基于ADS的定向耦合器的设计

本科毕业论文（设计、创作）题目：基于ADS的定向耦合器的设计学生姓名：张振华学号：110102044所在系院：电子电气工程学院专业：电子科学与技术入学时间：2011年9月导师姓名：杨斌职称/学位：讲师/学士导师所在单位：安徽三联学院完成时间：2015年6月安徽三联学院教务处制安徽三联学院毕业论文1基于ADS的定向耦合器的设计摘要：在20世纪50年代初，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe小孔耦合理论。定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱，把功率进行分配和合成，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。本设计主要利用ADS2011软件设计微带分支定向耦合器的方法，及利用ADS设计、仿真微带分支定向耦合器，完成原理图和布局图。关键词：定向耦合器;微带分支;ADS;微波安徽三联学院毕业论文2DesignofdirectionalcouplerbasedonADSAbstract:IntwentiethCenturythebeginningofthe50's,themicrowaveequipmentisusedbyalmostallmetalwaveguideandcoaxiallinedirectionalcouplercircuit,atthattimealsomanyforthewaveguideaperturecouplingdirectionalcoupler,itstheoreticalbasisistheBetheaperturecouplingtheory.Directionalcouplerisakindofmicrowavedevicesarewidelyusedinmicrowavesystem,itistheessenceofthemicrowavesignalpowerdistributionaccordingtoacertainproportionofthedirectionalcoupler.Directionalcoupleriscomposedoftransmissionlines,coaxialline,rectangularwaveguide,circularwaveguide,striplineandmicrostriplinedirectionalcouplercanbeformed,sothestructureofdirectionalcouplervariety,differenceisverybig.Directionalcouplersarewidelyappliedinmicrowaveband,itsmainpurposeistomonitorthepower,frequencyandspectrum,thepowerdistributionandsynthesis,abalancedmixerandabridge,tomeasurethepowerreflectioncoefficientandpowerbyusingadirectionalcoupler.ThisdesignismainlyusingthemethodofsoftwaredesignofADS2011microstripbranchdirectionalcoupler,andtheuseofADSdesign,simulationofmicrostripbranchdirectionalcoupler,completestheschematicandlayout.Keywords:directionalcoupler;microstripbranch;ADS;microwave安徽三联学院毕业论文I目录第一章绪论.........................................................11.1微波技术产生的背景及发展趋势...............................11.2ADS简介...................................................21.2.1ADS的特点...........................................21.2.2ADS的设计方法.......................................21.3定向耦合概念及分类.........................................31.3.1概念.................................................31.3.2分类.................................................41.3.3主要技术指标........................................6第二章工作原理.....................................................82.1传输线理论.................................................82.2输入阻抗...................................................92.3特性及测量................................................102.3.1网络特性............................................102.3.2测量方法（定向耦合器的特性参量）....................112.4定向耦合器的用途..........................................11第三章微带分支电路的分析与设计....................................123.1分支线耦合器..............................................133.2分支线耦合器的奇、偶模分析................................13第四章设计过程....................................................174.1建立工程..................................................174.2原理图的设计..............................................184.3微带线参数的设置..........................................194.4VAR控件的设置............................................204.5S参数仿真设计............................................204.6参数的优化................................................224.7分支线耦合器版图的生成....................................23第五章总结与展望..................................................25致谢...............................................................26参考文献...........................................................27安徽三联学院毕业论文1第一章绪论1.1微波技术产生的背景及发展趋势微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化,小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。定向耦合器通常有两种实现方式:Lange耦合器和带线耦合器。Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板,电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。这将有助于提高微波集成电路的集成度。然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。安徽三联学院毕业论文21.2ADS简介ADS是安捷伦公司电子设计自动化部门（AgilentEEsofEDA)研发的高频混合信号电子设计软件，它能实现系统、电路、全三维电磁场仿真，并且可以和其他仿真软件及安捷伦测试仪器进行连接仿真验证，是工业界为数不多支持在高频高速应用中通过集成电路、封装和电路板进行协同设计仿真平台，可以使设计者在繁杂的系统、电路中快速完成电子设计并通过测试。例如，设计指南可以自动完成滤波器和多级匹配网络的综合，将设计时间从以往的几小时缩短到现在的几分钟。使用ADS仿真软件，设计者还可以添加其他电路、系统和电测仿真组件，完成更具挑战性的设计。1.2.1ADS的特点ADS是射频，模拟电路设计者建立设计和仿真的起点，它包括了以下许多功能强大的设计仿真特点。项目设计环境：可输入原理图，进行电路、系统仿真，并对设计项目进行管理。线性仿真器：频域电路仿真器，用于进行s参数、直流和交流小信号仿真。射频系统仿真器：使用精细的模块级模块对整个射频系统进行建模。B类优化器：可对设计进行优化，实现最佳的产品性能。滤波器设计指南：合成和分析集总滤波器何分布式滤波器的模型和设计方法。无缘滤波器设计指南：综合了匹配网络和无源电路的设计功能。连接管理器：用于与安捷伦测试仪器进行双向数据传输。REIP编码器：生成非常详细且安全的ADS设计电路模型，并可以与其他设计者进行分享。1.2.2ADS的设计方法运用ADS软件，电路设计者可以进行模拟、射频、微波等电路或系统的设计与仿真，其设计方法主要包括直流分析、交流小信号分析、S参数分析、谐波分析、瞬态分析、包络分析几个大类。1.直流分析：直流分析是ADS软件的核心分析功能之一，通常在瞬态、交流小信号仿真之前都要自动进行直流分析。