【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，彈出參數設置窗口，分別將wwlh設置為變量，根據前面“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，根據設計指標的要求。主要對它的電路S參數進行仿真和分析，原理圖的仿真步驟如下。（1）在原理圖設計窗口中選擇S參數仿真軟件面板“SimulationS_Param”，選擇S參數掃描控件 插入原理圖中，雙擊原理圖中的控件“SP”對其參數進行設置：選擇掃描類型（Sweep Type）為線性（Linear），根據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設置后，就可以對電路進行S參數進行仿真，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)彈出數據顯示窗口，再單擊 圖標，彈出數據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 數據顯示窗口 圖413 數據顯示窗口21（6）同理，分別將S(21)、S(22)、S(23)添加到數據顯示窗口，最終的S參數如圖414所示。圖414 S參數仿真結果圖結論：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時，除了S11參數外，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，S11參數出現(xiàn)了嚴重的惡化，所有還需要對功分器的各個參數進行優(yōu)化。使用理論計算的結果作為功率分配器參數時，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lh，lh的優(yōu)化范圍設置為5～20.（4）設置完成優(yōu)化參數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，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”，彈出參數設置對話框，根據等分威爾金森功分器的設計指標，對它的各個參數進行設置。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反射系數的dB值。②在“SimInstanceName”項中輸入“SP1”，表示針對S參數仿真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，數據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)數據顯示窗口。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),單擊【Add】按鈕并設置參數單位為“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。為了利用原理圖的仿真結果，將版圖中的微帶線參數設置為原理圖中的“MUSB”控件里的參數。 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，如圖53所示。設置完微帶線的基本參數后，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，需要數分鐘，仿真結束后將會自動出現(xiàn)數據顯示窗口。 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，也可以根據曲線與指標的差別情況適當調整優(yōu)化目標的參數，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，從而改變更多的原理圖參數。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。在原理圖仿真中，由于理論計算的參數不能滿足設計指標，因此需要利用ADS的優(yōu)化工具對參數進行優(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，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