在ADS中使用OPTIM优化设计

本文介绍如何在ADS软件中使用S参数仿真和谐波平衡仿真进行电路优化设计,通过具体实例展示了如何设置仿真控件、优化控件及优化目标,并介绍了如何将电路参数设置为可优化变量。

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在ADS中可以使用OPTIM控件来对电路变量进行优化设计,以实现电路性能目标。ADS常用的S参数仿真和谐波平衡仿真中都可以进行优化设计。

在S参数仿真中进行优化设计

现在以一个阻抗匹配网络的设计为例,来展示在S 参数仿真中进行优化设计的方法。

我们搭建一个由微带线构成的阻抗匹配网络,网络的端口1的阻抗为50 Ω,端口2的阻抗为(75+j*10) Ω。我们希望通过优化设计功能来自动优化阻抗匹配网络的微带线的长度和宽度,从而实现这两个端口的阻抗匹配。

 

在ADS S参数仿真中进行优化设计,需要三个控件,分别是“S-PARAMETERS”仿真控件、“OPTIM”优化控件和设置优化目标的“GOAL”控件。

 

三个控件的含义和设置内容如下:

在“S-PARAMETERS”仿真控件中设置仿真电路S参数的起止频率。

在“GOAL”控件中设置优化目标的表达式“dB(S11)”“Sweep variables”留空,即可在“S-PARAMETERS”仿真控件中所设起止频率范围内进行优化;在“Limit Lines”中,设置优化目标为“<-25”,意思是将网络的S11参数在20-40 GHz范围内优化至-25 dB以下。

“OPTIM”优化控件通常只需要设置优化设计的迭代次数和所允许的误差精度。

 

优化设计是对微带线的参数进行优化,因此需要将微带线的长度和宽度参数设置为可优化的参数。我们可以将微带线的参数“W”和“L”设置为变量,然后在“VAR”变量控件中将该变量设置为“可优化”,“VAR”变量控件中该变量数值后显示“{o}”,说明该变量已设置为“可优化”。

 

设置的方法是,双击“VAR”变量控件进入设置,选中某个变量,点击“Tune/Opt/Stat/DOE Setip…”,在弹窗中选择“Optimization”选项卡,将“Status”设置为“Enabled”,并设置优化的数值范围,即可。

 

除了将参数设置为变量,我们也可以直接赋予微带线的参数“W”一个数值,然后直接将其设置为“可优化”。

 

设置的方法则是双击该微带线,对参数“W”进行类似的操作即可将其设置为可优化。

 

完成以上设置后,就可以进行优化了。我们先直接执行“Simulate”仿真,看看目前网络的S参数结果。

 

现在执行“Optimize”进行优化设计,弹窗会显示优化的过程,包括实时的优化目标曲线、变量数值、误差等。达到优化目标后,优化会自动停止。

 

现在再次进行“Simulate”仿真,可以看到,网络的S11<-25 dB,符合所设置的优化目标。此时,我们认为两个端口已经实现了阻抗匹配。

利用优化设计,一个阻抗匹配网络就比较方便地设计完成啦。

 

在谐波平衡仿真中进行优化设计

在ADS谐波平衡仿真中进行优化设计,所需要的三个控件分别是“HARMONIC BALANCE”仿真控件、“OPTIM”优化控件和设置优化目标的“GOAL”控件。

 

其中,“HARMONIC BALANCE”仿真控件的主要设置内容包括谐波平衡仿真的基波频率和谐波次数,以及一个扫描参数。图中,扫描参数设置为输出频率fout,而在电路中的“VAR”变量控件中令fin=fout/3,便可以在设定的频率范围内进行谐波平衡仿真,观察在此频率范围内的谐波成分变化。此外,也可以将扫描参数设置为输入功率Pin等。

 

在“GOAL”控件中设置优化目标的表达式,如“dBm(out[3])”,即以原理图中所设置的“out”节点处的三次谐波功率为优化目标,且功率单位为dBm;而“Sweep variables”留空,即可在HARMONIC BALANCE”仿真控件中所设扫描范围内进行优化,该扫描范围由设定而定,既可以是频率,也可以是输入功率等。“OPTIM”优化控件通常只需要设置优化设计的迭代次数和所允许的误差精度。

 

谢谢阅读。

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### ADS OPTIM仿真失败解决方案 #### 1. 参数设置准确性验证 确保所有用于仿真的参数设定精确无误。对于微带线参数,如果原始数据仅保留一位小数,则可能导致精度不足从而影响仿真结果。建议重新评估这些参数,并尽可能提高其精度[^2]。 ```matlab % 提高微带线参数精度示例 microstripLineWidth = 0.5; % 增加更多有效位数 ``` #### 2. 初始化条件调整 检查初始猜测值的选择是否合理。不恰当的起始点可能会使优化算法陷入局部最优解或无法收敛。尝试不同的初始化策略来改善这一状况。 #### 3. 约束条件审查 仔细审视施加于模型上的各种约束条件,确认它们既不过分严格也不相互矛盾。过紧的边界限制会妨碍寻找全局最佳方案;而冲突性的限定则根本不可能满足。 #### 4. 收敛标准放宽/收紧 适当调节终止准则中的误差容忍度和其他指标。当遇到难以达到预设目标的情况时,考虑暂时放松某些要求以便观察中间状态下的表现特征;反之,在接近理想答案附近时应逐步收严以获取更高品质的结果。 #### 5. 使用不同优化方法对比测试 探索多种可用的技术手段来进行比较分析。每种方式都有各自的特点和适用范围,通过实验找出最适合当前项目的那一款或多款组合应用。 #### 6. 数据质量控制 保证输入给系统的资料真实可靠且格式统一。任何噪声干扰或是异常样本都可能误导最终结论,因此务必做好前期清理工作。 #### 7. 调试日志记录与分析 开启详细的运行过程跟踪功能,收集每次迭代产生的信息作为后续诊断依据。借助可视化工具直观展现变化趋势,有助于定位潜在瓶颈所在位置。
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