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二、电路设计原理4
三、实验目的及要求4
四、原理图设计5
1.设计微带线参数并计算尺寸5
2.搭建电路6
五、原理图仿真与调谐优化7
1.原理图仿真7
2.原理图调谐优化8
六、生成版图并仿真10
1.生成版图10
2.版图仿真11
七、实验结论与总结12
摘要
报告内容为设计一个适用于微波毫米波集成电路(MIC)的平面魔T结构,也称rate-race-ring。
该结构属于一种180平面型混合网络,借助ADS软件,设计、优化并仿真了rate-race-ring。
实验结果表明:
该结构的输出端口2的隔离度和输入端口回波损耗低于-20dB。
关键字:
平面魔Trate-race-ringADS
Abstract
ThereporttellsaplanarMagic-TwhichwasappropriateforMIC.Thisstructurebelongedtoa180˚planarhybridsconfiguration.Therate-race-ringwasdesigned,optimizedandsimulatedbyADS.Theexperimentalresultsshowthatthestructureprovidestheisolationof20dBatoutput2andthereturnlossislessthan20dBatinputput.
Keywords:
Magic-Trate-race-ringADS
二、电路设计原理
混合环是4端口网络,可以由微带线组成。
混合环具有两个端口相互隔离,另两个端口平均输出功率的特性,因此可看成是一个3分贝定向耦合器。
结构如下图所示,环的长度为3λ/2,其中三段为λ/4,另一段为3λ/4。
混合环的S参数
在中心频率,当混合环的1端口输入信号时,2、3、4端口的输出如下:
到达2端口的两路信号等幅反相,2端口五输出。
到达3端口的两路信号等幅同相,三端口有输出,相位滞后90˚。
到达4端口的两路信号等幅同相,三端口有输出,相位滞后90˚。
其中2端口和三端口输出振幅同相,因此有如下关系:
=
,
=
(-j),
(-j)
即当1端口为输入口时,
约为0,为隔离端口;
相等且约为-3dB。
三、实验目的及要求
实验设计设计一个平面功率混合环,设计指标如下:
1.中心频率为35GHz
2.微带线基板的相对介电常数为2.2
3.微带线基板的相对磁导率为1
4.微带线的导体为铜,电导率为5.7E+7
5.微带线基板的厚度为0.5mm
6.微带线的导体厚度为0.5mil
7.微带线的损耗角为0.008
另外,要求混合环的输出端口2的隔离度和输入端口回波损耗小于-20dB。
四、原理图设计
1.设计微带线参数并计算尺寸
创建新设计,名称为Magic-T,在Linecalc中输入给点参数,并设置
为106.06602Ω,E_Eff为540˚,如下图:
得弧形微带线W=0.412152,R=
=1.537752。
其中三段弧形的角度为60˚,另一段角度为180˚。
从新设置Linecalc中的参数,使
为75Ω,E_Eff为90˚,如下图:
得微带线W=0.836832,R=1.576120。
2.搭建电路
按照上面计算的参数设计电路,得到实验原理图如下图:
五、原理图仿真与调谐优化
1.原理图仿真
在元件面板上选择S参数仿真,在仿真元件面板上选择Term,4次插入原理图中,构成四个端口,并让其接地。
原理图如下:
设置仿真范围为30GHz̴40GHz进行仿真,仿真结果如下图:
由上图得,
和
的相位差约为180˚。
在34.8GHz时,最小值
=-35.684dB,在34.8GHz时,最小值
=-52.775dB,在34.8GHz时,最大值
=-3.228dB,在35.2GHz时,最小值
=-3.267dB。
2.原理图调谐优化
在35GHz时,各S参数也满足设计要求,但为了设计结果更好,采用ADS的辅助仿真工具,ADS有调谐和优化两种辅助工具。
调谐是手动完成的,通过手动改变元件的参数来达到改变仿真结果的目的。
优化是软件自动完成的,当给出优化目标后软件会自动给出优化结果。
优化还分为不加变量控件的优化与仿真和带变量控件的优化与仿真,本文采用手动的调谐来完善元件参数,改变仿真结果。
选中Tuning
图标,选择四个端口的宽度W为可调参数。
在仿真界面窗口上对参数进行调节,得到更加理想的仿真效果,过程如下图:
优化过后的仿真结果如下图:
的相位差仍约为180˚。
=-35.854dB,在34.8GHz时,最小值
=-41.497dB,在34.8GHz时,最大值
=-3.233dB,在35.0GHz时,最小值
=-3.262dB。
与不优化之前相比,S参数在取最值的频率点离中心频率35GHz更近,混合环效果更好。
当得到理想参数后,点击TuneParameters窗口的UpdateSchematic命令,然后关闭窗口,则数据自动下载到原理图中。
结果如下:
六、生成版图并仿真
1.生成版图
仿真结果正确后,便可由正确的原理图生成版图。
在原理图窗口去掉接地线和四个终端负载,接上InsertPort,就可用Layout的Generate/UpdateLayout生成版图,版图结果如下:
2.版图仿真
由于实际电路与原理图有一定差异,因此还需对版图仿真,验证版图的正确性。
打开仿真控制端口,并在控制端口中设置扫描起始值,终止值及所取的样点,设置窗口界面如下图:
仿真结束后,自动弹出显示窗口,在数据显示视窗用矩形图表示
、
等参数,结果如下:
在33.4GHz时,最小值
=-27.655dB,在33.2GHz时,最小值
=-31.400dB,在33.2GHz时,最大值
=-3.217dB,在33.4GHz时,最小值
=-3.300dB。
可见,版图仿真的结果明显不如原理图仿真,S参数最值取值频率偏离中心频率比原理图仿真大得多,且输出端口2的隔离度和输入端口回波损耗增大,但
仍然小于-20dB,保证从3、4端口输出的功率大于90%。
仿真结果基本满足设计要求。
七、实验结论与总结
本次课程设计让我掌握了ADS的基本操作和微波电路的基本设计方法,运用课堂学习的知识课课外阅读,使我能较轻松的完成设计任务,并从中受益颇多。
最后,我要感谢陪我一起努力的同学们和老师的帮助,使我的实验更顺利高效的完成。
参考文献:
[1]黄玉兰,ADS射频电路设计基础与典型应用,人民邮电出版社
[2]薛正辉,微波固态电路,人们邮电出版社
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- 平面 设计