实验七、定向耦合器设计与仿真

依次点击“oK”，最后得到”VAR”控件的参数设置如图，点击”OK”。
2、双击原理图中“Mlang”控件修改W,S参数为变量形式。
3、单击元件窗口面板选择” 将“optim”和”GOal”两控件拖入电路窗口，共设三个 优化目标，再复制两个“Goal” 。分别对这这个控件 进行设置，如图。
点击仿真按钮，结果如图。将w=1.22,S=1.24,代入控件VAR中，将优化的四个 控件关闭，再重新仿真得仿真数据如图。
电路版图
D
10 log
P4 P3
20 log
S41 S31
(dB)
⑷、插入损耗：直通端口②的输出功率P2和输入端口①的输入功率P1之比。
IL
10
log
P2 P1
20 log
S21
(dB)
⑸、输入驻波比：端口②、③、④都接匹配负载时的输入端口①的驻波比。
1 S11
1 S11
⑹、工作带宽：定向耦合器的C、I、D、ρ等参数均满足要求的工作频率范围。
由于H=15mil，所以得W=1.605mil,S=1.065mil。中心频率f0=12GHz，所以 L=100mil。用这些参数对电路图中的“Mlang”双击设置相应参数（w2对应 耦合器四个端口50Ω的微带线宽度，计算得到14.75mil)。
8、同样对S参数扫描参数进行相应设置。如图
单击仿真，添加数据S(1,1) ,S(3,1) S(4,1),显 示窗口。
④ 隔离
Z0 λ/4
s
Z0 w
② 直通
输入 ① Z0
③
Z0
耦合
Lange结构
1、耦合器工作原理
结构如图，端口1的输入功率一部分直接传输给直通端口2、另一部分 耦合到耦合端口3，理想情况下，没有功率从隔离口输出。另外直通口与耦 合口之间有900的相位差。Z0为输入输出微带线的宽度，S为微带线之间的 间距，λ/4为工作带宽中心频点处的四分之一波长。影响耦合系数C的参数
D= S(4,1)/S(3,1)（主要求耦合器的定向性），如图完成后“OK”。
6、微带参数设置 微带介质选用氧化铝作为微带线的介质基板，微带线基本参数设置双击
原理图中”MUSB”控件，各参数设置如下图。设置完成，点击“OK”结束。
7、Lange耦合器的参数设置。
使用εr=9.6氧化铝基板制作3dB Lange耦合器时，有如下的经验公式： W/H=0.107, S/H=0.071, L=λ/4
四、设计及仿真过程：
1、在主窗口菜单栏新建工程lange_coupler。单位：mil(1mil = 0.0254mm 或39.37007874015748mil = 1mm. ) 2、在lange_coupler工程中建一个名为lange_coupler_1的原理图。 3、在元件面板列表中选择“TLines-Microstrip”元件库，加入如下元件。
微带Lange耦合器
微带基片
4、执行菜单命令“insert→template”，打开”insert template”对话框，选择 “S_params”,在单击”OK”,见如图，在复制两个端口，将相应元件连接起来 得到如图电路。
5、在元件面板中选择“Simulation-Envelope”元件库，插入”MeasEqn”元件 再双击“MeasEqn”元件，弹出：Simulation Measurement Equation“对话框， 然后再”Meas”文本框输入”Ratio=S(2,1)/S(3,1)（主要用于显示端口2、3输出 的相位）和 Swr=vswr(S(1,1))（主要求端口1的驻波比）
有线宽比率W/H、缝隙宽度比率S/H、基板介电常数εr，导体厚度比率T/H
和频率。这5个参数的微小变化会导致耦合器奇偶模阻抗发生相应变化，但 影响最大的是缝隙宽度S和导体厚度T。（H为微带线厚度）
s
④ 隔离
Z0
② 直通
Z0
w
λ/4
输入 ① Z0
Z0
③ 耦合
H
T
Lange结构
2、定向耦合器的基本性能指标
五、Lange耦合器的没有达到设计指标的理想要求，所以 还需要对耦合器进行参数优化。由于微带线参数确定下，只有调整W和S才 能实现优化调整，下面对这两个参数进行相应优化处理。
1、在原理图中插入变量控件”VAR”，设置相应变量W和S，点击应用。选
择w，单击
，设置如图。
三、实验内容：
1、利用ADS提供的Lange模块进行电路和版图设计与仿真，其指标要求如下： ⑴频带范围：0~20GHz， ⑵中心频率：f0=12GHz， ⑶在8~16GHz的倍频程内的输入驻波比：ρ<1.2， ⑷在中心频点f0=12GHz 处的插损和耦合度：2.9dB<IL=C<3.1dB。 ⑸在8~16GHz的倍频程内的定向度：D>17dB ⑹在8~16GHz的倍频程内的隔离度：I>20dB
⑴、耦合度：耦合口③的输出功率P3和输入端口①的输入功率P1之比。
C
10 log
P3 P1
20 log
S31
(dB)
⑵、隔离度：隔离端口④的输出功率P4和输入端口①的输入功率P1之比。
I
10 log
P4 P1
20 log
S41
(dB)
⑶、定向度：隔离端口④的输出功率P4和耦合端口③的输入功率P3之比。
实验二、定向耦合器设计与仿真
一、实验目的：
1、学习定向耦合器设计原理； 2、学习利用ADS进行定向耦合器仿真设计。
二、实验原理：
定向耦合器是一个四端口网络器件，分为输入口、直通口、耦合口和 隔离口。可以设计为任意输出功率分配比，本设计为典型的Lange耦合器， 是具有较强性能耦合器件。常用于平衡放大器、功率放大器和平衡混频器 中。