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ADS系列 - 定向耦合器设计教程1

2023-10-27

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1.1 耦合器

      使用90°混合网络定向耦合器可以有较宽的频率范围，在RF端口可以得到完全的输入匹配，同时可以除去所有偶数阶互调产物。

 

  射频频率为5.45GHz，

（1）在原理图的元件面板列表上，选择微带线【TLines-Microstrip】元件面板。在微带线元件面板上，选择 MSUB 插入原理图的画图区。在画图区中双击 MSub1，弹出【Microstrip Substrate】对话框，在【Microstrip Substrate】对话框中对微带线参数控件MSub1进行设置。

（2）在原理图的元件面板列表上，选择无源网络微带电路设计向导【Passive Circuit DG-Microstrip Circuits】元件面板。在无源网络微带电路设计向导元件面板上，选择分支定向耦合器BLCplr插入原理图的画图区。在画图区对分支定向耦合器控件DA_BLCoupler1进行设置。

（3）设置完成的微带线参数控件MSub1和分支定向耦合器控件DA_BLCoupler1如图所示。

 

（4）在原理图视窗中，执行菜单命令【DesignGuide】→【Passive Circuit】，弹出【Passive Circuit】对话框，如图所示。

 

（5）在【Passive Circuit】对话框中，选择“Passive Circuit Control Window…”项，单击“OK”按钮关闭【Passive Circuit】对话框，同时将弹出设计向导窗口【Passive Circuit DesignGuide】。【Passive Circuit DesignGuide】窗口如图所示，其中“SmartComponent”栏为“DA_BLCo upler1”。

 

（6）在【Passive Circuit DesignGuide】窗口中，单击“Design Assistant”选项，然后再单击“Design”按钮，ADS将自动完成分支定向耦合器的设计过程，如图所示。

 

（7）现在原理图中的分支定向耦合器控件DA_BLCoupler1已经有了子电路。下面观察子电路，步骤如下。

◆在原理图中选中分支定向耦合器控件DA_BLCoupler1。

◆单击原理图工具栏中的push按钮，进入子电路。如图所示

◆在原理图的工具栏中单击PoP按钮，由子电路退出。

 

1.2 原理图仿真

（1）选择S参数仿真元件面板，在元件面板图分支定向耦合器控件DA_BLCoupler1的子电路上选择负载终端Term，4次插入原理图中，定义负载终端Term1为输入端口，负载终端Term2为直通输出端口，负载终端Term3为耦合输出端口，负载终端Term4为隔离端口。在原理图工具栏中单击按钮，4次插入原理图，让4个负载终端Term接地。

（2）将原理图中的负载终端 Term 和分支定向耦合器控件DA_BLCoupler1连接起来。

（3）在S参数仿真元件面板上，选择S参数仿真控件SP插入原理图的画图区，对S参数仿真控件SP设置如下。

◆频率扫描类型选为线性Linear。

◆频率扫描的起始值设为2GHz。

◆频率扫描的终止值设为9GHz。

◆频率扫描的步长设为0.01GHz。

◆其余的参数保持默认状态。

单击S参数仿真控件设置窗口中的“OK”，完成对S参数仿真控件的设置。

（4）原理图如下

（5）在原理图工具栏中单击仿真按钮，运行仿真。仿真结束后，数据显示视窗自动弹出，用户自己选择需要显示的数据和数据显示的方式。这里选择的步骤和显示的结果如下。

◆用矩形图显示输出端口的耦合度，如图所示。可以看出，在6.3GHz直通端口2与耦合端口3的输出一样。但本设计要求在5.45 GHz时直通端口2与耦合端口3的输出一样（-3。746dB）。

 

6.83GHz时候，S11=-21.6

1.3 调整定向耦合器并仿真

（1）将原理图“Schematic_1”另存为“Schematic_2”。

（2）修改分支定向耦合器控件 DA_BLCoupler1，设置Delta=1.1mm。（若没达到要求，需要手动慢慢调试多次）

（3）在原理图“Schematic_2”视窗中，执行菜单命令【DesignGuide】→【Passive Circuit】，弹出【Passive Circuit】对话框。在【Passive Circuit】对话框中，选择“Passive Circuit Control Window…”项，单击“OK”按钮关闭 【Passive Circuit】对话框，又弹出设计向导窗口【Passive Circuit DesignGuide】。在【Passive Circuit DesignGuide】窗口中，单击“Design Assistant”选项，然后再单击“Design”按钮，ADS 将又一次自动完成分支定向耦合器的设计过程。

（4）现在原理图“Schematic_2”中的分支定向耦合器控件 DA_BLCoupler1 有了新的子电路，新的子电路如图所示。

 

（5）用矩形图显示输出端口的耦合度，如图所示。可以看出，在5.45GHz时S21与S31一样，表明端口1输入时，直通端口2与耦合端口3的输出相同；在5.45GHz时S24与S34一样，表明端口4输入时，直通端口3与耦合端口2的输出相同。满足技术指标。F = 5.45GHz,S11=-16,有很大改善。

 

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