這個混合環(huán)的課題，頓時覺得很簡單，很快就做完了。后來才得知老師考察的并不是這個功能，于是又開始對著教程摸索其方法，與此同時和宿舍的同學一起討論一起解決問題。之前把版圖仿真出來了，以為這個設計就結(jié)束了，線路仿真也很符合，但是后來才知道版圖出來了以后還要進行版圖仿真，仿真時出現(xiàn)了錯誤，向別的同學請教以后，知道是要把電腦改成1核的，于是又在網(wǎng)上查找電腦改成一核的方法，成功改好后，卻發(fā)現(xiàn)版圖的仿真和線路的仿真差別較大，s（14）的衰減沒有到達20db而且s（11）的最大衰減頻率不在35而是在31附近。于是又考慮是什么因素可以影響最大衰減和最大衰減頻率，但是老師改的參數(shù)是不可以變得，于是就想到由電腦輸入?yún)?shù)算出的w和l可以改變。剛開始改變w和l的時候是從線路上就開始改變，就相當于從新再做，后來到了版圖仿真時，才發(fā)現(xiàn)通過點擊版圖上的各個部件，可以修改其參數(shù)。于是就通過控制變量法，探究其每個參數(shù)對它的結(jié)果的影