以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

ADS&HFSS中微波器件的设计

2013年6月

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

主要内容1 简要介绍两款电磁仿真软件(ADS、 HFSS) 2 ADS中功分器建模及优化 3 根据ADS中设计的模型尺寸在HFSS中建 模仿真 4 两款软件的仿真结果对比

以功分器为例分别在ADS和HFSS里建模仿真,并比较两款软件的优缺点。

1 电磁仿真软件介绍 ADS是由美国安捷伦(Agilent)公司推出的一款基于矩 量法(MoM)的射频电路仿真工具。 Ansoft HFSS是Ansoft公司推出的基于有限元法(FEM) 的针对高频结构的电磁仿真软件。ADS优缺点 HFSS优缺点 优点： 1.仿真精度高，操作界面方便易 用，其直观的后处理器及独有的 场计算器，可计算分析显示各种 复杂的电磁场。 2.对三维模型的支持性强，可设 计任意形状的产品。

优点：1.ADS主要用来设计射频电路及低频 无源器件，其建模方便，计算速度快， 效率远超过HFSS。 2.Agilent公司和各大元器件厂商广泛 合作并提供最新的Design Kit给用户 使用，在射频有源电路的设计上体现 了其他EDA软件无法比拟的优势。 缺点： 1.对高频电路(毫米波以上)的仿真 可靠性降低。 2.如果要仿真天线等3维度上非均匀延 展的结构需要全波三维求解器协助。

缺点：1.仿真速度慢，占用内存大。 2.对射频电路的支持较弱。3

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以一分二功分器为例分别在ADS和 HFSS里建模仿真，功分器设计指标如下。

功分器指标： 工作频段：2GHz-3GHz

输入输出端回波损耗：Return loss≤-20dB 插入损耗：Insertion loss≥-3.2dB 输出端口隔离：Isolation≤-20dB

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2 ADS 2009中功分器设计

2013-7-8

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启动ADS进入如下界面

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创建新的工程文件 点击File->New Project设置工程文件名称(本例中为 divider)及存储路径 点击Length Unit设置长度单位为毫米

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工程文件创建完毕后主窗口变为下图

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同时原理图设计窗口打开

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生成功分器的原理图 在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏。 窗口左侧的工具栏变为右图所示。

选择微带线MSUB 选择画线工具

以及控件将电路连接好。

分别放置在绘图区中。

连接方式见下页图(本图只是提供参考，还有其它形式可供选择)。

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功分器的原理图示例

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设置微带电路的基本参数这里选用Rogers4003的基板，双击图 上的控件MSUB设置介质基板参数。 H:基板厚度(0.508 mm) Er:基板相对介电常数(3.55) Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+33 mm) T:金属层厚度(0.017 mm) TanD:损耗角正切(2.7e-3) Roungh:表面粗糙度(0 mm)

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微带线计算工具 功分器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带线，它的宽度 W可由微带线计算工具得到。 填入50 Ohm可以算出微带线的线宽1.1 mm。 填入70.7 Ohm和90 deg

可以算出微带线的线宽0.6 mm和长度 19.2 mm(四分之一波长)。

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设置微带器件的参数 双击每个微带线设置参数，W、L分别设 为相应的变量或常量，单位mm,注意上 下两臂的对称性。

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添加变量 单击工具栏上的VAR 图标 ，把变量控件VAR放置在原 理图上，双击该图标弹出变 量设置窗口，依次添加W,L 参数。 中间微带线的长度大约为四 分之一波长(根据中心频率用 微带线计算工具算出),各个 线宽的初始值可以用微带线 计算工具算出，微带线的宽 度最窄只能取0.2 mm(最好取 0.5 mm以上)。

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S参数仿真电路设置 在原理图设计窗口中选择S参数仿真 的工具栏 选择Term 放置在功分器三个端口 上，用来定义端口1、2和3,点击 图标，放置三个地，并按照下页图连 接好电路。 选择S参数扫描控件 放置在原理图 中，并设置扫描的频率范围和步长， 频率范围根据功分器的指标确定。

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功分器完整原理图

图中 起限定两端口之间的距离的作用， 这里考虑功分器用0805的电阻，所以两端距 离选2mm。

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优化目标的设置 在原理图设计窗口中选择优 化工具栏 选择优化设置控件 放置 在原理图中，双击该控件设 置优化方法及优化次数。 常用的优化方法有Random( 随机)、Gradient(梯度)等。 随机法通常用于大范围搜索， 梯度法则用于局部收敛

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功分器优化目标设置

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进行参数优化 设置完优化目标后最好先把原理图存储一下，然 后就可以进行参数优化了。 点击工具栏中的Simulate 按钮就开始进行优 化仿真了。在优化过程中会打开一个状态窗口显 示优化的结果(见下页图),其中的CurrentEF表 示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近优化 目标，0表示达到了优化目标，下面还列出了各 优化变量的值，当优化结束时还会打开图形显示 窗口。 在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的 Simulate -> Update Optimization Values保存优 化后的变量值(在VAR控件上可以看到变量的当 前值),否则优化后的值将不保存。

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观察仿真曲线 优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的 曲线。方法是点击原理图工具栏中的 按钮， 然后点击优化控件OPTIM,则控件上打了红叉 表示已经被关掉。 要想使控件重新开启，只需点击工具栏中的 按钮，然后点击要开启的控件，则控件上的红叉 消失，功能也重新恢复了。 对于原理图上其他的部件，如果想使其

关闭或开启，也可以采取同样的方法。 点击工具栏中的Simulate 按钮进行 仿真，仿真结束后会出现图形显示窗口。