基于ads传统wilkinson功分器设计与仿真

摘要摘要本文对一个等分威尔金森功分器进行了仿真，分析了功分器的基本原理，介绍了ADS软件基本使用方法，并选择了频率范围：0.9～1.1GHz，频带内输入端口的回波损耗：C11>20dB，频带内的插入损耗：C21<3.1dB,C31<3.1dB，两个输出端口间的隔离度：C23>25dB为设计指标的等分威尔金森功分器。

先进行威尔金森功分器原理图的设计，再用ADS软件进行原理图仿真，得出的结论采用理论计算的结果作为功分器参数时，功分器并没有达到所需设计的指标，所以要对功分器的各个参数进行优化。

优化后所得到的最佳数据保存以后再进行功分器版图的仿真，各项指标基本达到设计所需的要求。

关键词：仿真，威尔金森功分器，ADS，优化ABSTRACTABSTRACTIn this paper a power dividers quintiles Wilkinson is simulated, and analyzes the basic principle of power dividers, introduces the basic use ADS software method, and choose the frequency range: 0.9～GHz, frequency band 1.1 input ports C11 > 20dB return loss:, frequency band insertion loss: C21 < 3.1 dB, C31 < 3.1 dB, between the two output port C23 > 25dB isolation ratio: for the design index equal power dividers Wilkinson. First conducts the power dividers Wilkinson schematic design, reoccupy ADS software simulation principle diagram, the conclusion of the theoretical calculation result as parameters when power dividers power dividers did not reach the required design to index, so the power dividers various parameters were optimized. After optimization of the best data preserves received after power dividers again, and all the indexes of simulation territory to meet the design requirements of basic required.Key words：Simulation Wilkinson Power dividers ADS optimization目录目录第1章引言 (1)1.1 功分器的发展概述 (1)1.2本次设计的主要工作 (3)第2章功分器的技术基础 (4)2.1基本工作原理 (4)2.2 功分器的技术指标 (6)第3章 ADS介绍 (8)3.1 ADS发展概述 (8)3.2 ADS 的仿真设计方法 (9)3.3 ADS的辅助设计功能 (10)3.4 ADS与其他EDA软件和测试设备间的连接 (15)3.5 ADS应用结论 (15)第4章功分器的原理图设计、仿真与优化 (16)4.1等分威尔金森功分器的设计指标 (16)4.2建立工程与设计原理图 (16)4.3基本参数设置 (16)4.4功分器原理图仿真 (19)4.5功分器的电路参数的优化 (26)第5章功分器版图的生成与仿真 (28)5.1功分器版图的生成 (28)5.2功分器版图的仿真 (34)第6章结论 (37)参考文献 (38)致谢 (35)外文资料原文 (36)译文 (44)主要符号表1P ...................................................1端口的输入功率 2P ...................................................2端口的输出功率 3P ...................................................3端口的输出功率 0Z ..................................................输入端口特性阻抗 02Z ..........................................4λ分支微带线的特性阻抗 03Z ..........................................4λ分支微带线的特性阻抗 2R .................................................2端口接的负载电阻 3R .................................................3端口接的负载电阻 2U .....................................................2端口输入电压 3U .....................................................3端口输入电压 2in Z ....................................................2端口输入阻抗 3in Z ....................................................3端口输入阻抗 r P ..........................................................反射功率 i P ..........................................................入射功率 11S .....................................端口2匹配时，端口1的反射系数 21S .........................端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数 31S .........................端口3匹配时，端口1到端口3的正向传输系数 11C ..........................................................回波损耗 21C ..........................................................插入损耗 31C ..........................................................插入损耗 23C ...........................................................隔离度第1章引言1.1 功分器的发展概述功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的微波网络，广泛应用于雷达、多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。

《基于ADS的射频功率放大器设计与仿真》篇一一、引言随着无线通信技术的快速发展，射频功率放大器（RF Power Amplifier, RPA）在通信系统中扮演着至关重要的角色。

射频功率放大器负责将低功率信号放大至适合传输的功率水平，从而保证通信的质量和稳定性。

为了设计一款性能优异的射频功率放大器，并确保其在实际应用中具有良好的效果，基于ADS（Advanced Design System）的射频功率放大器设计与仿真变得尤为重要。

本文旨在详细阐述基于ADS的射频功率放大器设计与仿真的全过程，并通过具体的案例来验证设计的有效性和准确性。

二、设计需求及理论基础在开始设计之前，首先需要明确射频功率放大器的设计需求，包括工作频率、增益、输出功率、效率以及线性度等。

接着，了解射频功率放大器的基本工作原理及主要类型，如场效应管（FET）和双极晶体管（BJT）等。

根据需求选择合适的类型和拓扑结构，如Doherty结构、多级级联等。

同时，还需要掌握ADS 软件的使用方法和设计流程。

三、基于ADS的设计过程1. 原理图设计在ADS中创建新的原理图设计项目，并绘制出相应的电路图。

根据需求和理论基础，合理布局元件，包括滤波器、耦合器、输入输出电路等。

注意确保电路的稳定性和可靠性。

2. 参数设置与仿真根据设计需求，设置电路的仿真参数，如电源电压、工作频率等。

然后进行仿真分析，包括小信号S参数仿真、大信号仿真等。

通过仿真结果来验证设计的可行性和性能指标是否满足要求。

3. 优化与调整根据仿真结果，对电路进行优化和调整。

这包括对元件参数的微调、电路拓扑的改进等。

反复进行仿真和优化，直至达到预期的性能指标。

四、仿真结果与分析1. 仿真结果展示将优化后的设计进行仿真，得到射频功率放大器的各项性能指标。

包括增益、输出功率、效率、线性度等。

通过图表和曲线来展示仿真结果。

2. 结果分析对仿真结果进行分析和评估。

首先，对比实际需求与设计目标，检查各项性能指标是否满足要求。

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。

威尔金森功分器设计与仿真威尔金森功分器（Wilkinson Power Divider）是一种常用的微波功分器，广泛应用于无线通信和雷达系统中。

它能将输入信号均匀地分配到两个输出端口，并且具有较宽的工作频率范围和较低的插入损耗。

本文将介绍威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。

1.威尔金森功分器的设计原理```┌─Z1─┐RF in ─┤ ├─ Z2 ─ RF out1├─Z0─┤└─Z3─┘RF out2```其中，RF in为输入端口，RF out1和RF out2为输出端口，Z0为特征阻抗，Z1和Z2为等效阻抗，Z3为耦合阻抗。

在设计过程中，首先需要确定特征阻抗Z0的数值，一般为50欧姆。

然后，根据所需的功分比例，计算等效阻抗Z1和Z2的数值。

最后，选择合适的耦合阻抗Z3，使得整个电路达到最佳的工作性能。

2.威尔金森功分器的仿真方法首先，打开ADS软件并创建一个新的工程。

然后，在工程中添加一个新的设计，选择“Schematic”类型。

在Schematic设计界面中，依次添加所需的元件，包括传输线、阻抗匹配器和耦合器。

其中，传输线用于连接输入端口和输出端口，阻抗匹配器用于实现输入和输出的阻抗匹配，耦合器用于实现信号的均匀分配。

接下来，设置传输线的特性阻抗和长度，以及阻抗匹配器和耦合器的阻抗数值。

通过调整这些参数，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。

完成电路设计后，可以进行仿真和优化。

选择“Simulation”菜单，设置仿真参数，如频率范围和步长。

然后，运行仿真并得到结果。

根据仿真结果，可以评估电路的性能，并进行优化。

如果需要改变功分比例或工作频率范围，可以调整各个元件的数值，并重新运行仿真。

最后，完成电路设计和优化后，可以进行PCB布局和封装设计。

根据实际需求，选择合适的材料和尺寸，并进行布局和封装设计。

总结：本文介绍了威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。

通过合理选择和调整各个元件的数值，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。

实验一Wilkinson 功率分配器的仿真2013级电信2班20131305047 王庭哲一、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HFSS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、实验原理在微波电路中，为了将功率按一定比例分成两路或多路，通常使用功率分配器。

图1即为一个典型的带有负载是一分二微带型功率分配器电路图。

图1 微带功分器电路图当信号从端口1输入时，功率从端口2和端口3输出，只要设计恰当，输出可按一定比例分配，并保持电压同相，电阻R上无电流，不吸收功率。

若端口2或端口3稍有失配，则有功率反射回来，为电阻所吸收。

从而保证两输出端有良好的隔离，并改善输出端的匹配。

设端口3和端口2的输出功率比为k2，即同时由于端口1到端口2与端口1到端口3的线长度相等，故端口2的电压V2与端口3的电压V3相等，即V2=V3。

又因为端口2和端口3的输出功率与电压的关系为将式(2)代入式(1)中，得式中：Z2和Z3为端口2和端口3的输出阻抗，若选择可满足式(3)，为了保证端口1匹配，应有同时，考虑到则所以为了端口2与端口3隔离，即端口2或端口3的反射波不会进入端口3或端口2，可选在实际情况下，输出端口的阻抗也是Z0，因此，采用四分之一波长阻抗变换器，在端口2和端口3各加一段传输线，特性阻抗分别为如果是等功率分配器，则P2=P3，k=1，于是有三、实验步骤（一）HFSS建模过程1.新建工程power divider并设立参数2.绘出底板参数如图3.绘出地板4.在底板上添加微带线5.添加隔离电阻隔离电阻参数6.添加端口7.添加空气盒子盒子参数隔离电阻微带线地板空气盒子端口（从上至下分别为1,2,3）仿真设置四、实验结果及分析1.由一图可以看出曲线S(2,1)接近3dB，即S（2,1）基本满足要求2.由图二可知三个端口的匹配状况S(1,1) S(2,2) S(3,3)在理想状况下反射系数应为0即负无穷dB。

实验二：wilkinson 功分器设计报告一、实验目标1. 掌握功分器的原理及基本设计方法。

2. 学会使用电磁仿真软件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，提高动手设计能力。

二、实验要求1. 充分做好实验前的准备工作，认真学习电磁仿真软件ADS 。

2. 掌握微波器件和微波测试仪器的使用方法，以免损坏器件和仪器。

3. 分析仿真结果与测试结果，记录必要数据。

三、设计思路四、理论设计：Wilkinson 功率分配器有三端口网络构成，如下图，信号由端口1输入，端口2和端口3输出。

理想3dB 微带wilkinson 功率分配器的散射参量为 S=-1/因为S11=S22=S33=0，所以理想状态下在中心频率，三个端口是完全匹配的。

因为S21=S31=-j/ ，所以在端口1有输入而其他端口匹配时，端口2和端口3有等幅同相的输出，并且都比输入信号之后90度，这说明这是一个功分比为1的3dB 功率分配器。

因为S23=S32=0,所以这个功率分配器两个支路是完全隔离的。

因为有 段，所以这个功率分配器不是带宽器件。

功分器的技术指标主要包括频率范围、端口电压驻波比或回波损耗、输入输出间的传输损耗、输出端口间的隔离度。

1.频率范围频率范围是各种射频和微波电路工作的前提，功率分配器的设计结构和尺寸大小与工作频率有密切关系，必须首先明确功分器的工作频率，才能进行具体的设计工作。

本实验取，中心频率f0=1GHz 带宽BW ：0.9GHz —1.1GHz 。

2.端口的电压驻波比（回波损耗）理论设计ADS 软件仿真加工制作实验测试调试修正端口的电压驻波比或反射系数是射频和微波电路的一个重要指标，它反映了端口的匹配状况。

端口1，端口2和端口3的电压驻波比或反射系数，分别有散射参量S11，S22，S33决定。

其中端口1的电压驻波比为用同样方法可以测得端口2和端口3的电压驻波比和回波损耗。

3.输入输出时间的传输损耗定义为输出端口2（端口3）的输出功率P2(P3)和输入端口1的输入功率P1之比，记为输入输出时间的传输损耗是由于传输线的介质或者导体不理想等原因导致的，介质的损耗角正切和导体的电导率是形成损耗的原因。

Z 03 Z 0 (1 K 2 ) K 3 ;
R
(1 K 2 ) Z0 ” K
2. 威尔金森功分器技术指标 频率范围，中心频率 f0 和带宽 BW 频带内输入端口的回波损耗，C11 频带内的插入损耗，C21，C31 两个输出端口之间的隔离度，C23 二、正文 功分器的技术指标主要包括频率范围、端口电压驻波比或回波损耗、输入输出间的传输损耗、输出端 口间的隔离度。 1. ADS 仿真威尔金森功分器 1.1 技术指标如下图所示：
图2
ADS 仿真时的技术指标
1.2 仿真流程： 1.2.1 创建项目和原理图
1.2.2 原理图建模 1）将 MUSB 插入原理图画图区，在画图去双击 MUSB，弹出设置对话框，对微带线设置参数设 置如下：
2 ）在菜单中选择变量 VAR 空间，插入到原理图的画图区，双击空间 VAR ，分别设置四个变量 W50,W70，L1，L2，L3，L4，Lx，分别赋值为 8.2，4.6，11，12，4，13，5。这里取这些值的依据在于下 图所示：
3）
4）
5）画出原理图如下：
6) 原理图的仿真：通过添加 S 参数求解器 SP。对 SP 的设置如下所示：
计算结果如下图：
7) 生成版图： 注：在生成版图前需要关闭与生成版图无关的项目，否则生成会出现各种各样的 bug。 同时，生成版图可以帮助我们很快地检查出那些语法上的错误，如单位错误
这里：L = L1+L2+(W50)/2
图 1 理想 3dB 微带 Wilkinson 功分器示意图 端口 1 输入，端口 2 和 3 作为输出。中间粉色的为隔离电阻。 由于结构对称，各路信号经过的电长度相同，因此在输出端口处于相同的电位，此时隔离电阻不消耗 任何功率。假如信号由于某种原因在输出端口 2 处发生反射，则反射信号功率一部分经过隔离电阻 R 传至 输出端口 3，另一部分功率反射回输入端口，并在支线处再度分配，重新由两支路传输至两个输出端口。由 于阻抗变换线的长度为λ/4，则两路反射信号到达端口 3 时的电长度相差 180 度，所以在端口 3 处，两路信 号幅度相等、相位 相反，彼此相消，从而实现两输出端口之间的相互隔离。对于任意分配比的混合型功率 分配器，隔离电阻的作用相同。 隔离电阻的作用： “从隔离电阻那里开始走起,左右对称,每边都是 1/4 波长,信号走完这两个 1/4 波长 后到达隔离电阻的另一端,但这个时候,在隔离电阻两端信号的电压正好相反,一起走了 1/2 个波长,可以在隔 离电阻上消耗,这样到达另一个端口的信号就没什么了,起到了隔离的作用.”

...................................................1 端口的输入功率 P2 .......................................................2 端口的输出功率 P3 .......................................................3 端口的输出功率 Z 0 .......................................................输入端口特性阻抗 Z 02 ............................................... /4分支微带线的特性阻抗 Z 03 ............................................... /4分支微带线的特性阻抗 R2 .....................................................2 端口接的负载电阻 R3 .....................................................3 端口接的负载电阻 U 2 .........................................................2 端口输入电压 U 3 .........................................................3 端口输入电压 Z in 2 ........................................................2 端口输入阻抗 Z in 3 ........................................................3 端口输入阻抗 Pr ...............................................................反射功率 Pi ...............................................................入射功率 S11 ..........................................端口2 匹配时,端口1 的反射系数 S 21 ..............................端口2 匹配时,端口1 到端口2 的正向传输系数 S 31 ..............................端口3 匹配时,端口1 到端口3 的正向传输系数 C11 ...............................................................回波损耗 C 21 ...............................................................插入损耗 C31 ...............................................................插入损耗 C 23 .................................................................隔离度

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13
功分器的发展趋势
近年来随着我国国民经济和科学技 术的发展，电子信息尤其是无线通信日 新月异，3G还没普及，4G已经崭露头角， 功率分配器不仅应用在射频功率的分配 和合成，在超宽带短脉冲电磁场应用中， 采用阵列天线的技术是提高探测距离是 较为理想的选择，阵列天线的关键技 术——功分器的研制就相当重要。
功分器实物图：
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2
课题任务及主要技术指标
课题任务： 通过功分器的学习，利用ADS仿真软件， 设计一个等分威尔金森功分器，并仿真 得到其各端口的S参数。
等分威尔金森功分器设计主要技术指标： • 频率范围：0.9～1.1GHz • 频带内输入端口的回波损耗：C11>20dB • 频带内的插入损耗：C21<3.1dB,C31<3.1dB • 两个输出ห้องสมุดไป่ตู้口间的隔离度：C23>25dB
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功分器电路结构图
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主要内容
• 首先介绍微带型的功分器的工作原理和 主要技术指标；
• 利用ADS对功率分配器的电路原理图进行 设计、仿真及其优化；
• 为了更加贴近实际电路，在原理图仿真 的基础上，使用矩量法对版图进行进一 步仿真。
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课题研究难点、重点及其 关键是什么？
• 功分器设计的难点功分器微带电路的设 计以及隔离电阻的选择。
• 功分器设计的重点功分器原理图的仿真 及优化
• 功分器设计的关键是电路参数的优化， 以及版图的仿真。
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威尔金森功分器原理图
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原理图生成的功分器版图
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课题完成结果：原理图的S 参数仿真结果
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结论：从图中结果可以看出，采取理论计 算的结果作为功分器的参数时，除了S11参 数外，各项指标都不上十分理想，功分器 在所要求的全频带内隔离度没有达到指标， 并且平坦度较差，并且当频率偏移中心频 率1GHz时，S11参数出现了严重的恶化，所 有还需要对功分器的各个参数进行优化。

传统wilkinson功分器设计与仿真汪学明(华东交通大学南昌330013)【摘要】随着通信技术的加速发展，传统的Wilkinson功分器已经无法满足多频及宽带的技术需求。

基于ADS仿真设计软件，根据传统的功分器原理和结构，设计了一款谐振频率在4.9GHz附近的标准Wilkinson功分器。

【关键词】Wilkinson功分器微带ADS1 引言功分器主要用于功率分配，将一路输入信号分成两路或多路较小的输出功率信号，功分器在微波射频通信电路中有着广泛的应用。

Wilkinson功分器是射频通信系统的关键组成部件之一，近年来随着通信技术的加速发展，传统的Wilkinson功分器已经无法再满足其要求，因为其无法满足多频及宽带的技术需求。

本文设计了一款传统的工作频率在 4.9Hz的Wilkinson功分器。

众所周知，4.9GHz是未来5G网络中心频段，设计这款功分器也是为了能更好地迎合未来的技术需求。

2功分器工作原理微带型功分器的电路结构如图1所示。

图1 功分器电路结构其中，输入端口特性阻抗为Z0；两段分支微带线电长度为λ/4，特性阻抗分别为Z02和Z03，终端分别接负载R2和R3。

功分器各个端口特性如下：◆端口1无反射◆端口2和端口3输出电压相等且同相◆端口2和端口3输出功率比值为任意指定值1/K²故有：1 Z in2+1Z in3=1Z0(1)K2=P3P2,P2=12∗U22R2, P3=12∗U32R3(2)U2= U3(3)由四分之一波长传输线阻抗变换理论得：Z in2∗ R2=Z02,2 Z in3∗ R3=Z032(4)设R2=KZ0，则Z02、Z03、R3为：Z02=Z0√K(1+K2)Z03=Z0√(1+K2)K3,R3=Z0K(5)为了增加隔离度，在端口2和端口3之间再增加一个电阻R，隔离电阻R的阻值为：R=Z0(K+1K)(6)当k=1时，上面的结果化简为功率等分情况。

另外，输出线是与阻抗R2=kZ0和R3=Z0/k匹配的，而不与阻抗Z0匹配。

Wilkinson 功率分配器的设计一、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，提高动手设计能力。

二、实验仪器微波无源试验箱一台、矢量网络分析仪一台、电脑一台、ADS 软件 1套 微波软件三、实验过程及仿真结果1. 创建项目和原理图，并修改相关参数。

使Start=0.6GHz;Stop=1.4GHz;中心频率=1GHz（1）在原理图设计窗口元件面板中选择“TLines-Microstrip ”元件库，选择MSub,并修改它的参数。

（2）选择变量插件VAR ，设置变量W50=8.2、W70=4.6、L1=11、L2=12、L3=4、L4=13、Lx=5。

（3）在“TLines-Microstrip ”选择MLIN 和MTEE,加入MSOBND,并设置数值，连接电路。

2. 原理图优化及仿真（1）选择S 参数仿真元件面板“Simulation-S_Param ”，选择负载终端Term ，Term1为输入端口，Term2、Term3为输出端口，连入功分器。

选择仿真控件SP ，设置参数：Sweep Type 为Linear ；Start=0.6GHz;Stop=1.4GHz;Step-size=0.005GHz.（2）双击VAR，对L1、L2优化（3）选择原理图元件面板的“Optim/Stat/Yield/DOE”,选择Optim、Goal,优化4个目标控件，设置相关数值。

（4）仿真，查看原理图仿真数据。

3.版图生成去掉Term和“接地”及优化控件；选择原理图的“Layout”>“Generate/Update Layout”,默认其设置。

弹出“Status of Layout Generation”,将窗口内容与原理图比较，确认后“OK”，完成版图。

四、实物制作与测试将功分器的版图打印出来，利用刀和尺切割铜箔，切割完后将其黏贴在微波板的相应位置，最后将隔离电阻焊接在功分器的隔离位置处。

2.建立工程与设计原理图
建立工程：这部分主要是对ADS软件的运用。 设计原理图：大致分为五个小的部分，输入端口，两个匹配分支和 两个输出端口。
a) 所用电路元件为“TLines-Microstrip”元件库中的：
： ：一般微带线 ：弧形微带线 ：微带T型结
: 微带基片
: 薄膜电阻
b) 在微带线器件面板中选择MLIN与MTEE插入原理图中，并用导线连接 起来，构成功率分配器的输入端口。双击MLIN、，在弹出的参数设 置窗口中设置MLIN的W=w1mm、L=5mm。用同样的方法设置MTEE的 W1=2mm，W2=w2mm和W3=w1mm。完成参数设置设计出来的输入端口电 路，输入端口的电路连接如图1 所示。
中的功率分配与耦合元件的性能将影响整个系统的通信质量，而 微带功分器在实践应用中显得更为突出。
3.Wilkinson功分器的优点
Wilkionson具有一些独特的优点如下：功分器可以用作合 成器,合成器也可以用作功分器，功率容量较低，可以均分输出设 计或者不均分输出分设计，不可以传输DC，隔离度高。它的这些 优点使它具有相当高的研究价值
图12：由原理图生成的功分器版图
2. 功分器版图的仿真
生成功分器的版图后，为观察功分器的性能，需要在版图里再 次进行S 参数的仿真。参数设置与前面S参数仿真类似。本次功分器 版图的仿真结果如图13所示。可以看出能满足设计指标的要求。
• • •
功分器各个端口特性如下: （1）端口1 无反射 （2）端口2 和端口3 输出电压相等且同相 （3）端口2、端口3 输出功率比值为任意指定值1/ k 2 由这些条件可以确定Z02,Z03及R2,R3的值。由于端口“2”, 1u u “3”的输出功率和输入电压的关系为:P2=， 1 P3= 2R 2R P U U K 因为有：K P 2R 2R 又因为：U2 = U3 R2 K 2 R3 若取： R2 = KZ0 则 R3 =Z0/k 由条件端口1 无反射,即要求由Zin2与Zin3并联而成的总输入阻抗 Z 等于Z0。由于在中心频率处 / 2 则 Zin3 R02 ， Z Z 均为纯电阻， R 1 1 1 2 所以： Z Z Z

基于ADS的功率放大器设计与仿真功率放大器是无线通信系统中重要的组成部分，它在信号传输中起到放大信号功率的作用。

因此，功率放大器的设计与仿真对于无线通信系统的性能至关重要。

本文将基于ADS软件对功率放大器进行设计与仿真，并详细介绍整个过程。

首先，根据需求和设计要求确定功率放大器的工作频率、增益、输出功率等参数。

然后，选择合适的功率放大器拓扑结构。

常见的功率放大器拓扑结构包括共源极、共栅极和共集极。

接下来，利用ADS软件进行功率放大器的设计。

首先，建立电路原理图，包括功率放大器的输入、输出端口、电源、信号源等。

然后，选择合适的器件模型，根据功率放大器的工作频率选择合适的三极管或场效应管模型。

根据电路原理图和器件模型，确定各个元件的参数，如电容、电感、电阻等。

在确定了电路原理图和器件模型后，进行电路仿真。

利用ADS软件的仿真工具，可以对功率放大器的性能进行仿真分析。

首先，进行直流仿真，检查功率放大器的偏置电流、电压是否正常。

然后，进行交流仿真，分析功率放大器的增益、带宽、稳定性等性能指标。

如果发现性能指标不满足需求，可以进行参数优化，调整电路中的元件参数。

除了电路仿真之外，还可以进行功率放大器的电磁仿真。

利用ADS软件的电磁仿真工具，可以分析功率放大器中的电磁场分布、功耗等情况。

通过电磁仿真，可以更好地理解功率放大器的性能，并进一步优化设计。

最后，在功率放大器的设计与仿真完成后，可以进行实际的电路布局与PCB设计。

根据仿真结果，合理布局电路元件，尽量减小电路中的电磁干扰。

根据PCB设计原则，布线电路，保证信号的传输质量。

完成PCB设计后，可以制作实际样机，并通过测试验证设计与仿真结果。

综上所述，基于ADS的功率放大器设计与仿真包括建立电路原理图、选择器件模型、进行电路仿真和电磁仿真等过程。

通过这些步骤，可以有效地设计和优化功率放大器的性能，提高无线通信系统的性能。

宽带Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器的设计与仿真作者：张中雷张任来源：《中国教育技术装备》2009年第15期摘要介绍宽带功分器的设计方法，设计工作频带在1 GHz～3 GHz的微带线功分器，并使用Agilent公司的ADS软件进行仿真，得到理想的结果。

关键词微波器件；微带线；Wilkinson功分器；宽带中图分类号：TN626 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）15-0091-02Design and Simulation of Broadband Wilkinson Power Divider//Zhang Zhonglei, Zhang RenAbstract In this paper, the authors demonstrate the method of design a broadband power divider, and devise a microstrip power divider that works in a frequency range from 1 GHz to 3 GHz, moreover, utilize ADS of Agilent Technologies to simulate, obtain a series of ideal results.Key words microwave device；microstrip；Wilkinson power divider；broadband Author’s address No.722 Research Institution of CSIC, Wu han 4300791 前言在微波系统中，功分器是将输入功率分成等分或不等分的多路功率输出的一种多端口微波器件，将发射功率按一定的比例分配到各发射单元，因此功分器在微波系统中有着广泛的应用[1]。

它的性能好坏直接影响到整个系统能量的分配、合成效率。

微带wilkinson功分器的仿真设计实验报告学院电子科学与工程学院姓名学号指导教师2016年10月21日一、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、设计要求指标● 通带范围0.9 — 1.1GHz 。

● 双端输出，功分比为1:1。

● 通带内个端口反射系数小于-20dB 。

● 两个输出端口的隔离度小于-20dB 。

●传输损耗小于3.1dB 。

三、设计思路图一：设计思路示意图四、理论分析设计1. 基本工作原理分析功率分配器是三端口电路结构，其信号输入端的输入功率为P1，而其它两个输出端的输出功率分别为P2和P3。

理论上，由能量守恒定律可知：P1=P2+P3。

端口特性为：(1) 端口1无反射(2) 端口2和端口3输出电压相等且相同(3) 端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1/k 2 由这些条件可以确定Z o2、Z o3以及R 2、R 3的值。

2.功分器技术指标计算 (1) 输入端口回波损耗理论学习尺寸计算绘制ADS 原理图原理图仿真优化设计版图仿真输入端口1的回波损耗根据输入端口1的反射功率和输入功率之比来计算s11=−10Log(P r P i )(2)插入损耗输入端口1的回波损耗根据输出端口的输出功率和输入端口1的输入功率之比来计算S21=−10Log(P2P1) S31=−10Log(P2P1)(3)输出端口间的隔离度输出端口2和输出端口3间的隔离度可以根据输出端口2和输出端口3的输出功率比来计算S23=−10Log(P2 P3 )(4)功分比当其它端口没有反射时，功分比根据输出端口3和输出端口4的输出功率比来计算K2=P2 P3(5)相位平滑度在做功率分配器时，输出端口的平滑度直接影响功率合成效率。

五、尺寸计算使用ADS软件自带的计算工具计算出微带线的尺寸。

图5.1 50Ω的微带线宽度计算图5.2 75Ω的微带线宽度计算输入Z0=50Ohm,可以算出微带线的宽度为1.52mm。

、
9.3.1Wilkinson功分器设计
•点击 ，新建电路原理图窗口，开始设计功分器 （2）在“Tlines-Microstrip”类中，选择 双击并修改属性。选择微带控件
，分别放置在原理图区中。选择画线工具 以及 按照图9-10所示将电路连接好，并双击每个元件设置参数。 （3）滤波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由微带线 计算工具得到。
（2）功分器电路设计 •在“Lumped-Components”类中，分别选择控件 在“Simulation -S_Param”类中，分别选择控件 ，放置到原理图中合适位置。 •在工具栏中单击 按钮，放置各端口接地，双击 修改属性，要求扫描频率从0.9GHz到1.1GHz，扫描步长为0.01GHz。功分器 仿真电路原理图如图9-4所示。
Z0 1 P1 LP CS 3 P3 CS 2 P2 LP
(a) 低通型
(b) 高通型 图9-3 L-C式集总参数功分器
6
（1）低通型
。
（2）高通型 0 2 Cs 0 Z 0 0 2f 0 （9-6） 集总参数功分器的设计过程是先确定电路结构，再计算出各个电感，电容或 电阻的值，最后，按照确定的电路结构进行设计。 LP Z0
11
图9-6 功分器电路图原理图
（3）功分器电路仿真 •点击工具栏中 按钮进行仿真，仿真结束后会出现数据显示窗口 •点击数据显示窗口左侧工具栏中的 按钮，弹出设置窗口，在窗口左侧的列 表里选择S(1,1)即S11参数，点击 按钮弹出单位(这里选择dB) 设置窗口， 点击两次 按钮后，窗口中显示出S11参数随频率变化的曲线。用同样 的方法依次加入S22，S21，S12参数的曲线，由于功分器的对称结构，S11与 S22，以及S21与S12曲线是相同的。仿真曲线如图9-7所示

Wilkinson功分器设计与仿真Wilkinson功分器是一种常用的微波功分器，广泛应用于射频和微波领域。

它可以将一个输入信号分成两个相等的输出信号，同时提供良好的功率分配和隔离性能。

在本文中，将对Wilkinson功分器的设计和仿真进行详细讨论。

首先，我们需要了解Wilkinson功分器的基本原理。

它由三个端口构成：一个输入端口和两个输出端口。

输入信号通过一个负载阻抗为Z0的电阻网络分成两个输出信号。

这个电阻网络由两个相等的阻抗为Z0/2的电阻和一个相等于Z0/√2的电容组成。

通过适当的设计和匹配，可以实现功率分配和隔离性能的最佳效果。

接下来，我们将讨论Wilkinson功分器的设计步骤。

首先，确定输入和输出的工作频率范围。

然后，选择合适的电阻和电容值，以满足所需的功率分配和隔离性能。

一般来说，电阻的阻值应为Z0/2，而电容的容值应为Z0/√2在设计过程中，需要进行一些计算和优化。

首先，计算输入和输出端口的阻抗匹配。

使用S参数和阻抗转换公式，可以得到所需的电阻和电容值。

然后，使用电磁仿真软件，如ADS或CST，对设计进行仿真和优化。

通过调整电阻和电容的值，可以获得最佳的功分和隔离性能。

在进行仿真时，需要考虑一些关键参数。

首先是功率分配性能，即两个输出端口的功率是否相等。

通常，我们希望它们的功率差异尽可能小。

其次是隔离性能，即两个输出端口之间的信号隔离程度。

我们希望它们之间的隔离尽可能高。

最后是带宽，即功分器在工作频率范围内的性能稳定性。

我们希望功分器在整个频率范围内都能提供稳定的功分和隔离性能。

在完成设计和仿真后，可以进行实际制作和测试。

制作功分器时，需要使用合适的材料和工艺。

常用的材料包括微波陶瓷、FR-4等。

制作完成后，需要使用网络分析仪等测试设备对功分器进行性能测试。

测试中需要关注功率分配、隔离和带宽等参数，以验证设计的正确性。

综上所述，Wilkinson功分器是一种重要的微波功分器，具有良好的功分和隔离性能。