奇等分微带功分器的仿真设计

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(完整word版)一分四功分器仿真案例

(完整word版)一分四功分器仿真案例

一分四功分器的设计这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个一分四的微带功分器。

图1一、开始1. 启动Ansoft HFSS点击微软的开始按钮,选择程序,然后选择Ansoft,HFSS13程序组,点击HFSS13,进入Ansoft HFSS。

2. 设置工具选项1、设置工具选项注意:为了与这个例子的后续步骤一致,要对工具选项进行如下设置:2、选择菜单:Tools > Options > HFSS Options3、HFSS选项窗口a、点击常规(General)标签创建边界时使用数据输入条(Use Wizards for data entry when creating newboundaries):选勾复制几何图形的边界(Duplicate boundaries with geometry):选勾b、点击确定键。

4、选择菜单Tools 〉Options 〉Modeler Options 。

5、3D Modeler Options模块选项窗口a、点击Operation 键曲线自动封闭(Automatically cover closed polylines):选勾b、点击Drawing 键新的原始模型编辑属性(Edit property of new primitives):选勾c、点击确定。

3. 打开新工程1、在HFSS窗口,点击工具条上的,或者选择菜单File > New 。

2、从Project菜单选择Insert HFSS Design。

图24. 设置求解类型1. 选择菜单HFSS 〉Solution Type。

2. Solution Type窗口:1)选择模式驱动(Driven Modal)2)点击OK按钮。

图3二、建立3D模型1. 设置模型单位1. 选择菜单Modeler 〉Units 。

2. 设置单位:a. 选择单位毫米(mm)b. 点击确定2. 设置默认材料1. 在3D模型材料工具栏,选择Select。

功分器的设计与仿真

功分器的设计与仿真

功分器的设计与仿真功分器(power divider)是一种将输入功率均匀分配到多个输出端口上的无源微波器件,广泛应用于无线通信系统和射频设备中。

功分器的设计与仿真是功分器研发过程中非常重要的一步,本文将详细介绍功分器的设计与仿真方法。

首先,功分器的设计需要满足一定的性能指标,如插入损耗、驻波比、功率均衡性等。

根据设计需求选择适当的功分器结构,常见的功分器结构有平面波导功分器和微带功分器。

下面以微带功分器为例,介绍功分器的设计与仿真过程。

Microstrip功分器是一种非常常见的功分器结构,它由一个输入端口和多个输出端口组成,通过微带线和分支线来实现功率的分配。

设计过程分为以下几个步骤:1.确定设计频率和阻抗:根据设计要求选择合适的工作频率和阻抗。

常见的阻抗有50Ω和75Ω,具体选择根据实际需求决定。

2.计算微带线参数:根据设计频率和阻抗,计算微带线的宽度和介质常数。

可以使用常见的微带线宽度计算公式或者专业的仿真工具进行计算。

3.确定功分比:根据需要将输入功率按照一定比例分到输出端口上,可根据功分比公式计算各个输出端口的阻抗和长度。

4.布局设计:根据计算得到的微带线参数和分支线长度,将功分器的布局设计在PCB板上。

5. 仿真验证:使用仿真软件(如ADS、Sonnet、HFSS等)对功分器进行仿真验证。

在仿真过程中,需要注意保持各个端口的阻抗匹配、避免驻波比过大等问题。

6.优化调整:根据仿真结果对功分器进行优化调整,如调整微带线的长度、宽度等。

7.PCB制作和测试:完成优化后的功分器设计后,进行PCB制作,并通过测试验证其性能指标是否符合设计要求。

以上就是功分器的设计与仿真过程。

在实际的设计过程中,需要结合具体的设计要求和目标来进行设计。

同时,合理选择仿真软件和工具也是非常重要的,能够帮助设计人员更准确地分析和优化功分器的性能。

总结起来,功分器的设计与仿真是功分器研发过程中的关键一环。

准确的设计和合理的仿真能够帮助设计人员更好地理解和优化功分器的性能,最终得到满足需求的功分器产品。

Wilkinson功率分配器的设计、仿真、加工、和测试

Wilkinson功率分配器的设计、仿真、加工、和测试

Wilkinson功率分配器的设计、仿真、加工、和测试一.实验目的:1.掌握功分器的原理及基本设计方法2.学会使用仿真软件ADS对功分器进行仿真3.掌握功分器的实际制作和测试方法,提高动手能力力二.实验内容:1设计一中心频率为1Ghz,工作频带0.9Ghz--1.1GHZ的3dB单节Wilkinson 功分器;2 指标要求:带内匹配S11≤-15dB, 功分-3.5dB≤S21≤-2.5Db, 隔离S23≤-15dB;3 微带线基板的相对节点常数ε=2.65,微带线基板的厚度h=3mm,损耗角正切0.003三.实验仪器微波无源试验箱一台,矢量网络分析仪一台,TXLine2001,ADS软件;四.实验过程Ⅰ.原理图设计a、根据实验的指标要求计算微带的尺寸,计算得50Ω的微带线宽度为8.195mm,四分之一波长为50.748mm。

b、打开ADS软件,创建项目,在元件库选择元器件MSUB、V AR、MLIN、MTEE、MSOBND和电阻R=100Ω。

搭建如下图所示的原理图并输入参数:Ⅱ.功分器仿真:a、选择S参数仿真元件面板,设置参数,起始频率0.6GHZ,频率扫描终止值1.4GHZ,步长为0.005GHZ。

b、插入优化控件Optim和4个目标控件Goal,修改其参数如图1;c、进行仿真,单击Simulate图标,进行仿真,在数据显示窗用矩形表示S 参数曲线图表示,如下图d、生成版图,先将原理图中的TERM、电阻和接地以及优化控件去掉,生成版图后按其实际的大小打印,如下图:Ⅳ.实物制作将打印的功分器版图贴在铜箔上,用刀切割铜箔,切割完成后,将铜箔粘到实验板上,如下图1.粘贴铜箔时要整齐,可先用粘性不太大的胶带粘在刚切好的铜箔上,让后再贴在实验板上;2.粘贴铜箔时要平整,在用万用表的欧姆档进行验证。

有响声表示短路则说明连接好了;Ⅴ. 实物测试及结果。

奇等分微带功分器的仿真设计

奇等分微带功分器的仿真设计

Vo . No. 1 48 7
J 12 o u. 0 8
G z带宽 1G z幅度一致 性 ≤0 5d 相位 一致 性 H; H; . B; ≤1 ; ≤0 7d 隔离 度 ≥ 2 B 。I L . B; 0d 。
A b t a t A n v l e in sr c : o e d sg m eh d o a o d t o fr n d nu e — dv d d o r i ie i i to u e mb r ii e p we d vd r s n r d c d.An ot s f d sg e e in r2.1,h a e tm ir wa eEDA o t r o u e y An o o p rto t e l t s c o v sf wa epr d c d b s f c r o ai n,i e o d sg n i sus d t e in a o e— dv d d — t —t r e p we i i rc n e e t1 ii e o h e o r d vde e t r d a 0GH z t ai a e t e meho Th d a e u tc n im st e o v ld t h t d. e i e lr s l o fr h a c r c ft i t o . c u a y o h s me h d
Ke r s: c o v e ie; d u y wo d mir wa e d vc o d n mbe r—d vd d po rd vd r t p g a i t t r smu ai n d sg i ie we i ie ;o o rphc sr u e;i lto e i uc n
该 一 分 三 功 分 器 的设 计 指 标 为 : 心 频 率 1 中 0

功分器的设计与仿真

功分器的设计与仿真
分类号:TN73 密 级:公 开
U D C:D10621-408-(2015)0544-0 编 号:2011022006
成 都 信 息 工 程 大 学 学 位 论 文
宽带 Wilkinson 功分器的设计
论文作者姓名: 申请学位专业: 申请学位类别: 指导教师姓名 (职称) : 论文提交日期:
叶建梅 电子信息科学与技术 工学学士 夏运强 2015 年 5 月 22 日
关键词:宽带, Wilkinson 功分器, 奇偶模,仿真
I
The Design of the Broadband Wilkinson Power Dividers
ABSTRACT
Power divider divide one power into two or multiple branches .Traditional Wilkinson power divider bandwidth is very narrow,and often can not meet the application broadband systems.In order to improve the above problems, the article describe wideband power divider’s design. This article aims to research and analysis related components and working principle of power dividers. It describes the use of odd-mode analysis method of a Wilkinson N-way power divider .This Wilkinson power divider’s design have a wideband of 0.8 ~ 2.5GHz.The power divider requires its insertion loss less than 1dB, isolation greater than 20dB and the voltage standing wave ratio (VSWR) less than 1.5.It focuses on the power divider’s design parameters calculation and optimization process.Then using ADS software principle and HFSS simulation of electromagnetic obtained debugging parameters , finally made the PCB in CAD and processed into a kind. In terms of software simulation results under ideal conditions on the test results or physical design diagram show the power divider met the target requirements.Since the required operating frequency is within ISM band, it can be used for wireless LAN, Bluetooth, ZigBee and other wireless networks.

功分器的设计与仿真

功分器的设计与仿真

功分器的设计与仿真功分器是一种被广泛应用于射频和微波通信系统中的无源分配器件。

它能够将输入功率平均分配到多个输出端口上,同时保持较高的功率分配均匀度和良好的阻抗匹配特性。

功分器的设计与仿真是确保其性能和可靠性的关键步骤。

下面将介绍功分器的设计过程以及在仿真中所需要考虑的内容。

1.功分器设计的基本原理功分器的基本原理是将输入功率平均分配到多个输出端口上。

常见的功分器结构包括两分、三分和四分结构。

其中,两分结构包含一个输入端口和两个输出端口;三分结构包含一个输入端口和三个输出端口;四分结构包含一个输入端口和四个输出端口。

功分器的设计要满足以下几个基本要求:-分配均匀度:要求各输出端口上的功率分配尽可能均衡。

-阻抗匹配:要求输入端口和各输出端口的阻抗匹配,以减小功分器对系统整体的影响。

-衰减损耗:要求功分器的损耗尽可能小,以确保输入功率能够尽量传递给输出端口。

2.功分器设计的流程-确定工作频率:确定功分器所工作的频率范围。

-选择功分器结构:根据应用需求和系统限制选择合适的功分器结构,比如决定是采用两分、三分还是四分结构。

-确定端口阻抗:根据系统要求和端口特性,确定功分器的输入端口和输出端口的特性阻抗。

-计算功分器的设计参数:通过理论计算和仿真工具,计算出功分器的长度和宽度等关键参数。

-优化和调整参数:根据仿真结果,优化和调整功分器的设计参数,以满足系统要求。

-确定材料和工艺:根据功分器的设计参数和要求,选择合适的材料和工艺。

-制备并测试样品:根据设计要求制备功分器样品,并进行实验测试,优化设计。

3.功分器的仿真内容功分器的仿真是设计过程中十分重要的一步,可以通过仿真工具来验证设计效果和参数。

在功分器的仿真中,需要考虑以下内容:-功分器的S参数:通过仿真计算和分析功分器的S参数,包括S11、S21等参数,以评估功分器的性能和阻抗匹配特性。

-功分器的功率分配均匀度:通过仿真计算和分析各输出端口上的功率分配均匀度,以评估功分器的性能。

HFSS中功分器的仿真与版图

HFSS中功分器的仿真与版图

前段时间仿了一下8GHz的wilkison的3dB等功分器,写下一些小心得。

一、切记要将贴片的高度设计在Z=0的高度,否则你转为.dxf时文件并不能打开。

二、功分器的关键参数是1/4波长匹配器,在仿真高度的过程中要通过改变它的长度,来取得合适的S参数。

三、首先要将S12,S13参数基本确定下来,使其位于(-3,-3.3)dB之间;四、其次将S11,S22,S33调节到S参数在-25dB以下;五、最后将S23参数调节到-25dB以下即可投入工程应用。

在使用HFSS设计的过程中,如果使用波端口激励,那么端口应该在空气腔的边缘处。

如果使用集总参数激励,那么端口应该在空气腔的内部。

第一步:定义变量第二步:建模空气腔:airbox介质:substrate,Rogers4003, 0.508mm微带线:patch电阻:R波端口激励:port1, port2, port3注意:在直角处要切一刀,否则的话损耗会比较大。

第三步:设置边界及波端口激励一、边界的顺序是很重要的,在这里,电阻R会与微带线patch重叠,所以应该会设置微带线为perfectE, 之后再设计电阻为RLC。

Substrate的底面应该要设为perfectE。

Airbox的不与波端口和substrate接触的面应该要设为radiation。

二、波端口积分方向为从Z=-H到Z=7*H,正中间。

第四步:设置求解频率以及扫描频率第五步:检查是否设计正确由于我们是预先设定微带线的,所以可以忽略此警告。

开始仿真。

第六步:查看仿真结果,若结果不理想,再进行参数扫描。

如下图所示:添加参数扫描范围parametric,查看它的变化规律,仿真出最好的实验结果。

得到扫描范围后,可对其进行优化,optimization,得出理想的结果。

第七步:仿真结果如下图所示仿真效果良好,还有待改善的地方是,S11、S22、S33没有在同一个谐振点。

如果有时间的话可以继续对其进行仿真。

微带功分器的仿真和优化

微带功分器的仿真和优化
%画S21频率响应图
%基本参量:f频率,L串联电感,C并联电容;
f=10:10:3000;
w=2*pi*f*1e+6;
L=12.3e-9;
C=2.6e-12;
%电路A矩阵A=[a b;c d];
a=1-w.*w*L*C;
b=i*w*L/50;
c=i*w*C*50;
d=1;
%由A矩阵转化为S参量S21.
图2
2.设计耦合度为-10dB平行线定向耦合器。特性阻抗50Ω。使用的板材参数为相对介电常数εr =4.25,介质厚度h=1.45mm,敷铜厚度t=0.035mm。频率为2.386(GHz)。
解:根据耦合度、特性阻抗、板材参数和频率,利用ADS软件可以得到耦合微带线尺寸,如图3所示。
解1: ,其中 是端口1的输入电阻。
功分器传输线长: , ,由输入电阻计算公式可以得到, 。将此式代入,得到 表达式为:
。(1)
图8是用上式绘得的 的频率响应曲线,图9是第1题中仿真得到的结果。可以看到两者非常一致。
图8
图9
为求得 ,等效电路如下所示,左端为端口2,中间为端口1,右边为端口3.
端口2、3间可以看成两个网络的并联,电阻2 的归一化导纳矩阵为:
S11=(z1-Z0)./(z1+Z0);
plot(f,-20*log10(abs(S11)));
xlabel('Frequency(GHz)');
ylabel('S11(dB)');
对于S41,
由于: ;

其中: ;
; ;
所以:
程序如下:
%参数S41
Pe=(Z0-Z0e)/(Z0+Z0e);
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图1 1/2,I+1等分功分器的拓扑结构推演
2.2设计指标 该一分三功分器的设计指标为:中心频率lo
·收稿日期:2008—02—10;修回日期:2008—04—15
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第48卷第7期 2008年7月
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V01.48 No.7 Jul.2008
第48卷第7期 2008年7月
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Telecommunication En舀ne耐ng
文章编号:1001—893X(2008)07一0077—03
V01.48 No.7 Jul.2008
奇等分微带功分器的仿真设计事
赵晨星
(上海航天技术研究院804所,上海200082)
摘要:介绍了一种奇等分功分器的新颖设计思路,并使用Ansoft公司的微波仿真软件Desi印er 2.1 设计了10 GHz一分三功分器对该方法给予验证,得到了理想的结果,证明了此方法的正确性。 关键词:微波器件;奇等分微带功分器;拓扑结构;仿真设计 中图分类号:TN702 文献标识码:A
图4场仿真相位一致性
4 实测结果
根据场仿真的尺寸加工出功分器如图5所示, 简易电装后进行测试,由测试结果可以看到,在10 GHz处,2、3、4端口的幅度分别为一5.4 dB、一5.5 dB、一5.32 dB;频带内相位一致性较好,2、3端口与 4端口的隔离度在lO GHz处为一28.498 dB,2、3端 口隔离度为一20.495 dB。各项指标与仿真结果吻 合较好。需要说明的是,该测试是在没有对功分器 进行任何调试的情况下完成的,进一步体现了软件 辅助设计的高效率。
accuracy of this met}lod.
1【ey words:lllicmwave deVice;odd nuⅡlber—diVided power divide。;topo争印hic stmcture;simulation desi印
1引言 功分器是将输入信号功率分成相等或不相等的
几路功率输出的一种多端口网络,广泛应用于雷达 系统及天线的馈电系统中。不等分功分器按照其功 率分配比有相应的设计公式可较为容易地实现。等 分功分器按其分配支路的数量可分为2n+1(奇)等 分和2儿(偶)等分两类。后者的设计方法相对简单, 只需要在最基本的一分二功分器上再等分即可。对 于奇等分功分器,通常惯用的设计方法是先 2(凡+1)等分,然后其中一路加负载,这种设计方法 虽然简便,可是有着结构受限、接负载端容易影响其 它端口相幅一致性、插损较大的弊端,为此,本文尝 试了一种新的设计方法。
GHz;带宽l GHz;幅度一致性≤O.5 dB;相位一致性 ≤l o;IL≤O.7 dB;隔离度≥20 dB。 2.3设计公式
该三等分功分器的结构如图2所示,其中zo是 输入和输出端口传输线之间分支线特性阻抗,zl、. 忍、z3、z4为各段分支线的特性阻抗,Z0l、z02为 两等分时支路的特性阻抗,Rl、忍为隔离电阻的阻 值。根据功分器的阻抗变换公式,得到z1=102.98
Q,z2=51.5 Q,Z3=59.46 Q,z4=42.05 Q,zol
=z02=70.72 Q,尺1=106.1 Q,也=100 Q。此处, 由于是先将输入按l:2不等分,所以K约为1.414。
图2三等分功分器结构 这里各支线的长度L1、陀、∞理论上应为中心 频率处工作波长的l/4,在计算机辅助设计中我们 将它设置为可优化的变量,设置初始值约等于A/4。 计算出各分支线的特性阻抗后就可以在Ansoft De- si印er 2.1中建立电路模型了。
图5一分三功分器实物
5 小结 通过三等分功分器的仿真设计,可以得到奇等
作者简介: 赵晨星(1983一)。男,青海西宁人,硕士研究生,主要从
事微波器件的仿真设计工作,(电子信箱) zllaoche删rIg@163.com。
万方数据
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奇等分微带功分器的仿真设计
作者: 作者单位: 刊名:
英文刊名: 年,卷(期):
Design of an Odd Number—di、rided Power Divider Based on Simulation
Z似0 C九en一戈ing
(No.804 Institute of Shang}lai Aemspace Technolog),Academy,Shang}Iai 200082,China) Abst船ct: A noVel desi印method for arI odd number—divided power divider is inⅡDduced.Ansoft desi俨er 2.1-,the htest microwave EDA sofhare pmduced by Ansoft corporation,is u8ed to desi俨a one— divided—t0一t}Iree power divider centered at 10GHz to validate the met}lod.The ideal result confiⅡ哪山e
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Y场仿真,得到 3D模型。场仿真的主要目的是利用电磁场工具对此 前的电路模型进行分析验证。
仍然在9—11 GHz频段内对其进行分析,并且在 中心频率10 GHz处查看该模型的场仿真S矩阵,插 损约为0.7 dB,幅度差约为0.6 dB,相位差约为1.5。。
可以看到,场仿真的结果与电路仿真的结果有 所差别,这是场仿真用场的理论对2.5D空间结构 进行分析,采用的分析方法是电磁场中的矩量法。 场仿真对模型进行的是全面的分析,考虑了电磁场 对模型的影响,所以仿真结果更为准确可靠。在图 3和图4中,在所需频段内幅相一致性仍然满足要 求,隔离度及输入端驻波虽然没有电路仿真那么好 的结果,但是作为参考,场仿真的验证,节省了调试 时间,使得设计效率大大提高。
真,得到初始的仿真结果,初始结果与设计目标有一 定的差距,因此设置优化变量对初始结果进行优化, 优化功能可以对所设置的各个变量进行分析,最后 使之收敛到最佳的那个值,使其希望能够在指定的 频率范围S11≤20 dB,|s2l≥一5.4 dB,S24≤20 dB, 且S2l(S31)与54l的相位差≤1。优化方式选择了 适于小范围收敛的随机优化,优化目标不可能一次 就达到的,需要经过多次的优化。经过优化,可以得 到在设计要求的频段内,各输出端口幅度及相位一 致性均达到要求,插损约为0.4 dB,幅度差约O.1 dB,相位差约为O.7。。4端口和2、3端口的隔离度 均小于一20 dB。频带内输入端口的驻波也在 一20 dB以下。电路仿真曲线在此略去。
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图3场仿真幅度、隔离
万方数据
第48卷第7期 2008年7月

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[4] Og州a H,碰mta T,^jhwa M.New MIc po恍r di、ider u8ing c伽pled mic瞄trip—slot li鹏8:t帅一Bided MIC p叫吧r divider[J].IEEE Tra鹏actio璐on Microw8ve The—
ory蛐d融IlIliqIIes,1985,MTT一33(11):1155—1l“.
2设计过程 2.1 原理
如上所述,偶等分功分器是在最基本的一分二
功分器基础上再继续偶等分实现的。奇等分功分器 如何实现呢?从最简单的三等分功分器出发,我们 可以先将输入肌按1:2不等分,然后再将初次分配 后功率为2/3 R的一支再二等分。继而,五等分、 七等分功分器的网络拓扑结构如图l所示,最后推 演得出了普遍奇等分功分器的拓扑结构。
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