【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，“L”（約為四分之一波長(zhǎng)）（5）計(jì)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(shè)置窗口，分別將wwlh設(shè)置為變量，根據(jù)前面“LineCalc”的計(jì)算結(jié)果，設(shè)置w1=，w2=，lh=16 (此處不設(shè)單位，在設(shè)置微帶線時(shí)另行設(shè)定)。（7）完成“VAR”參數(shù)的設(shè)定后，依次雙擊原理圖中功分器的各段微帶線，并設(shè)置微帶線的寬度W與長(zhǎng)度L,單位為mm。具體的變量設(shè)置如圖410所示。圖49 微帶線計(jì)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(shè)計(jì)后，就可以對(duì)功率分配器的原理圖進(jìn)行仿真，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。主要對(duì)它的電路S參數(shù)進(jìn)行仿真和分析，原理圖的仿真步驟如下。（1）在原理圖設(shè)計(jì)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(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：選擇掃描類型（Sweep Type）為線性（Linear），根據(jù)功分器的指標(biāo)設(shè)置掃描的頻率范圍和步長(zhǎng)，“Start”,“Stop”，“Stepsize”。（2）選擇元件“Term” 放置在功分器3個(gè)端口上，用來(lái)定義端口2和3，然后單擊工具欄的 圖標(biāo)，放置3個(gè)“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(shè)置后，就可以對(duì)電路進(jìn)行S參數(shù)進(jìn)行仿真，單擊工具欄中的【Simulate】按鈕進(jìn)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(biāo)，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(duì)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(duì)話框，單擊【OK】按鈕，會(huì)顯示一個(gè)S(11)曲線。（5）執(zhí)行菜單命令【Marker】→【New】，添加一個(gè)marker點(diǎn)放置在曲線的某一點(diǎn)，選擇三角標(biāo)志，用鼠標(biāo)或鍵盤的方向鍵可以移動(dòng)標(biāo)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(jié)果圖結(jié)論：從圖中結(jié)果可以看出，采取理論計(jì)算的結(jié)果作為功分器的參數(shù)時(shí)，除了S11參數(shù)外，各項(xiàng)指標(biāo)都不上十分理想，功分器在所要求的全頻帶內(nèi)隔離度沒(méi)有達(dá)到指標(biāo)，并且平坦度較差，并且當(dāng)頻率偏移中心頻率1GHz時(shí)，S11參數(shù)出現(xiàn)了嚴(yán)重的惡化，所有還需要對(duì)功分器的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。使用理論計(jì)算的結(jié)果作為功率分配器參數(shù)時(shí)，它的性能并沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，因此需要對(duì)功率分配器的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。阻抗匹配對(duì)電路的性能具有直接的影響，在實(shí)際應(yīng)用中，功率分配器會(huì)連接在輸出阻抗為50的設(shè)備后端，為了實(shí)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(dá)到輸入阻抗的匹配。這里主要通過(guò)改變w2和lh這兩個(gè)變量的值，優(yōu)化系統(tǒng)的各個(gè)指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。為了達(dá)到改變w2和lh這兩個(gè)變量值得目的，首先需要在VAR控件中設(shè)定這兩個(gè)變量的范圍：（1）雙擊“VAR”控件，彈出“Varibles and Equation”對(duì)話框，如圖415所示。 圖415 “Varibles and Equation”對(duì)話框（2）在“Select Parameter”欄中選擇w2，單擊【Tune/Opt/DOE Setup】按鈕，彈出“Setup”對(duì)話框，然后選擇“Optimization”標(biāo)簽頁(yè)。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(duì)參數(shù)w2的設(shè)置，單擊【OK】按鈕確定設(shè)置并關(guān)閉窗口。 23 圖416 “Optimization”對(duì)話框（3）再用同樣的方法設(shè)置參數(shù)lh，lh的優(yōu)化范圍設(shè)置為5～20.（4）設(shè)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(biāo)。從元件面板下拉列表選擇“Optim/Stat/Yield/DOE”元件庫(kù)。將控件“Optim”（優(yōu)化設(shè)置） 和控件“Goal”（優(yōu)化目標(biāo)） 插入到原理圖中。這里總共設(shè)置了4個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，所有需要4個(gè)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(duì)稱性，S(3,1)和S(3,3)不用設(shè)置優(yōu)化，S(1,1)和S(2,2)分別用來(lái)設(shè)定輸入輸出端口的反射系數(shù)，S(2,1)用來(lái)設(shè)定功分器通帶內(nèi)的衰減情況，S(2,3)用來(lái)設(shè)定兩個(gè)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(duì)話框。在“Optimization Type”下拉列表中選擇“Random”項(xiàng)，在“Nunber of iterations”文本框中修改為500。常用的優(yōu)化方法有Random（隨機(jī)）和Gradient(梯度)等。其中，隨機(jī)法通常用于大范圍搜索，梯度法用于局部收斂。（6）控件“Optim”設(shè)置完成后，再分別設(shè)置4個(gè)Goal控件，雙擊控件“Goal”，彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，根據(jù)等分威爾金森功分器的設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)它的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。25① 在“Expr”項(xiàng)中輸入表達(dá)式“dB（S(1,1)）”，表示優(yōu)化的目標(biāo)是端口1反射系數(shù)的dB值。②在“SimInstanceName”項(xiàng)中輸入“SP1”，表示針對(duì)S參數(shù)仿真SP1進(jìn)行的優(yōu)化。③Min值采用默認(rèn)值，表示S(1,1)的值越小越好。④Max=20，表示優(yōu)化的目標(biāo)dB（S(1,1)不超過(guò)20dB。⑤Wight采用默認(rèn)值，表示優(yōu)化的幾個(gè)目標(biāo)沒(méi)有主次之分。⑥RangeVar[1]=“freq”，表示優(yōu)化是在一定的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行。⑦RangeVar[1]=。⑧RangeVar[1]=。其余3個(gè)Goal控件的參數(shù)如圖417 所示，具體不再一一贅述。 圖417 設(shè)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(dāng)優(yōu)化結(jié)束后，數(shù)據(jù)顯示窗口會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，最終的優(yōu)化結(jié)果如圖419 所示?？梢?jiàn)，各項(xiàng)指標(biāo)都滿足了設(shè)計(jì)要求，并且指標(biāo)在通帶內(nèi)相對(duì)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(dāng)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(shè)計(jì)指標(biāo)的需要，則需要改變變量的取值范圍，新進(jìn)行優(yōu)化，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。第4章 功分器原理圖的設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化 圖419 優(yōu)化后的S參數(shù)仿真結(jié)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(guān)掉優(yōu)化控件，才能觀察仿真的曲線。關(guān)掉優(yōu)化控件的方法是單擊原理圖設(shè)計(jì)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(jīng)關(guān)掉。要想重新開(kāi)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(kāi)啟的控件就可以了，此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)控件上的紅叉消失，功能也重新恢復(fù)了。取消優(yōu)化控件后，單擊工具欄中的【Simulate】按鈕就可以進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示窗口。單擊圖形顯示窗口左側(cè)工具欄欄中的按鈕，放置一個(gè)矩形圖到圖形窗口中，在彈出的“Plot Traceamp。Attibutes”窗口的左側(cè)列表里選擇S(1,1)(S11參數(shù)),單擊【Add】按鈕并設(shè)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(jié)果相同，因此最終仿真結(jié)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(shí)現(xiàn)功率分配器，這可能與原理圖仿真的結(jié)果有很大的差距，因此，需要在ADS中對(duì)版圖進(jìn)行進(jìn)一步的仿真之后才能進(jìn)行電路板的制作，版圖的仿真采用矩量法直接對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果比在原理圖中仿真要準(zhǔn)確，但是它的計(jì)算比較復(fù)雜，需要較長(zhǎng)的時(shí)間。為了進(jìn)一步對(duì)原理圖設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，下面在ADS中對(duì)版圖進(jìn)行進(jìn)一步仿真。在進(jìn)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(biāo)，然后單擊原理圖用于S參數(shù)仿真的“SP”空間、3個(gè)“Term”元件和3個(gè)“地”，再單擊原理圖中用于優(yōu)化的“Optim”控件和4個(gè)“Goal”元件。這些元件和控件失效后，在進(jìn)行版圖生成時(shí)，他們就不會(huì)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(gè)設(shè)置對(duì)話框。這里應(yīng)用它的默認(rèn)設(shè)置，直接單擊【OK】按鈕。此時(shí)，彈出“Statues of Layout Gerenation”對(duì)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(duì)話框中的內(nèi)容和原理圖比較，確認(rèn)無(wú)誤后單擊【OK】按鈕完成版圖的生成。版圖生成后，程序會(huì)自動(dòng)打開(kāi)版圖設(shè)計(jì)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(jīng)轉(zhuǎn)化為版圖的實(shí)際微帶線。 第5章 功分器版圖的生產(chǎn)與仿真圖51 “Statues of Layout Gerenation”對(duì)話框微帶線介質(zhì)基片和金屬片的基本參數(shù)對(duì)微帶型威爾金森功分器的性能影響很大，在此必須設(shè)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(jié)果，將版圖中的微帶線參數(shù)設(shè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)置完微帶線的基本參數(shù)后，一個(gè)完整的微帶型威爾金森功分器版圖就形成了，接下來(lái)就可以進(jìn)行S參數(shù)仿真了。29圖53 “Creat/Modify Substrate”對(duì)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(shí)際，需要在版圖里再次進(jìn)行S參數(shù)的仿真。（2）執(zhí)行菜單命令【Momenttun】→【Simulation】→【Sparameters】，打開(kāi)仿真控制對(duì)話框，如圖54所示。在“Sweep Type”下拉列表中選“Adaptive”，設(shè)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(diǎn)“Sample Points Limit”為20。仿真控制參數(shù)設(shè)置完成后，單擊【Update】按鈕。29（3）單擊【Simulate】按鈕進(jìn)行仿真。仿真過(guò)程中會(huì)彈出狀態(tài)窗口顯示仿真的過(guò)程，整個(gè)仿真過(guò)程一般比較慢，需要數(shù)分鐘，仿真結(jié)束后將會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示窗口。 圖54 版圖仿真控制對(duì)話框值得注意的是：如果版圖仿真得到的曲線不滿足指標(biāo)要求，那么重新回到原理圖窗口進(jìn)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(biāo)的差別情況適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化目標(biāo)的參數(shù)，重新進(jìn)行優(yōu)化。如果仍不能滿足要求，則需要進(jìn)一步增加變量個(gè)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(shí)，要先使剛才打紅上叉的元件回復(fù)有效，然后才能進(jìn)行優(yōu)化，之后重復(fù)前面所述的過(guò)程，直到版圖仿真的結(jié)果達(dá)到要求為止。本次功分器版圖的仿真結(jié)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(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。 圖55 版圖仿真后的S參數(shù)仿真結(jié)果31第6章 結(jié)論第6章 結(jié)論本文介紹了通過(guò)ADS設(shè)計(jì)和仿真一種等分威爾金森功率分配器的方法。主要是通過(guò)對(duì)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(guān)的S參數(shù)。在原理圖仿真中，由于理論計(jì)算的參數(shù)不能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，因此需要利用ADS的優(yōu)化工具對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)版圖仿真，了解了版圖生成的過(guò)程和矩量法仿真，設(shè)計(jì)仿真出符合指標(biāo)的等分威爾金森功分器。值得注意的是，在以后的工程中設(shè)計(jì)類似于功分器等的微帶電路前，一定要確定板材介質(zhì)以及金屬涂熬層得相關(guān)參數(shù)，以便能得到與實(shí)際電路更接近的仿真結(jié)果；否則，按照仿真參數(shù)設(shè)計(jì)的實(shí)際電路的性能會(huì)于之前確定的指標(biāo)有較大的差距。33參考文獻(xiàn)[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(xué)出版社,～44[4]∕：西安電子科技大學(xué)出版社, 2005,65～75外文資料原文致謝本論文是在導(dǎo)師趙小翔老師指導(dǎo)下精心完成的，三個(gè)月來(lái)，趙老師對(duì)我進(jìn)行了耐心的幫助和指導(dǎo)，使我能夠在論文的選題和寫作過(guò)程中保持清醒的思路。老師工作認(rèn)真，學(xué)術(shù)精湛，在教學(xué)和研究工作異常繁忙的情況下，依然抽出時(shí)間認(rèn)真