微波/?米波電路分析與設(shè)計課程設(shè)計

Rat-raceRingDesign

姓名：吳星寒

學(xué)號：

專業(yè)：通信工程

指導(dǎo)老師：李兆龍

Rat-raceRing

DrawnbyPhotoshop

Microstrip180°hybridcoupler(rat-racering)isanimportantRF/microwave

componentin4G/5GandWPANwirelesscommunicationindustry.

Task&Requirements:

Designsuchacomponentworkingat24.125GHz,usingsubstrateRT/duroid

6002,20milthickness.

Requirements:

?20dBreturnlossbandwidth>6%

?20dBisolationbandwidth>6%

?Amplitudeimbalance<ldB

?InsertionLoss<ldB

實驗設(shè)計原理：

Rate-racering即微帶環(huán)形耦合器或者混合環(huán)，是四端口網(wǎng)絡(luò)，能夠由微帶線制成。

整個環(huán)的周長為1?5人，四個分支線并聯(lián)在環(huán)上，將環(huán)分為4段。

混合環(huán)有兩個端口互相隔離，另外兩個端口平分輸入功率的特性，因此能夠看作是一

種3dB定向耦合器。

當(dāng)端口1輸入信號時達(dá)成端口2的兩路信號等幅同相端口2有輸出相位滯后90°;

達(dá)成端口4的兩路信號等幅反相，端口4無輸出；達(dá)成端口3的兩路信號等幅同相，端口

3有輸出，相位滯后90。。其中端口2和端口3輸出振幅相似。得到以下關(guān)系式：

S3i=S2i=l/V2(-j)

S41=0

端口2輸入信號時，達(dá)成端口1的兩路信號等幅同相,端口1有輸出，相位滯后90°;

達(dá)成端口4的兩路信號等幅同相,端口4有輸出，相位滯后70°;達(dá)成端口3的兩路信號

等幅反相，端口3無輸出。其中端口1和端口4輸出振幅相似。得到以下關(guān)系式：

Si2=l/V2(-j)

S42=1/V2j

S32=0

當(dāng)端口4輸入信號時，達(dá)成端口1的兩路信號等幅反相，端口1無輸出；

達(dá)成端口2的兩路信號等幅同相，端口2有輸出，相位滯后270°;達(dá)成端口3的兩

路信號等幅同相,端口3有輸出,相位滯后90。。其中端口2和端口3輸出振幅相似。得

到以下關(guān)系式：

S14=0

524=1/72j

SS4=1/V2(-j)

當(dāng)端口3輸入信號時達(dá)成端口1的兩路信號等幅同相端口1有輸出相位滯后90°;

達(dá)成端口2的兩路信號等幅反相，端口2無輸出;達(dá)成端口4的兩路信號等幅同相,端口

4有輸出，相位滯后90。。其中端口1和端口4輸出振幅相似。得到以下關(guān)系式：

Si3=l/V2(-j)

SN=O

S43=l/V2(-j)

實驗設(shè)計環(huán)節(jié)：

1、創(chuàng)立Project

創(chuàng)立一種混合環(huán)prj,我看'］所設(shè)計的原理圖及仿真成果都將保存在這個項目中，將此工

程命名為ratracering,長度單位設(shè)為mil。

創(chuàng)立完畢及之后的途徑以下：

FileViewProjectVitw

[-D:\Uc*rc\Santi\r3tr3C?nng_prj

國DA-RRCouplerl,rat.racering.dsn

&rat_racering.dsn

2、搭建混合環(huán)原理圖

在原理圖元件面板列表上選擇Tlines-Microstrip中的微帶線參數(shù)設(shè)立控件MSub和

PassiveCircuitDG-MicrostripCircuits中的混合環(huán)元件RRCpIr,將他們插入原理圖，畫

圖區(qū)參數(shù)設(shè)立以下：

MSub

DA_RRCoupler1_rat_racering

MSUB.

DA_RRCoupler1

MSubl

Subst=HMSub1"

H=20.0mil

Er=2.94-F=24.125GHz

Zo=50Ohm

MUF=1

Delta=0mil

Cond=1.0E+50

Hu=3.9e+034mil

T=0.6mm

ianD=0.0012'

Rough=Omil

注：Msub中H表達(dá)微帶線基板厚度;

Er表達(dá)基板相對介電常數(shù);

Mur表達(dá)相對磁導(dǎo)率;

Cond表達(dá)相對電導(dǎo)率;

Hu表達(dá)封裝高度；

T表達(dá)導(dǎo)體層厚度；

TanD表達(dá)損耗角正切;

Rough表達(dá)表面粗糙度；

RRCpIr中Subst表達(dá)參數(shù)由Msubl決定；

F表達(dá)混合環(huán)中心頻率；

Z0表達(dá)四個端口傳輸線特性阻抗；

Delta表達(dá)用于調(diào)諧的分支長度增加量

3、運用設(shè)計向?qū)苫旌檄h(huán)原理圖

選中RRcoupler電路，選擇DesignGuid菜單中的PassiveCircuit,彈出對話框,選中

對話框中的MicrostripControlWindow,彈出PassiveCircuitDesignGuid,選擇

DesignAssistant中的Design,系統(tǒng)將自動完畢設(shè)計過程所得成果以下：

MCU^E..

MTEE*---

CuRe2*MTEE?

Tee2?,

Subst="MSuW33??

"

Subst=-'MSut>rW=29387mil..Subst=MSubr

W1=29387mH..W1=29.387mil

W2=29387mil.407milW2=29387mil

W3=52797mil'W3=52.797mil

Port-Poet*?

P1..R3.............................

“CURVENum：1Num=3M：URV6...

Curve1Cur/e3

Subst=wMSutr1'"SubshllSubl-'

W:29387miW=29387(nil?

Angie=60-Ai?gle=60-

Radius.=25.407mil.R>dius=25.407.mil

?ftTEE'',MTEE,————

?Teel???Tee4.......................

?SuM="MSubrSuost^-MSubr

W1=29.387milW1=29387(nil

,Port?Port''

W2.293a7niilW2-29.367mil..

P2?P4-

W3-52797mHW3M52797mil

.Num；2Num=4.

MCURVEM2URVE

Cu%e6Curve4

Subst^MSuWSubst=-WSubr

W=29.387ml?W=29.387mil??

Angle=60...MCURS*E---Aogle=6O.,.

Rad325407milTL2...Curves.??-TL1....RxJius=25407mil

Subst="MSU)rSut?t='MSut>rSub$t="MSubr

W=29387rhlW=29387miW=29387mil

S5279TmlAngle=60口62.797mil,

Radius=25407mi

4、選擇MUN、Term和Ground,4次插入原理圖畫圖區(qū)。

將4個Port部分刪除，在此電路圖中插入微帶線參數(shù)控件MSub,和S參數(shù)仿真元件并

設(shè)立如圖所示參數(shù):

第.S-PARAMETERSMSub

5_Param,

SP1.....................MSUB

Start=20.125GHzMSubl

H=20.0mil

Stop=28.125GHz

Er=2.94-

Step=005GHz

Mur=1

Con31*50

Hu=3,9e+034mil

T=0.6mil

7anD=0.00l2

Rough=0mrl

S參數(shù)掃描捽件參數(shù)意思以下:

Start=20.125GHz,表達(dá)頻率掃描的起始頻率；

Stop=28.125GHz,表達(dá)揚率掃描的終止頻率；

Step=0.05GHz,表達(dá)頻率掃描的頻率間隔。

5、計算微帶線參數(shù)W和L并完畢最后原理圖

選中MUN,選擇Tool中的LineCalc,選擇StartLineCalc將MSub中的參數(shù)及中心頻

率填入彈出框中并計算，所得成果如圖所示：

DUneCak/untitled-°H3

ReSimulationOptionsHelp

口當(dāng)面鄉(xiāng)

C-COM4

Typ?|KJ13口QyMuuenuu3

Cdcul?t?4K?rdtv

K.EH?2275~

ID|MOTJIWAJ/LT2J

A.DB?0.017

|2M0SbrOexh=0.000

|1000-

(200(0

|39.3

(0€00~

CoU|10?*0

將所得W=40.715748mi和L=207.199606參數(shù)賦給原理圖中的MLIN，但仿真出的中

心頻率偏離規(guī)定的24.124較遠(yuǎn)，經(jīng)重復(fù)調(diào)試參數(shù)，得到最后原理圖:

?>?in?.Qwo.<S.Sn?r

um?

teC?**v8K>rfC?M-WfrAT

(

AD心WU?.W?Tf

角

因構(gòu)造對稱，給出部分參數(shù)圖:

MTEE

Subst="MSubr

W1=29.387mjl

W2=29.387milS-PARA

W3=52797mil

SP1--??

MCURVE...

-MLIN'■?'Start=20.125GH:

Curve3Term

■TL4■?'■Stop=28.125GH;

Subst="MSubr-Term；

.Subst="MSubl：Step=0.05GHz

W=29.387mil--Nufn=2'

.W=66.5mil..ARgle=60??

\L=238rriilZ=50Ohm

Radius=25.407.mil

'MTEE'

1ee4,

SubsLMSubi”

.W1=29.387mil.

MUN,?,

W2=29.387mil

TL&-??"term-

W3=52.797mil

Subst=7MSub.1Ierm4.

W=66.5milNum=4

MCURVEL=238mil7=50Ohm

Cirve4-

Subst=-MSubr

MLIN-??.Anflle=60..................................

TL1Radius=25.407mil

Subst="MSubr

W=29.387mil

1=527。7(nil

'mH

其中W=66.5mil,L=238miL

原理圖仿真：

選擇原理圖工具欄中的仿真Simulate,運行仿真，仿真過程中彈出仿真狀態(tài)窗口，統(tǒng)

計了頻率掃描范疇和仿真耗費的時間等，如圖：

仿真結(jié)束后數(shù)據(jù)顯示視窗三動彈出，單擊數(shù)據(jù)顯示方式面板中的矩形圖標(biāo)，插入數(shù)據(jù)

顯示區(qū)，給出S各參數(shù)仿真成果以下（下圖）：

9

2

8

2

t)

nz

7H

B2e

ddiG

.f3

n6e1.

oi2o8

sC2

sz

i5not

m2Ho

sGbz

n.cH

a4qelG

r2ere3

Tf1

eR.

s3t0

r2u2(

ept

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u)

oi

F

s

v

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Goi

3s

1s

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2m

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tn

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Gr

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