2_实验二功分器的设计制作与调试
实验2功分器的设计制作与调试
未来发展趋势预测
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高性能需求
随着无线通信技术的不断发展，对功分器等射频 器件的性能要求将不断提高，如更低的插入损耗、 更高的隔离度等。
集成化与小型化
为了满足现代通信设备对体积和重量的要求，功 分器将朝着集成化和小型化的方向发展。
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多功能融合
未来功分器可能不仅具备功率分配功能，还将融 合其他射频处理功能，如滤波、放大等，实现多 功能一体化。
03 设计制作步骤
设计方案选择
定向耦合器型功分器
采用定向耦合器结构，实现输入信号的等分或不等分分配，具有 较宽的带宽和良好的幅度、相位平衡性能。
威尔金森功分器
基于四分之一波长变换器和隔离电阻的威尔金森功分器，实现输入 信号的等分分配，具有较高的端口隔离度和回波损耗。
Gysel功分器
采用带状线或微带线结构，实现输入信号的等分或不等分分配，具 有良好的宽带性能和较高的功率容量。
问题2ห้องสมุดไป่ตู้
功分器输出相位偏差较大。
解决方案
检查功分器的传输线长度和布局，确保传输线对称且长 度一致。如有需要，可微调传输线长度以减小相位偏差 。
问题3
功分器插入损耗较大。
解决方案
检查功分器的接口和连接线缆，确保连接紧固且接触良 好。如有需要，可更换低损耗的连接线缆以减小插入损 耗。
05 测试与结果分析
测试方案制定
测试目的
验证功分器的性能参数是否满足 设计要求，包括输入/输出阻抗、 插入损耗、分配损耗、隔离度等。
测试设备
网络分析仪、信号源、负载、同轴 电缆等。
测试步骤
搭建测试系统，连接信号源、功分 器和负载；设置网络分析仪参数， 进行S参数测量；记录并分析测试结 果。
ADS功分器的设计和调试
资料仅供参考
微带线计算工具
功分器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带 线，它的宽度W可由微带线计算工具得到。 填入50 Ohm可以算出微带线的线宽1.52 mm。 填入70.7 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽 0.79 mm和长度42.9 mm(四分之一波长)。
资料仅供参考
设置微带器件的参数
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。
资料仅供参考
优化目标的设置（续）
资料仅供参考
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。 点击工具栏中的Simulate 按钮就开始进行优化仿真 了。在优化过程中会打开一个状态窗口显示优化的结果 (见下页图)，其中的CurrentEF表示与优化目标的偏差， 数值越小表示越接近优化目标，0表示达到了优化目标， 下面还列出了各优化变量的值，当优化结束时还会打开 图形显示窗口。 在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的 Simulate -> Update Optimization Values保存优化后的 变量值(在VAR控件上可以看到变量的当前值)，否则优化 后的值将不保存。
创建新的工程文件（续）
同时原理图设计窗口打开
资料仅供参考
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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资料仅供参考
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。 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反供参考
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。
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。
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。
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。
实验2功分器的设计制作与调试
观察仿真曲线
优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的曲线。方 法是点击原理图工具栏中的 按钮，然后点击优化控件 OPTIM，则控件上打了红叉表示已经被关掉。 要想使控件重新开启，只需点击工具栏中的 按钮，然 后点击要开启的控件，则控件上的红叉消失，功能也重新 恢复了。 对于原理图上其他的部件，如果想使其关 闭或开启，也可以采取同样的方法。 点击工具栏中的Simulate 按钮进行仿真， 仿真结束后会出现图形显示窗口。
实验二 功分器的设计 制作与调试
（一） 实验目的
了解功率分配器电路的原理及设计方法。 学习使用ADS软件进行微波电路的设计， 优化，仿真。 掌握功率分配器的制作及调试方法。
（二） 实验内容
了解功分器的工作原理。 使用ADS软件设计一个功分器，并对其 参数进行优化、仿真。 根据软件设计的结果绘制电路版图，并 加工成电路板。 对加工好的电路进行调试，使其满足设 计要求。
（五） 电路版图的绘制
仿真完成后要根据结果用Protel软件绘制电路版图， 绘制版图时要注意以下几点
所用电路板是普通的双层板，上层用来绘制电路，下 层整个作为接地。 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。
观察仿真曲线（续）
点击图形显示窗口左侧工具栏中的 按钮，放置 一个方框到图形窗口中，这时会弹出一个设置窗口 (见下页图)，在窗口左侧的列表里选择S(1,1)即S11 参数，点击Add按钮会弹出一个窗口设置单位(这里 选择dB)，点击两次OK后，图形窗口中显示出S11随 频率变化的曲线。 用同样的方法依次加入S22，S21，S23的曲线。 为了准确读出曲线上的值，可以添加Marker，方法 是点击菜单中的Marker -> New，出现Instert Marker的窗口，接着点击要添加Marker的曲线，曲 线上出现一个倒三角标志，点击拖动此标志，可以 看到曲线上各点的数值。
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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。 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。
观察仿真曲线（续）
点击图形显示窗口左侧工具栏中的 按钮，放置 一个方框到图形窗口中，这时会弹出一个设置窗口 (见下页图)，在窗口左侧的列表里选择S(1,1)即S11 参数，点击Add按钮会弹出一个窗口设置单位(这里 选择dB)，点击两次OK后，图形窗口中显示出S11随 频率变化的曲线。 用同样的方法依次加入S22，S21，S23的曲线。 为了准确读出曲线上的值，可以添加Marker，方法 是点击菜单中的Marker -> New，出现Instert Marker的窗口，接着点击要添加Marker的曲线，曲 线上出现一个倒三角标志，点击拖动此标志，可以 看到曲线上各点的数值。
观察仿真曲线
版图的仿真
如果版图仿真得到的曲线不满足指标要求， 那么要重新回到原理图窗口进行优化仿真， 可以改变优化变量的初值，也可根据曲线与 指标的差别情况适当调整优化目标的参数， 重新进行优化。 在返回原理图重新优化时，要先使刚才打红 上叉的部件恢复有效，然后才能进行优化， 之后重复前面所述的过程，直到版图仿真的 结果达到要求为止。
版图的仿真（续）
为了进行S参数仿真还要在功分器两侧添加两个端 口，做法是点击工具栏上的Port 按钮，弹出port 设置窗口，点击OK关闭该窗口，在滤波器两边要加 端口的地方分别点击加上两个port。 电阻要替换成薄膜电阻 ，在 中选取，否则无法用矩量法进行仿真，注意薄膜电 阻的宽度要和连接的微带线一致，不要忘记在 substrate中的metallization layers中加入薄膜电阻 所在的层。
功分器的设计范文
功分器的设计范文功分器是一种常见的无线通信电路元件，用于将输入信号分配到多个输出端口上，常用于天线阵列、无线信号接收和传输系统中。
功分器的设计需要结合具体的应用需求和性能指标，本文将从功分器的基本原理、设计流程和优化方法等方面进行详细探讨。
1.功分器的基本原理：功分器的基本原理是将输入信号经过特定的网络分配到多个输出端口上，使得每个输出端口上的功率尽可能相等。
常见的功分器有微带功分器和负荷耦合功分器两种类型。
微带功分器由微带线和阻抗变换网络组成，通过微带线上的特定尺寸和形状来实现不同端口的功率分配。
负荷耦合功分器则是通过负荷和相应的耦合元件来实现功率的分配。
2.功分器的设计流程：(1)确定应用需求：首先需要明确功分器的工作频率范围、输入和输出阻抗、功率分配比等参数，以确定功分器的基本设计要求。
(2)选择功分器类型：根据应用需求和性能指标选择合适的功分器类型，如微带功分器或负荷耦合功分器。
(3)设计网络参数：根据所选功分器类型，设计微带线或耦合元件的尺寸和参数。
(4)优化设计：通过仿真和实验等方法对功分器进行优化设计，使得功率分配更加均匀，并满足其他性能要求。
(5)制作和测试：根据设计完成PCB板的制作，并进行实测，验证设计的性能指标和工作频率范围。
3.功分器的优化方法：(1)耦合元件的优化：负荷耦合功分器中，耦合元件的参数对功率分配有较大影响，可以通过仿真和试错法来得到较优的耦合元件参数。
(2)反馈网络的设计：通过添加适当的反馈网络，可以改善功分器的频率响应和工作稳定性。
(3)多级结构的设计：将多个功分器级联，可以实现更细致的功率分配和增强功分器的带宽性能。
(4) 调控电路的设计：通过添加可调控的电路结构，如 PIN diode 或变容二极管等，可以实现功分器的可调功分功能。
(5)高精度制作工艺：利用先进的微加工技术和高精度制作工艺，如光刻和无线电频率电子束均匀在生长环境的真空中被扫描的实验技术（EBL），可以提高功分器的性能和稳定性。
功分器的设计
功分器现在有如下几种系列[11]：1、400MHz-500MHz 频率段二、三功分器，应用于常规无线电通讯、铁路通信以及450MHz 无线本地环路系统。
2、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四微带系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。
3、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。
4、1700MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于PHS/WLAN 室内覆盖工程。
5、800MHz-1200MHz/1600MHz-2000MHz 频率段小体积设备内使用的微带二、三功分器。
这里介绍几种常见的功分器：一、威尔金森功分器 我们将两分支线长度由原来的4λ变为43λ，这样使分支线长度变长，但作用效果与4λ线相同。
在两分支线之间留出电阻尺寸大小的缝隙，做成如图1-1所示结构。
图1-1 威尔金森功分器二、变形威尔金森功分器将威尔金森功分器进行变形，做成如图1-2所示结构。
两圆弧长度由原来的4λ变为43λ，且将圆伸展开形成一个近似的半圆。
每个支路通过2λ传输线与隔离电阻相连，这样做虽然会减小电路的工作带宽，但使输出耦合问题得到了解决，而且可以用于不对称，功分比高的电路，隔离电阻的放置更加容易，且两支路间的距离足够大，在输出口可直接接芯片。
图1-2 变形威尔金森功分器三、混合环混合环又称为环形桥路，它也可作为一种功率分配器使用。
早期的混合环是由矩形波导及其4个E-T 分支构成的，由于体积庞大已被微带或带状线环形桥路所取代。
图1-3为制作在介质基片上的微带混合环的几何图形，环的平均周长为 23g λ，环上有四个输出端口，四个端口的中心间距均为4g λ。
环路各段归一化特性导纳分别为a, b, c ，四个分支特性导纳均为0Y 。
这种形式的功率分配器具有较宽的带宽，低的驻波比和高的输出功率。
实验二 功率分配器的测量
太原理工大学现代科技学院微波技术与天线课程实验报告专业班级学号姓名指导教师实验名称 功率分配器的测量 同组人 专业班级 学号 姓名 成绩当一路传输线要分成多路时，就得用上功率分配器。
常用的为等功率分配器，最简单的是两路。
功率器反过来也作合成器用，这里只谈功分器。
功率器有如下几项指标： 主路驻波比 各支路端接匹配负载时，由主路测出的驻波比。
各支路的衰减与差损 衰减为理论值，实测值与理论值之差为差损。
各支路的隔离度 在主路端接匹配负载后，两支路之间的差损为隔离度。
各支路的相移差 有的功分器有此要求。
一、实验目的 了解功分器的外部特性，知道各个指标的测量方法。
二、实验准备 PNA362X 及全套附件，两路功分器一只，负载两只。
按功分器的使用频率设置扫频方案。
点数不要超过21点，否则数据太多。
三、测量步骤 1、主路驻波比测量 仪器按上图测回损连接，电桥测试端口街上双阳连接器一只，即以双阳为新的测试端口，按执行键校开路； 在双阳口上接上阴短路器，按执行键校短路。
要求高时，可用阴短路负载进行校零； 拔下短路器，接上功分器的主路输入插座，各支路端接匹配负载。
此时屏幕……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………上已出现输入阻抗轨迹，看不清时可按↓键换挡。
按菜单键，选驻波返回。
看不清是可按↓键换挡；记录。
2、各支路的幅相特性仪器按测插损连接，在仪器输出口上各接一根短电缆。
两电缆末端各接一只10dB衰减器，再用一个双阴连接起来；按执行键校直通，再按菜单键选相损返回；拔下双阴，将两根电缆带衰减器的一端，分别接到功分器的主路与某一支路上，另一支路接上匹配负载。
记下插损和相位；交换两支路的连接，记下插损和相位。
3、两只路的幅相差异两只路的幅相差异可通过上述数据进行计算，但最好用下法进行测量。
保持前面主路进，某一支路出的接法不变，按复位键复位后校直通；交换两只路的连接，记下另一路的插损和相位。
微波_功分器实验报告.
Harbin Institute of Technology微波技术基础实验报告实验名称：功分器的设计与调试院系：电气学院测控技术与仪器班级：报告人：HITJIYAO学号：指导教师：时间：2013年12月13日哈尔滨工业大学一、实验目的1．了解功率分配器电路的原理；2．学习使用ADS 软件进行微波电路的设计，优化，仿真；3．掌握功率分配器的设计及仿真、调试方法。
二、实验内容1. 了解功分器的工作原理；2. 使用ADS 软件设计一个功分器，并对其参数进行优化、仿真。
三、功分器的技术指标频率范围通带内功分比通带内各端口反射系数通带内两输出端口间的隔离度通带内传输损耗四、功分器的原理功分器，全称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。
一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。
功率分配器通常有二、三、四端口等的功分器。
五、功分器的设计图1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。
图1因为功分器的两臂是对称的，所以S21=S31、S22=S32，即不必考虑S31 和S32两个参量。
图中的连接电阻的作用为：当不匹配时，使反射功率消耗在此电阻上，从而不影响微带线。
六、利用ADS软件设计微带线形式功分器本次实验共需要设计两种不同参数指标的等功率分配器：1. 设计指标工作频率1.6GHz~2.0GHz工作频率内S11小于-20dB工作频率内S21大于-3.1dB工作频率内S22和S23小于-10dB微带线基板的厚度为0.5mm微带线基板的相对介电常数为4.2各个端口传输线的特性阻抗采用50Ω1.1 原理图设计如图2图2 等功率分配器的微带电路图设置参数：Type选择为MLIN，计算微带线Er=4.2，基板相对介电常数为4.2Mur=1，相对磁导率为1H=0.5mm，基板厚度为0.5mmHu=1.0e+033mm，微带线封装高度为1.0e+033mmT=0.5mm，微带线导体层厚度为0.05mmCond=4.1E+7，导体电导率为4.1E+7TanD=0.0003，微带线损耗角正切Rough=0mm，微带线表面粗糙度Freq=1.86GHz，计算时采用中心频率Z0=70.71Ohm，计算时特性阻抗采用50 2ΩEEff=90deg，计算时微带线长度采用，也即采用90deg相移单击Synthesize按钮，在LineCalc计算窗口中显示计算结果如下微带线宽度: W=0.48mm微带线长度：L=24.33mmLineCalc计算窗口图3同理，计算特性阻抗为50Ω的微带线宽度，参数设置为Z0=50Ohm，其余与前面一样，计算结果：W=0.94mm。
功分器的设计制作与调试42页PPT
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
功分器的设计制作与调试
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
实验1-功率分配器设计
实验一：第四章功率分配器设计一、设计要求设计一个2路等分功率分配器，采用微带电路结构。
输入端特性阻抗Z＝50Ω，工作频率f0＝3GHz，要求S11、S23＜-30dB:基板参数＝9.8，H＝1000um，T＝18um。
基本内容:测量特性指标S11、S21、S23(单位dB)与频率(0.5f0～1.5f0)的关系曲线。
调节微带线的尺寸，使功分器的性能达到最佳。
进阶内容:进行版图设计，包括元件封装、布线调节，尤其是 MTRACE2元件的布线扩展内容:利用自动电路提取(ACE)技术，提取电磁模型，进一步缩小版图尺寸。
二、实验仪器硬件：PC软件：AWR软件三、设计步骤1、初始参数计算2、物理参数计算3、电路图仿真分析4、版图设计与仿真5、电磁提取分析四、数据记录及分析1、初始参数计算根据书上提供的数据2、物理参数计算用TXline计算的结果如下表：Para Impedance/ΩElectrical length/deg L/um W/um Z01 50 20 2159.34 952.279 Z02,Z03 50√2≈70.7107 90 10055 405.969 Z04,Z05 50 20 2159.34 952.279 R 100 \ \ \3、电路图仿真分析（1）绘制原理图（2）分析电路4、版图设计与仿真（1）电阻封装如下图：激活并选中元件，自动连接，如下图：（2）版图细调，如下图：（3）版图对比分析：得到MTRACE2 X1元件参数值为：DB { 4097,1256,2364 }um，RB { 270,180,270 }，W=406，L=10695，BType=2，M=1 对比图如下：5、电磁提取分析（1）ACE分析提取出的电磁结构如下：进行电磁电路联合仿真得到，如下图：实线和阴影线重合，即是ACE提取和无提取一样。
版图最小化调整：2D结构：提取三维电磁电路模型结构：进一步压缩尺寸分析结果：（2）AXIEM分析2D结构展示：3D结构展示：Mesh结构展示：最终分析结果展示：。
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实验二、功分器的设计制作与调试（一）实验目的了解功率分配器电路的原理及设计方法。
学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。
掌握功率分配器的制作及调试方法。
（二）实验内容了解功分器的工作原理。
使用ADS软件设计一个功分器，并对其参数进行优化、仿真。
根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。
对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。
（三）功分器的技术指标通带内各端口反射系数通带内两输出端口间的隔离度通带内传输损耗通带内功分比通带内相位平衡度（四）用ADS软件设计功分器本节内容是介绍使用ADS软件设计功分器的方法：包括原理图绘制，电路参数的优化、仿真，版图的仿真等。
下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使用方法。
ADS软件的使用启动ADS进入如下界面创建新的工程文件点击File->New Project设置工程文件名称（本例中为divider）及存储路径点击Length Unit设置长度单位为毫米工程文件创建完毕后主窗口变为下图同时原理图设计窗口打开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。
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。
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。
生成功分器的原理图在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏窗口左侧的工具栏变为右图所示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。
）功分器的原理图示例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)微带线计算工具功分器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具得到。
填入50 Ohm可以算出微带线的线宽1.52 mm。
填入70.7 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽0.79 mm和长度42.9 mm(四分之一波长)。
设置微带器件的参数双击每个微带线设置参数，W、L分别设为相应的变量或常量，单位mm，注意上下两臂的对称性。
添加变量单击工具栏上的VAR 图标，把变量控件VAR放置在原理图上，双击该图标弹出变量设置窗口，依次添加W，L参数。
中间微带线的长度大约为四分之一波长(根据中心频率用微带线计算工具算出)，各个线宽的初始值可以用微带线计算工具算出，微带线的宽度最窄只能取0.2 mm(最好取0.5 mm以上)。
S参数仿真电路设置在原理图设计窗口中选择S参数仿真的工具栏选择Term 放置在功分器三个端口上，用来定义端口1、2和3，点击图标，放置三个地，并按照下页图连接好电路。
选择S参数扫描控件放置在原理图中，并设置扫描的频率范围和步长，频率范围根据功分器的指标确定。
优化目标的设置在原理图设计窗口中选择优化工具栏选择优化设置控件放置在原理图中，双击该控件设置优化方法及优化次数。
⏹常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。
⏹随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛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。
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。
点击工具栏中的Simulate 按钮就开始进行优化仿真了。
在优化过程中会打开一个状态窗口显示优化的结果(见下页图)，其中的CurrentEF表示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近优化目标，0表示达到了优化目标，下面还列出了各优化变量的值，当优化结束时还会打开图形显示窗口。
在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的Simulate -> Update OptimizationValues保存优化后的变量值(在VAR控件上可以看到变量的当前值)，否则优化后的值将不保存。
观察仿真曲线优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的曲线。
方法是点击原理图工具栏中的按钮，然后点击优化控件OPTIM，则控件上打了红叉表示已经被关掉。
要想使控件重新开启，只需点击工具栏中的按钮，然后点击要开启的控件，则控件上的红叉消失，功能也重新恢复了。
对于原理图上其他的部件，如果想使其关闭或开启，也可以采取同样的方法。
点击工具栏中的Simulate 按钮进行仿真，仿真结束后会出现图形显示窗口。
点击图形显示窗口左侧工具栏中的按钮，放置一个方框到图形窗口中，这时会弹出一个设置窗口(见下页图)，在窗口左侧的列表里选择S(1,1)即S11参数，点击Add按钮会弹出一个窗口设置单位(这里选择dB)，点击两次OK后，图形窗口中显示出S11随频率变化的曲线。
用同样的方法依次加入S22，S21，S23的曲线。
为了准确读出曲线上的值，可以添加Marker，方法是点击菜单中的Marker -> New，出现Instert Marker的窗口，接着点击要添加Marker的曲线，曲线上出现一个倒三角标志，点击拖动此标志，可以看到曲线上各点的数值。
观察S参数曲线是否满足指标要求，如果已经达到指标要求，就可以进行版图的仿真了。
版图的仿真是采用矩量法直接对电磁场进行计算，其结果比在原理图中仿真要准确，但是它的计算比较复杂，需要较长的时间，在此作为对原理图设计的验证。
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。
用于生成版图的原理图版图仿真的窗口版图的仿真版图生成后先要设置微带电路的基本参数(即原理图中MSUB里的参数)，方法是点击版图窗口菜单中的Momentum -> Substrate -> Update From Schematic从原理图中获得这些参数，点击Momentum -> Substrate -> Create/Modify可以修改这些参数为了进行S参数仿真还要在功分器两侧添加两个端口，做法是点击工具栏上的Port按钮，弹出port设置窗口，点击OK关闭该窗口，在滤波器两边要加端口的地方分别点击加上两个port。
电阻要替换成薄膜电阻，在中选取，否则无法用矩量法进行仿真，注意薄膜电阻的宽度要和连接的微带线一致，不要忘记在substrate中的metallization layers中加入薄膜电阻所在的层。
点击Momentum -> Simulation -> S-parameter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)。
仿真运算要进行数分钟，仿真结束后将出现曲线显示窗口，观察S参数曲线，性能有不同程度的恶化。
观察仿真曲线版图的仿真如果版图仿真得到的曲线不满足指标要求，那么要重新回到原理图窗口进行优化仿真，可以改变优化变量的初值，也可根据曲线与指标的差别情况适当调整优化目标的参数，重新进行优化。
在返回原理图重新优化时，要先使刚才打红上叉的部件恢复有效，然后才能进行优化，之后重复前面所述的过程，直到版图仿真的结果达到要求为止。
（五）电路版图的绘制仿真完成后要根据结果用Protel软件绘制电路版图，绘制版图时要注意以下几点⏹所用电路板是普通的双层板，上层用来绘制电路，下层整个作为接地。
⏹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。
（六）功分器电路的调试对照设计的版图检查、测量加工好的电路板上各段微带线的实际尺寸，并作记录。
将电阻焊到电路板上，并把电路板安装到测试架上。
按下面的测试框图用网络分析仪（型号为Agilent 8714ES）对功分器的各项指标进行测试（网络分析仪的使用参照仪器说明书）。
功分器有三个端口，当任意两个端口接网络分析仪时，第三个端口要接匹配负载。
需要测试的参数主要有以下几个⏹S11，S22，S33：输入、输出端口的反射系数⏹S21，S31：正向传输系数，要测幅度及相位⏹S23，S32：两输出端口的间隔离度根据S21，S31的幅度和相位可以得到两个输出端口的功分比以及相位平衡度。
观察网络分析仪测量的结果是否达到指标要求并与前面仿真的结果做比较。
把实际测量的电路尺寸置于ADS软件中进行仿真，把结果与实际测量结果相比较。
如果测试结果与设计要求相差过多，则需对电路进行调整，直至重新进行设计、制版。
思考题当这种形式的功分器作为功率合成器使用时，如何测试各项指标？如果技术指标难以达到，如何修改电路拓扑结构？另外还有哪些电路拓扑形式可以采用？。