ADS的等分威尔金森功分器仿演示课件
等分威尔金森功分器的设计与仿真
摘要摘要本文对一个等分威尔金森功分器进行了仿真，分析了功分器的基本原理，介绍了ADS软件基本使用方法，并选择了频率范围：0.9～1.1GHz，频带内输入端口的回波损耗：C11>20dB，频带内的插入损耗：C21<3.1dB,C31<3.1dB，两个输出端口间的隔离度：C23>25dB为设计指标的等分威尔金森功分器。
先进行威尔金森功分器原理图的设计，再用ADS软件进行原理图仿真，得出的结论采用理论计算的结果作为功分器参数时，功分器并没有达到所需设计的指标，所以要对功分器的各个参数进行优化。
优化后所得到的最佳数据保存以后再进行功分器版图的仿真，各项指标基本达到设计所需的要求。
关键词：仿真，威尔金森功分器，ADS，优化ABSTRACTABSTRACTIn this paper a power dividers quintiles Wilkinson is simulated, and analyzes the basic principle of power dividers, introduces the basic use ADS software method, and choose the frequency range: 0.9～GHz, frequency band 1.1 input ports C11 > 20dB return loss:, frequency band insertion loss: C21 < 3.1 dB, C31 < 3.1 dB, between the two output port C23 > 25dB isolation ratio: for the design index equal power dividers Wilkinson. First conducts the power dividers Wilkinson schematic design, reoccupy ADS software simulation principle diagram, the conclusion of the theoretical calculation result as parameters when power dividers power dividers did not reach the required design to index, so the power dividers various parameters were optimized. After optimization of the best data preserves received after power dividers again, and all the indexes of simulation territory to meet the design requirements of basic required.Key words：Simulation Wilkinson Power dividers ADS optimization目录目录第1章引言 (1)1.1 功分器的发展概述 (1)1.2本次设计的主要工作 (3)第2章功分器的技术基础 (4)2.1基本工作原理 (4)2.2 功分器的技术指标 (6)第3章 ADS介绍 (8)3.1 ADS发展概述 (8)3.2 ADS 的仿真设计方法 (9)3.3 ADS的辅助设计功能 (10)3.4 ADS与其他EDA软件和测试设备间的连接 (15)3.5 ADS应用结论 (15)第4章功分器的原理图设计、仿真与优化 (16)4.1等分威尔金森功分器的设计指标 (16)4.2建立工程与设计原理图 (16)4.3基本参数设置 (16)4.4功分器原理图仿真 (19)4.5功分器的电路参数的优化 (26)第5章功分器版图的生成与仿真 (28)5.1功分器版图的生成 (28)5.2功分器版图的仿真 (34)第6章结论 (37)参考文献 (38)致谢 (35)外文资料原文 (36)译文 (44)主要符号表1P ...................................................1端口的输入功率 2P ...................................................2端口的输出功率 3P ...................................................3端口的输出功率 0Z ..................................................输入端口特性阻抗 02Z ..........................................4λ分支微带线的特性阻抗 03Z ..........................................4λ分支微带线的特性阻抗 2R .................................................2端口接的负载电阻 3R .................................................3端口接的负载电阻 2U .....................................................2端口输入电压 3U .....................................................3端口输入电压 2in Z ....................................................2端口输入阻抗 3in Z ....................................................3端口输入阻抗 r P ..........................................................反射功率 i P ..........................................................入射功率 11S .....................................端口2匹配时，端口1的反射系数 21S .........................端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数 31S .........................端口3匹配时，端口1到端口3的正向传输系数 11C ..........................................................回波损耗 21C ..........................................................插入损耗 31C ..........................................................插入损耗 23C ...........................................................隔离度第1章引言1.1 功分器的发展概述功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的微波网络，广泛应用于雷达、多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。
ADS的等分威尔金森功分器仿演示课件
• 功分器设计的关键是电路参数的优化， 以及版图的仿真。
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威尔金森功分器原理图
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原理图生成的功分器版图
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课题完成结果：原理图的S 参数仿真结果
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结论：从图中结果可以看出，采取理论计 算的结果作为功分器的参数时，除了S11 参数外，各项指标都不上十分理想，功分 器在所要求的全频带内隔离度没有达到指 标，并且平坦度较差，并且当频率偏移中 心频率1GHz时，S11参数出现了严重的恶 化，所有还需要对功分器的各个参数进行 优化。
课题任务： 通过功分器的学习，利用ADS仿真软件， 设计一个等分威尔金森功分器，并仿真 得到其各端口的S参数。
等分威尔金森功分器设计主要技术指标： • 频率范围：0.9～1.1GHz • 频带内输入端口的回波损耗：C11>20dB • 频带内的插入损耗：C21<3.1dB,C31<3.1dB • 两个输出端口间的隔离度：C23>25dB
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功分器电路结构图
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主要内容
• 首先介绍微带型的功分器的工作原理和 主要技术指标；
• 利用ADS对功率分配器的电路原理图进行 设计、仿真及其优化；
• 为了更加贴近实际电路，在原理图仿真 的基础上，使用矩量法对版图进行进一 步仿真。
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课题研究难点、重点及其 关键是什么？
• 功分器设计的难点功分器微带电路的设 计以及隔离电阻的选择。
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课题完成结果：原理图优 化后的S参数仿真结果
结论：各项指标都满足了设计要 求，并且指标在通带内相对平坦。
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课题完成结果：版图仿真 后的S参数仿真结果
观察S曲线，可以看出它的性能有不同程度 的恶化，但仍能满足设计指标的要求。
ADS_功分器 ppt课件
优化目标的设置（续）
这里总共设置了四个优化目标，由于 电路的对称性，S31和S33不用设置优 化。S11和S22分别用来设定输入输出 端口的反射系数，S21用来设定功分 器通带内的衰减情况，S23用来设定 两个输出端口的隔离度。
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优化目标的设置（续）
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进行参数优化
设置完优化目标后最好先把原理图存储一下，然后就可 以进行参数优化了。
创建新的工程文件（续）
同时原理图设计窗口打开
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功分器的设计
下图是一个等功率分配器，它由两段不同特性阻 抗的微带线组成，两臂是对称的。我们以这种结 构的功分器为例，介绍一下设计的过程。
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功分器的设计（续）
设计指标：通带0.9－1.1GHz，功分比为1：1， 带内各端口反射系数小于-20dB ，两输出端隔 离度小于-25dB，传输损耗小于3.1dB。
选择微带线
以及
控件MSUB 分别放置在绘图区中
选择画线工具 将电路连接好，
连接方式见下页图（本图只是提
供参考，还有其它形式可供选择。）
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功分器的原理图示例
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设置微带电路的基本参数
双击图上的控件MSUB设置微带线参数
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)
在进行设计时，主要是以功分器的S参数作为 优化目标进行优化仿真。S21、 S31是传输参数， 反映传输损耗；S11、 S22、 S33分别是输入输 出端口的反射系数。S23反映了两个输出端口 之间的隔离度。
ADS软件仿真技术PPT
ADS仿真的概念和特点
ADS核心仿真方法
电磁仿真分析（Momentum） 基于钜量法（MOM），可用于2.5D平面电磁仿真分析。
可计算微带线、带状线、共面波导等的电磁特性，天线的辐 射特性以及电路板上的寄生、耦合效应。仿真结构为S参数、 远区辐射场以及表面电流分布。 托勒密分析（Ptolemy）
结果
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ADS仿真的概念和特点
射频仿真设计中的三个阶段
系统级设计 电路级设计 器件级设计
需求
•用户需求 •系统目标 •网络结构 •其他
统设计
迭代
RF电路设计
RF器件设计
RF设计流程
基带部分
集成
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ADS仿真的概念和特点
ADS系统级分析 ADS电路级分析 ADS器件级分析
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ADS仿真的概念和特点
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ADS仿真软件的基本使用
Smith Chart Utility Tool ➢ ADS提供的一个史密斯圆图计算工具软件
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ADS仿真软件的基本使用
ADS中的主要仿真控制器
在ADS中对每一种典型的电路分析方法都有相应的仿真控 制器，需要熟练地掌握这几种仿真控制器的使用。 直流（DC）仿真控制器 交流（AC）仿真控制器 S参数仿真控制器 谐波平衡仿真控制器 大信号S参数仿真控制器 增益压缩（XDB）仿真控制器 包络（Envelope）仿真控制器 瞬态（Transient）仿真控制器
在ADS2008之后的版本中加入了基于FEM的EMDS，可以 对3D视图进行查看，但操作没有HFSS那么人性化。
通过设置S参数控件就可以进行S参数仿真。
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ADS软件仿真实例
1.射频无源器件的设计-微带威尔金森功分器
威尔金森功分器设计与仿真
威尔金森功分器设计与仿真威尔金森功分器（Wilkinson Power Divider）是一种常用的微波功分器，广泛应用于无线通信和雷达系统中。
它能将输入信号均匀地分配到两个输出端口，并且具有较宽的工作频率范围和较低的插入损耗。
本文将介绍威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。
1.威尔金森功分器的设计原理```┌─Z1─┐RF in ─┤ ├─ Z2 ─ RF out1├─Z0─┤└─Z3─┘RF out2```其中，RF in为输入端口，RF out1和RF out2为输出端口，Z0为特征阻抗，Z1和Z2为等效阻抗，Z3为耦合阻抗。
在设计过程中，首先需要确定特征阻抗Z0的数值，一般为50欧姆。
然后，根据所需的功分比例，计算等效阻抗Z1和Z2的数值。
最后，选择合适的耦合阻抗Z3，使得整个电路达到最佳的工作性能。
2.威尔金森功分器的仿真方法首先，打开ADS软件并创建一个新的工程。
然后，在工程中添加一个新的设计，选择“Schematic”类型。
在Schematic设计界面中，依次添加所需的元件，包括传输线、阻抗匹配器和耦合器。
其中，传输线用于连接输入端口和输出端口，阻抗匹配器用于实现输入和输出的阻抗匹配，耦合器用于实现信号的均匀分配。
接下来，设置传输线的特性阻抗和长度，以及阻抗匹配器和耦合器的阻抗数值。
通过调整这些参数，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。
完成电路设计后，可以进行仿真和优化。
选择“Simulation”菜单，设置仿真参数，如频率范围和步长。
然后，运行仿真并得到结果。
根据仿真结果，可以评估电路的性能，并进行优化。
如果需要改变功分比例或工作频率范围，可以调整各个元件的数值，并重新运行仿真。
最后，完成电路设计和优化后，可以进行PCB布局和封装设计。
根据实际需求，选择合适的材料和尺寸，并进行布局和封装设计。
总结：本文介绍了威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。
通过合理选择和调整各个元件的数值，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。
威尔金森(wilkinson)功分器设计
此功分器比较简单。
如果只是做仿真，ADS较为方便，如果要做实物或产品的话，HFSS比较可靠。
本人亲测HFSS仿真结果和实物基本一致，ADS差别不一。
多节功分器原理和单节一样，网上有多节等分功分器归一化数据表格，按照表格中的值球的传输线阻抗得到的功分器只需要少许优化即可。
接下来以双节8-11G功分器大致介绍一下设计流程。
如图所示，L0和L3都是Z0阻抗的传输线，一般选择为50Ω，在ADS中可以算出现款和线长，线的长度L0和L3对功分器没太大影响，所以在做的时候可以根据要求增加或减少。
因为是8-11G的，f2/f1<1.5，所以双节的都满足要求，可以用频带宽度比为1.5的功分器，这样的话隔离度更好。
查表得到L1L2归一化阻抗分别是1.1998和1.6070归一化电阻为5.3163和1.8643，得到阻抗和电阻值分别是60、80.33和93、265，注意的是电阻顺序是倒过来的这样分别用微带线计算软件算得两段线的带宽和π/4线长，分别是0.324/6.28和0.653/6.15，这样在HFSS中九可以建立模型仿真，在建模的时候做成参数模型，这样可以调节和优化，电阻直接在合适的地方画一个矩形，右键lumped RLC可以设置。
模型可以做成实际的0.035mm的铜，也可以设置成perfect E，大致都差不多，我做过一个，实测和仿真基本上一致，损耗都在3.2左右，隔离倒是有点差，差了约5db。
有些做成弧形，原理都是一样，个人觉得倒是美观很多。
弧形这个是我对上面功分器改变形状得来的，出来的效果只是差了一点点。
对了，基片背面需要铺地，否则仿真时可能有问题，本人也是兴趣自己做着玩的，不是专业的，有错请指正，有需要模型或交流的可以联系我，最后总结一下。
1、建模的时候最好建立参数模型，可调可优化；2、基板背面最好铺地；3、在仿真的时候波端口向量应该向接地（向下）；4、归一化电阻值顺序和归一化阻抗是相反的；5、输入端的驻波比要好好仿真，容易变差；。
ADS_功分器 ppt课件
在绘制版图时受加工工艺的限制，尺寸精度到0.01mm 即可，线宽和线间缝隙要大于0.2mm。
考虑到加工电路板时的侧向腐蚀问题，微带线的宽度 和长度要适当增加。
版图的大小要符合规定尺寸，功分器的两个输出端口 的间距要符合规定值，以便于安装在测试架上。
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（六） 功分器电路的调试
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版图的仿真（续）
点击Momentum -> Simulation -> Sparameter弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的 Sweep Type选择Adaptive，起止频率设为与 原理图中相同，采样点数限制取10 (因为仿 真很慢，所以点数不要取得太多)。然后点击 Update按钮，将设置填入左侧列表中，点击 Simulate按钮开始进行仿真。仿真过程中会 出现一个状态窗口显示仿真进程(见下页图)。
版图的仿真
首先要由原理图生成版图，生成版图前先要把原理图 中用于S参数仿真的两个Term以及接地去掉，不让他们 出现在生成的原理图中。去掉的方法与前面关掉优化 控件的相同，都是使用 按钮，把这些元件打上红 叉(见下页图)。
然后点击菜单中的Layout -> Generate/Update Layout， 弹出一个设置窗口，直接点OK，又出现一个窗口，再 点OK，完成版图的生成，这时会打开一个显示版图的 窗口，里面有刚生成的版图。
ADS软件仿真技术 ppt课件
Value：初始值 Max：调谐最大值 Min：调谐最小值 Step：调谐间隔
在设置前需 要确保原理 图上已放置 了一个仿真 控制器。
ADS仿真软件的基本使用
ADS中调谐与优化
调谐的方法简便，但如果需要调谐的参数过多，就很难迅 速、准确的达到目标。 优化是ADS软件自动完成的 只需要两步操作： 1.设置元件参数的优化取值范围 2.添加优化控件和目标控件
在ADS2008之后的版本中加入了基于FEM的EMDS，可以 对3D视图进行查看，但操作没有HFSS那么人性化。 通过设置S参数控件就可以进行S参数仿真。
ADS软件仿真实例
1.射频无源器件的设计-微带威尔金森功分器
我们将版图仿真结果和原理图仿真结果进行对比， 发现两个仿真在3GHz以后频点就有所偏移，因此ADS 的原理图仿真在3GHz后就可能不太准。不过3GHz之 前的仿真还是可以接受。 通过以上介绍的方法，我们可以直接通过原理图仿 真快速地进行各种射频无源器件的设计。
ADS仿真软件的基本使用
显示 数据 窗口
仿真 结果
ADS仿真软件的基本使用
原理图设计窗口
菜单栏 工具栏
元器件 面板
元器件的电气连 接有两种方法： 直接连线和命名 节点。
ADS仿真软件的基本使用
版图设计窗口
ADS仿真软件的基本使用
数据显示窗口
以多种图表和格式显示数据 使用标记读取曲线上特定点的数据 使用方程式表现对数据的处理 用文本及插图注释结果
可以仿真优化功放、振荡器、混频器的非线性稳态 响应，用于分析电路的非线性，如噪声、功率压缩、谐波等。 电路包络分析（Circuit Envelope）
安捷伦的专利技术，其特点为对于任何类型的高频 调制信号（如GSM、QPSK、QAM、LFM）均可分解为时域与频域 两部分处理，ADS借鉴SPICE与谐波分析的优点，对低频调制 信号用SPICE，对高频载波用谐波平衡仿真。
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等分威尔金森功分器的设计
指导老师： 学生：
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选题背景及意义
功率分配器是将输入信 号功率分成相等或不相 等的几路输出的一种多 端口的微波网络，广泛 应用于雷达、多路中继 通信机等大功率器件等 微波射频电路中。功率 分配器又可以逆向使用 作为功率合成器，因此 有时又称为功率分配/合 成器 。
功分器实物图：
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课题任务及主要技术指标
课题任务： 通过功分器的学习，利用ADS仿真软件， 设计一个等分威尔金森功分器，并仿真 得到其各端口的S参数。
等分威尔金森功分器设计主要技术指标： • 频率范围：0.9～1.1GHz • 频带内输入端口的回波损耗：C11>20dB • 频带内的插入损耗：C21<3.1dB,C31<3.1dB • 两个输出端口间的隔离度：C23>25dB
• 功分器设计的重点功分器原理图的仿真 及优化
• 功分器设计的关键是电路参数的优化， 以及版图的仿真。
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威尔金森功分器原理图
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原理图生成的功分器版图
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课题完成结果：原理图的S 参数仿真结果
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结论：从图中结果可以看出，采取理论计 算的结果作为功分器的参数时，除了S11 参数外，各项指标都不上十分理想，功分 器在所要求的全频带内隔离度没有达到指 标，并且平坦度较差，并且当频率偏移中 心频率1GHz时，S11参数出现了严重的恶 化，所有还需要对功分器的各个参数进行 优化。
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
功分器电路结构图
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主要内容
• 首先介绍微带型的功分器的工作原理和 主要技术指标；
• 利用ADS对功率分配器的电路原理图进行 设计、仿真及其优化；
• 为了更加贴近实际电路，在原理图仿真 的基础上，使用矩量法对版图进行进一 步仿真。
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课题研究难点、重点及其 关键是什么？
• 功分器设计的难点功分器微带电路的设 计以及隔离电阻的选择。
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无线电发射设备中，为了保证足够 远的传输距离，待传输信号须经过 一系列的功率放大直至获得足够大 的功率再送至发射天线。采用功率 合成技术将多路固态器件输出功率 进行同向叠加，是获得更高输出功 率的有效途径之一。
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课题完成结果：原理图优 化后的S参数仿真结果
结论：各项指标都满足了设计要 求，并且指标在通带内相对平坦。
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课题完成结果：版图仿真 后的S参数仿真结果
观察S曲线，可以看出它的性能有不同程度 的恶化，但仍能满足设计指标的要求。
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课题需要改进的和完善的 方向？
本功分器的设计带宽0.9～1.1GHz,虽然 满足一般功分器设计的要求，但是随着 我国军事装备的迅猛发展，对功分器的 带宽覆盖提出了更高的要求 ，在全频带 范围内，要满足功分器的各项性能指标， 具有相当大的难度。
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功分器的发展趋势
近年来随着我国国民经济和科学技 术的发展，电子信息尤其是无线通信日 新月异，3G还没普及，4G已经崭露头角， 功率分配器不仅应用在射频功率的分配 和合成，在超宽带短脉冲电磁场应用中， 采用阵列天线的技术是提高探测距离是 较为理想的选择，阵列天线的关键技 术——功分器的研制就相当重要。