【文章內容簡介】 ，“L”（約為四分之一波長）（5）計算出功分器各段微帶線的理論尺寸后，為便于參數(shù)優(yōu)化的需要，在原理圖中插入“VAR”控件。（6） 雙擊“VAR”控件，彈出參數(shù)設置窗口，分別將wwlh設置為變量，根據(jù)前面“LineCalc”的計算結果，設置w1=，w2=，lh=16 (此處不設單位，在設置微帶線時另行設定)。（7）完成“VAR”參數(shù)的設定后，依次雙擊原理圖中功分器的各段微帶線，并設置微帶線的寬度W與長度L,單位為mm。具體的變量設置如圖410所示。圖49 微帶線計算工具“LineCalc” 17 圖410完整的微帶型威爾金森功分器的電路原理圖完成原理圖的設計后，就可以對功率分配器的原理圖進行仿真，根據(jù)設計指標的要求。主要對它的電路S參數(shù)進行仿真和分析，原理圖的仿真步驟如下。（1）在原理圖設計窗口中選擇S參數(shù)仿真軟件面板“SimulationS_Param”，選擇S參數(shù)掃描控件 插入原理圖中，雙擊原理圖中的控件“SP”對其參數(shù)進行設置：選擇掃描類型（Sweep Type）為線性（Linear），根據(jù)功分器的指標設置掃描的頻率范圍和步長，“Start”,“Stop”，“Stepsize”。（2）選擇元件“Term” 放置在功分器3個端口上，用來定義端口2和3，然后單擊工具欄的 圖標，放置3個“地”與“Term”相連，完整的電路圖如圖411所示。圖411加入S參數(shù)元件后的功分器整體原理圖（3）完成所有的連接和仿真參數(shù)設置后，就可以對電路進行S參數(shù)進行仿真，單擊工具欄中的【Simulate】按鈕進行電路仿真。（4）仿真完成后，系統(tǒng)彈出數(shù)據(jù)顯示窗口，再單擊 圖標，彈出數(shù)據(jù)圖的軌跡與屬性窗口，如圖412及413所示，選擇要顯示的將S(11)，單擊【Add】按鈕，在彈出的“Complex Data”對話框選擇dB為單位，如圖 所示。 單擊【OK】按鈕，返回前“Plot Traces amp。 Attributes ”對話框，單擊【OK】按鈕，會顯示一個S(11)曲線。（5）執(zhí)行菜單命令【Marker】→【New】，添加一個marker點放置在曲線的某一點，選擇三角標志，用鼠標或鍵盤的方向鍵可以移動標記。19 圖412 數(shù)據(jù)顯示窗口 圖413 數(shù)據(jù)顯示窗口21（6）同理，分別將S(21)、S(22)、S(23)添加到數(shù)據(jù)顯示窗口，最終的S參數(shù)如圖414所示。圖414 S參數(shù)仿真結果圖結論：從圖中結果可以看出，采取理論計算的結果作為功分器的參數(shù)時，除了S11參數(shù)外，各項指標都不上十分理想，功分器在所要求的全頻帶內隔離度沒有達到指標，并且平坦度較差，并且當頻率偏移中心頻率1GHz時，S11參數(shù)出現(xiàn)了嚴重的惡化，所有還需要對功分器的各個參數(shù)進行優(yōu)化。使用理論計算的結果作為功率分配器參數(shù)時，它的性能并沒有完全達到設計指標，因此需要對功率分配器的各個參數(shù)進行優(yōu)化。阻抗匹配對電路的性能具有直接的影響，在實際應用中，功率分配器會連接在輸出阻抗為50的設備后端，為了實現(xiàn)輸入匹配，輸入端口傳輸線的特性阻抗必須為50，因此必須使w1=，以達到輸入阻抗的匹配。這里主要通過改變w2和lh這兩個變量的值，優(yōu)化系統(tǒng)的各個指標，以實現(xiàn)阻抗匹配。為了達到改變w2和lh這兩個變量值得目的，首先需要在VAR控件中設定這兩個變量的范圍：（1）雙擊“VAR”控件，彈出“Varibles and Equation”對話框，如圖415所示。 圖415 “Varibles and Equation”對話框（2）在“Select Parameter”欄中選擇w2，單擊【Tune/Opt/DOE Setup】按鈕，彈出“Setup”對話框，然后選擇“Optimization”標簽頁。在“Optimization Status”下拉列表中選擇“Enable”，在“Type”下拉列表中選擇“Continuous”，在“Format”下拉列表中選擇“min/max”在“Minimun Vable”和“Maximun Value”，如圖416所示。這樣就完成了對參數(shù)w2的設置，單擊【OK】按鈕確定設置并關閉窗口。 23 圖416 “Optimization”對話框（3）再用同樣的方法設置參數(shù)lh，lh的優(yōu)化范圍設置為5～20.（4）設置完成優(yōu)化參數(shù)w2和lh后，還需要選擇優(yōu)化方式和優(yōu)化目標。從元件面板下拉列表選擇“Optim/Stat/Yield/DOE”元件庫。將控件“Optim”（優(yōu)化設置） 和控件“Goal”（優(yōu)化目標） 插入到原理圖中。這里總共設置了4個優(yōu)化目標，所有需要4個Goal控件，分別優(yōu)化S(1,1)、S(2,2)、S(2,1)和S(2,3)。由于電路的對稱性，S(3,1)和S(3,3)不用設置優(yōu)化，S(1,1)和S(2,2)分別用來設定輸入輸出端口的反射系數(shù)，S(2,1)用來設定功分器通帶內的衰減情況，S(2,3)用來設定兩個輸出端口的隔離度。（5）雙擊控件“Optim”，彈出優(yōu)化方法及優(yōu)化次數(shù)對話框。在“Optimization Type”下拉列表中選擇“Random”項，在“Nunber of iterations”文本框中修改為500。常用的優(yōu)化方法有Random（隨機）和Gradient(梯度)等。其中，隨機法通常用于大范圍搜索，梯度法用于局部收斂。（6）控件“Optim”設置完成后，再分別設置4個Goal控件，雙擊控件“Goal”，彈出參數(shù)設置對話框，根據(jù)等分威爾金森功分器的設計指標，對它的各個參數(shù)進行設置。25① 在“Expr”項中輸入表達式“dB（S(1,1)）”，表示優(yōu)化的目標是端口1反射系數(shù)的dB值。②在“SimInstanceName”項中輸入“SP1”，表示針對S參數(shù)仿真SP1進行的優(yōu)化。③Min值采用默認值，表示S(1,1)的值越小越好。④Max=20，表示優(yōu)化的目標dB（S(1,1)不超過20dB。⑤Wight采用默認值，表示優(yōu)化的幾個目標沒有主次之分。⑥RangeVar[1]=“freq”，表示優(yōu)化是在一定的頻率范圍內進行。⑦RangeVar[1]=。⑧RangeVar[1]=。其余3個Goal控件的參數(shù)如圖417 所示，具體不再一一贅述。 圖417 設置完成的“Goal”控件電路參數(shù)圖圖418 加入優(yōu)化元件后的功分器原理圖當優(yōu)化結束后，數(shù)據(jù)顯示窗口會自動打開，最終的優(yōu)化結果如圖419 所示?？梢?，各項指標都滿足了設計要求，并且指標在通帶內相對平坦。在一次優(yōu)化完成后，需要執(zhí)行菜單命令【Simulate】→【Update Optimization Values】，以保存優(yōu)化后的變量值（在“VAR”控件上可以看到變量的當前值）；否則，優(yōu)化后的值將不保存到原理圖中。如果一次優(yōu)化不能滿足設計指標的需要，則需要改變變量的取值范圍，新進行優(yōu)化，直到滿足設計要求為止。第4章 功分器原理圖的設計、仿真與優(yōu)化 圖419 優(yōu)化后的S參數(shù)仿真結果圖（7）優(yōu)化完成后，下面觀察優(yōu)化后的仿真曲線。必須關掉優(yōu)化控件，才能觀察仿真的曲線。關掉優(yōu)化控件的方法是單擊原理圖設計窗口工具欄的【Deactive or Active Component】按鈕，然后單擊優(yōu)化控件“OPTIM”,若控件上了打了紅叉表示已經關掉。要想重新開啟控件，只需單擊工具欄中的【Deactive or Active Component】按鈕，然后再單擊要開啟的控件就可以了，此時可以發(fā)現(xiàn)控件上的紅叉消失，功能也重新恢復了。取消優(yōu)化控件后，單擊工具欄中的【Simulate】按鈕就可以進行仿真，仿真結果會出現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示窗口。單擊圖形顯示窗口左側工具欄欄中的按鈕，放置一個矩形圖到圖形窗口中，在彈出的“Plot Traceamp。Attibutes”窗口的左側列表里選擇S(1,1)(S11參數(shù)),單擊【Add】按鈕并設置參數(shù)單位為“dB”，單擊兩次【OK】按鈕后，圖形窗口中顯示出S11隨頻率變化的曲線，同理，可以依次加入S2S2S23曲線。由于最終原理圖的電路參數(shù)與優(yōu)化結果相同，因此最終仿真結果同樣如圖 419 所示。27第5章 功分器版圖的生成與仿真一般使用電路板上的微帶電路實現(xiàn)功率分配器，這可能與原理圖仿真的結果有很大的差距，因此，需要在ADS中對版圖進行進一步的仿真之后才能進行電路板的制作，版圖的仿真采用矩量法直接對電磁場進行計算，其結果比在原理圖中仿真要準確，但是它的計算比較復雜，需要較長的時間。為了進一步對原理圖設計進行驗證，下面在ADS中對版圖進行進一步仿真。在進行功分器版圖的仿真前需要生成功分器的版圖。（1）單擊工具欄的 圖標，然后單擊原理圖用于S參數(shù)仿真的“SP”空間、3個“Term”元件和3個“地”，再單擊原理圖中用于優(yōu)化的“Optim”控件和4個“Goal”元件。這些元件和控件失效后，在進行版圖生成時，他們就不會出現(xiàn)在所生成的版圖中。（2）確定所有元件失效后，執(zhí)行菜單命令【Layout】→【Generate/UpdateLayout】彈出一個設置對話框。這里應用它的默認設置，直接單擊【OK】按鈕。此時，彈出“Statues of Layout Gerenation”對話框，顯示了所生成版圖中有效的元件數(shù)目等信息，如圖51所示。將對話框中的內容和原理圖比較，確認無誤后單擊【OK】按鈕完成版圖的生成。版圖生成后，程序會自動打開版圖設計窗口，里面顯示了剛剛生成的功分器版圖，如圖52所示。從圖中可以看出，原理圖中的各種傳輸線模型已經轉化為版圖的實際微帶線。 第5章 功分器版圖的生產與仿真圖51 “Statues of Layout Gerenation”對話框微帶線介質基片和金屬片的基本參數(shù)對微帶型威爾金森功分器的性能影響很大，在此必須設置版圖中的微帶線的基本參數(shù)。為了利用原理圖的仿真結果，將版圖中的微帶線參數(shù)設置為原理圖中的“MUSB”控件里的參數(shù)。 圖52 由原理圖生成的功分器版圖（4）在版圖設計窗口中，執(zhí)行菜單命令【Momentun】→【Substrate】→【UpdateFrom Schematic】，將原理圖的基板和微帶參數(shù)更新到版圖中。（5）在版圖設計窗口中，執(zhí)行菜單命令【Momentun】→【Substrate】→【Creat/Modify】，可以查看和修改基本和微帶的基本參數(shù)，如圖53所示。設置完微帶線的基本參數(shù)后，一個完整的微帶型威爾金森功分器版圖就形成了，接下來就可以進行S參數(shù)仿真了。29圖53 “Creat/Modify Substrate”對話框（1）生成功分器的版圖后，為觀察功分器的性能，并能更好接近實際，需要在版圖里再次進行S參數(shù)的仿真。（2）執(zhí)行菜單命令【Momenttun】→【Simulation】→【Sparameters】，打開仿真控制對話框，如圖54所示。在“Sweep Type”下拉列表中選“Adaptive”，設置的起止頻率與原理圖中相同，“Start”，“Stop”。版圖的仿真速度比較慢，采取樣點“Sample Points Limit”為20。仿真控制參數(shù)設置完成后，單擊【Update】按鈕。29（3）單擊【Simulate】按鈕進行仿真。仿真過程中會彈出狀態(tài)窗口顯示仿真的過程，整個仿真過程一般比較慢，需要數(shù)分鐘，仿真結束后將會自動出現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示窗口。 圖54 版圖仿真控制對話框值得注意的是：如果版圖仿真得到的曲線不滿足指標要求，那么重新回到原理圖窗口進行優(yōu)化仿真，可以改變優(yōu)化變量的初值，也可以根據(jù)曲線與指標的差別情況適當調整優(yōu)化目標的參數(shù)，重新進行優(yōu)化。如果仍不能滿足要求，則需要進一步增加變量個數(shù)，從而改變更多的原理圖參數(shù)。在返回原理圖重新優(yōu)化時，要先使剛才打紅上叉的元件回復有效，然后才能進行優(yōu)化，之后重復前面所述的過程，直到版圖仿真的結果達到要求為止。本次功分器版圖的仿真結果如圖55所示，觀察S曲線，可以看出它的性能有不同程度的惡化，但仍能滿足設計指標的要求。 圖55 版圖仿真后的S參數(shù)仿真結果31第6章 結論第6章 結論本文介紹了通過ADS設計和仿真一種等分威爾金森功率分配器的方法。主要是通過對功率分配器原理圖的S參數(shù)仿真以及版圖的矩量法仿真得到與功率分配器性能有關的S參數(shù)。在原理圖仿真中，由于理論計算的參數(shù)不能滿足設計指標，因此需要利用ADS的優(yōu)化工具對參數(shù)進行優(yōu)化。通過版圖仿真，了解了版圖生成的過程和矩量法仿真，設計仿真出符合指標的等分威爾金森功分器。值得注意的是，在以后的工程中設計類似于功分器等的微帶電路前，一定要確定板材介質以及金屬涂熬層得相關參數(shù)，以便能得到與實際電路更接近的仿真結果；否則，按照仿真參數(shù)設計的實際電路的性能會于之前確定的指標有較大的差距。33參考文獻[1]:電子工業(yè)出版社,～314[2]:人民郵電出版社,～132[3]料承恩. :西安電子科技大學出版社,～44[4]∕：西安電子科技大學出版社, 2005,65～75外文資料原文致謝本論文是在導師趙小翔老師指導下精心完成的，三個月來，趙老師對我進行了耐心的幫助和指導，使我能夠在論文的選題和寫作過程中保持清醒的思路。老師工作認真，學術精湛，在教學和研究工作異常繁忙的情況下，依然抽出時間認真