射频实验三.docx

实验三 射频功率分配/合成器设计、仿真与测试一、实验目的1.了解功率分配器的原理及基本设计方法；2.掌握威尔金森功分器的结构、工作原理及S参量；3.了解利用ADS进行电路优化仿真的基本步骤及方法；4.掌握利用ADS微带线计算工具LinCalc计算、设计微带线；5.了解利用ADS在电路板级进行电路仿真的方法与步骤二、基本理论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2.1 集总参数功率分配器2.1.1 电阻式（等功率）△形和Y形电阻式功率分配器用ADS仿真△形功率分配器：原理图如下： 仿真结果图： 观察上图，可以看出△形功率分配器频宽大，布线面积小，设计简单，但是功率衰减较大2.1.2 集总L-C式低通型和高通型功率分配器2.2 威尔金森功分器威尔金森功分器的设计与仿真：2.2.1 设计指标：频率范围：0.9-1.1GHz频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB频带内插入损耗：S21>-3.1dB, S31>-3.1dB隔离度：S32<-25dB2.2.2 微带板材参数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)2.2.3 参数优化后原理图功分器的版图：功分器仿真结果：2.3 作业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)2.3.1 威尔金森功率分配器的原理这是一个功率分配器，Z0是特性阻抗，λg是信号的波导波长，R是隔离电阻。

当信号从左端一号端口输入时，功率从二号端口和三号端口等功率输出如果有必要，输出功率可按一定比例分配，并保持电压同相，电阻R上无电流，不吸收功率若二号端口或三号端口有失配，则反射功率通过分支叉口和电阻两路到达另一支路的电压等幅反相而抵消，在此点没有输出，从而可保证两输出端有良好的隔离考虑一般情况（比例分配输入功率）下，设三号端口P3和二号端口P2的输出功率比为，即由于一号端口到二号端口与一号端口到三号端口的线长度相等，故二号端口的电压U2与三号端口的电压U3相等，即U2=U3二号端口与三号端口的输出功率与电压的关系为则有：即式中，Z2、Z3为二号端口和三号端口的输入阻抗，若选则可以满足式为了保证一号端口匹配，应有同时考虑到则所以为了实现二号端口和三号端口的隔离，即二号端口或三号端口的反射波不会进入三号端口或者二号端口，可选在等功率分配的情况下，即在P2=P3，k=1，于是2.3.2 实验过程通过计算的到相关参数如下：原理图：ADS设计：原理图：原理图仿真：参数优化结果：版图：版图仿真结果：结果分析：各S参数图像已经示出，从测试结果看，各指标均达到设计目的，且仿真与设计的整体上吻合较好2.4 功分器的测量测量功分器在800MHz-2200MHz的回损、插损和隔离度，步骤：设置激励参数、进行测量校准、进行测量。

输入端驻波波形：支路1插损：支路1相移：支路2插损：隔离度的测量方法：隔离度波形：测量结果记录如下：绘制曲线如图所示：。