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1、精选优质文档-倾情为你奉上 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 专心-专注-专业基于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
2、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Design of directional coupler based on ADSAbs
3、tract: In twentieth Century the beginning of the 50s, the microwave equipment is used by almost all metal waveguide and coaxial line directional coupler circuit, at that time also many for the waveguide aperture coupling directional coupler, its theoretical basis is the Bethe aperture coupling theor
4、y. Directional coupler is a kind of microwave devices are widely used in microwave system, it is the essence of the microwave signal power distribution according to a certain proportion of the directional coupler. Directional coupler is composed of transmission lines, coaxial line, rectangular waveg
5、uide, circular waveguide, stripline and microstrip line directional coupler can be formed, so the structure of directional coupler variety, difference is very big. Directional couplers are widely applied in microwave band, its main purpose is to monitor the power, frequency and spectrum, the power d
6、istribution and synthesis, a balanced mixer and a bridge, to measure the power reflection coefficient and power by using a directional coupler. This design is mainly using the method of software design of ADS2011 microstrip branch directional coupler, and the use of ADS design, simulation of microst
7、rip branch directional coupler, completes the schematic and layout.Keywords: directional coupler; microstrip branch; ADS; microwave目录 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
8、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
9、、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
10、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。1.2 ADS简介ADS是安捷伦公司电子设计自动化部门（Agilent EEs of EDA)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
11、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。1.2.1 ADS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
12、捷伦测试仪器进行双向数据传输。RE IP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。1.2.2 ADS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。直流分析也可以单独进行或对参数变量进行扫描，打印出电路的节点电压、支路电流及直流工作点等。2.交流小信号分析：交流小信号分析是ADS另一项重要功能，它可计算电路在某一频率范围内的频
13、率响应。交流小信号分析先计算出电流的直流工作点，再计算出电路中所有非线性元件的等效小信号电路，进而借助这些线性化的小信号等效电路在某一频率中进行频率响应分析。该仿真的主要目的是要得到电路指定输出端点的幅度或相位变化。因此，交流仿真的输出变量带有正弦波。3.s参数的分析：当射频和微波电路在小信号输入状态工作时，可认为该电路是一个线性网络。我们一般将其视为一个端口网络，s参数便是对这个线性网络最有利力的分析工具，它在直流工作点上将电路线性化，然后执行仿真，分析该网络的s参数、线性噪声参数、传输阻抗及传输导纳等。4.谐波分析：先进设计系统中的谐波平衡仿真器是对谐波算法最有利的实施，适用于市场上的飞线
14、性电路和系统仿真，其功能包括：次数不限的多音频域非线性仿真何优化；相位噪声分析；负载和信号源牵引分析；在稳定激励期间进行X参数、非线性模型仿真；功率放大器设置指南，对常见的放大器拓扑进行合成、设计和仿真；混频器设计指南，对常见的混频器推普进行合成、设计和仿真；振荡器设计指南，对常见的振荡器拓扑进行合成、设计和仿真；模拟模型开发套件可用于开发自定义的非线性特性模型。5.瞬态分析：瞬态仿真是ADE最基本，也是最直观的仿真方法。该仿真功能在一定程度上类似于一个虚拟的“示波器”，设计者通过设定仿真时间，可以对各种线性何非线性电路进行功能和性能模拟，并且在输出波形输出窗口中观测电路的时域波形，分析电路功
15、能6.包络分析：电路包络分析包含了时域何频域的分析方法，主要应用在具有调频功能的电路或系统中。电路包络分析综合了瞬态分析和谐波平衡两种仿真方法的功能，在低频调频信号分析时采用瞬态小信号仿真进行分析，而高频载波信号则以频域的谐波平衡进行分析。1.3 定向耦合概念及分类1.3.1概念定向耦合器是具有方向性的功率耦合和功率分配元件，其结构形式多种多样，但它们都是四端口元件，通常由主传输线、副传输线、和耦合结构三部分组成，主、副线通过耦合结构（通常耦合结构有耦合缝、耦合孔和耦合传输线等结构）连接，主线传输的电磁波能量经耦合结构进入副线中，并在副线的某一端口输出，在副线的另一端口应无输出。所有的定向耦合器的方向性都是通过两个独立的波（或波的分量）产生的，它们在耦合端口同向相加，在隔离端口则反相抵消来实现方向性，定向耦合器的示意图如图1-1所示。（a）正向定向耦合器
