析相比，谐波平衡和增益压缩仿真可以给非线性电路提供一个比较快速有效的分析方法，对现今频率越来越高的通信系统来说，显得尤为重要，填补了时域瞬态SPICE仿真和小信号S参数仿真的不足。 3. 高频SPICE瞬态分析
高频SPICE瞬态分析可以分析线性和非线性电路的瞬态响应，是一种时域的仿真分析方法。瞬时仿真是传统SPICE软件采用的最基本的仿真方法，SPICE软件可以说是所有电路仿真软件的鼻祖，能够对模拟和数字电路进行仿真。但与传统SPICE软件相比，高频SPICE瞬态分析有很多的优点，例如可以直接使用频域分析模型，对微带线和分布参数滤波器等进行分析，这是因为ADS在仿真时可以将频域分析模型进行拉氏变换后在瞬态分析，因为高频SPICE瞬态仿真分析能够对频域模型进行分析。 4. 电路包络分析
电路包络仿真是近年来通信系统的一项标志性技术，可以讲高频调制信号分解为时域和频域两部分进行处理，非常适合对数字调制射频信号进行快速、全面的分析。在时域上，电路包络仿真对相对低频的调制信息用时域SPICE方法来仿真分析，而对相对高频的载波成分，电路包络仿真则采用类似谐波平衡法的仿真方法，在频域进行处理，这样的处理使仿真器的速度和效率得到了质的飞跃。
5. 电磁仿真分析
ADS软件采用矩量法(Momentum)对电路进行电磁仿真分析。矩量法与有限元法和时域有限差分法等一样，是一种数值计算方法，可以对微分方程和积分方程进行数值求解，因此在电磁场的数值计算中应用十分广泛。矩量法将激励和加载分割成若干部分，并将一个泛函方程化为矩阵方程，从而得到射频电路电磁分布的数值解，若激励和加载分割成越来越多个部分，矩量法的电磁数值解就越精确。ADS软件采用矩量法可以对布局图进行电磁仿真分析，得到电路板上的寄生和耦合效应，对原理图的设计结果加以验证。 1.1.3
ADS与其他软件厂商元件模型的连接
现在商业化的电子软件不断涌现，各种软件的主要功能和侧重点也有所不同，因此软件的开放和兼容是不容忽视的问题，软件和软件、软件和硬件、软件和测试设备、软件和元器件生产商之间的联系和沟通在设计中值得关注。ADS软件允许与其他软件和测试设备连接，并允许将厂商的元件模型读入。 1. 与其他软件的连接
ADS软件提供了丰富的接口，允许与其他软件连接。ADS软件的SPICE电路转换器可以讲SPICE格式的电路图转换成DAS格式的电路图进行仿真分析，ADS格式的电路图也可以转换成SPICE格式的电路图进行仿真分析。ADS软件的布局转换器可以将其他EDA或
者CAD软件产生的布局文件导入到ADS软件中进行编辑。
2. 与厂商元件模型间的沟通
ADS软件允许都得到厂商的元件模型，并将其读入到ADS软件，供使用者在电路的设计和仿真中使用。
1.2
环行器概述
环行器，一种只允许信号从一个端口到另一个端口单向流动的三端器件，在通信系统或者雷达中用于隔离发射和接收通道。其工作原理就是利用中心结构在射频场和外加偏置磁场之间满足一定关系时产生的谐振效应,从而获得环行效果。目前环行器大致上使用的是圆盘结, Y 型结, 双 Y 结, 三角结的中心谐振导体。在二次世界大战中，环行器、隔离器等器件的应用，解决了雷达系统的级间隔离、阻抗以及共用等一系列实际问题，极大的提高了雷达系统的性能，成为系统中的关键器件。此后，环行器得到了快速的发展，它被广泛的应用于通信和雷达系统中的收发组件上。
在雷达、微波通信、无线通信以及无线局域网系统中，射频前端部分主要完成无线信号的收发，因此它占有非常重要的作用。大家都知道，无线通信系统中的任一条通信线路包括发射系统和接收系统。收、发系统它们共用一副天线，因此就要将收、发信号分开，所以在天线和接收与发射设备系统连接的地方就必须装置环行器。下图1-1就是无线收、发信机(transceiver)的射频前端部分的示意图。
图1-1 ：射频收发信机结构框图
由上图可知，射频环行器是微波/射频收发系统中非常重要的组成部分，环行器用作收发
信号两边的重要器件，既要连接着天线又要连接收、发链路，在移动通信系统中扮演着“上传下达”的重要角色，即通过环行器的功能使信号的收发可有一对天线完成。对一个环行器而言，当一端口接发射机，二端口接天线，三端口接接收机时，发射机发射的微波信号大部分只能通过二端口的天线发送出去，只有少量的信号泄漏到三端口进入接收机；天线收到的微波信号大部分只能传送到三端口的接收机，从而避免了微波信号的相互影响，所以微波在环行器的各端口间的传输是非互易的。正是因为如此，环行器作为一种非常重要的非互易器件在无线通信基站及终端产品中
得到非常广泛的使用，既可以保证发射信号尽量不向接收端泄漏，同时又可防止因发射天线的开路或短路引起天线系统失配的情况下，由于反射波造成对发射机后级功率放大器的损坏。此外，它还可以用在移相、延时以及多路分离通道中。 1.2.1
射频环行器的发展现状及趋势
经过半个多世纪的发展，在广大理论工作者和工程技术人员的努力下，微波环行器在理论研究及工程应用上取得了极大的进展。在器件工作原理方面，从上世纪中叶第一只法拉第旋转环行器出现到后来的场移式器件，随后H.Bosma提出结型环行器而掀起的结型环行器研究的热潮，以及有Tanaka用双极型晶体管实现环行器而引出的对MMIC环行器的一系列研究；在分析方法方面，出现了有限元法(FEM)、边界元法(BEM)、时域有限差分法(FDTD)、矩量法(MOM)等一系列电磁场分析方法；在传输线的形式方面，从最初的波导型、同轴转换环行器到现在的微带式、集中参数式、全磁（全铁氧体）式等微小型器件，以及鳍线、槽线等各种环行器；在器件尺寸大小方面，从大体积的波导式结型、差相移式环行器到应用于把手机等无线设备的超小型环行器，以及受微波毫米波电路技术的推动而研究开发的MMIC环行器及薄膜器件等；在工作频率方面，已经形成了从特高频到微波段甚至毫米波段（主要是8mm）的产品系列。可见微波环行器是朝着体积小、重量轻、结构简单和性能可靠以及频段化的方向发展，现在已有各种形式、不同频段的产品问世，基本上已经形成了系列化、频段化和商品化。据资料显示，2003年我国环行器/隔离器的产量约为100万只左右，1亿元的销售产值。不仅产量提高，产品的性能水平也大大提高，特点是结构小型化、壳体化、低损耗以及良好的温度稳定性器件的设计开发大有改观，与世界先进水平的差距逐步缩小。而且随着国家对第三代移动通信（3G）政策的支持与投入，给微波器件的发展带来了更好的契机。 1.2.2
铁氧体是一种兼有磁性、电性与光效应的材料。从电学性质上看，铁氧体的电阻率很高，
68在微波波段，其值在一般在10到10?/cm之间，这个数值比铁的电阻率高出了12个数量
铁氧体环行器的相关原理
级，是一种半导性的磁性材料。鉴于这一点，微波电磁场可以深入铁氧体的内部发挥作用，这是铁氧铁和其他铁磁材料的重要区别，也是它能在微波元件中广泛应用的重要原因。铁氧体的相对介电常数的实部约为10~20，所以在不加恒磁场时它实际上是一种高介电常数的介质。其虚部代表损耗，典型铁氧体的介质损耗角正切介于10~10之间，因此在铁氧体内微波传播时损耗很小。铁氧体又是一种非线性的各向异性磁性材料，其磁导率随外加磁场而变；且在恒定磁场偏置下，铁氧体在各个方向上的磁导率是不同的。由于这种各向异性，当电磁波从不同的方向通过磁化铁氧体，呈现出不同的效应，因此基于这种效应，可以做成各种有用的非互易微波器件，如环行器、非互易移相器等一系列非线性铁氧体器件。铁氧体的磁性是由自旋电子引起的，其饱和磁化强度4?MS在几百到几千高斯之间。
按照铁氧体的特性和用途，可以把铁氧体分成五类：软磁、永磁、旋磁、矩磁、压磁铁氧体。所谓微波铁氧体一般指旋磁性的铁氧体。旋磁性是指，当外加稳恒磁场（或材料本身的各向异性场）存在时，对于高频磁场而言，铁氧体的磁导率是一张量形式并不对称，因而导致了铁氧体的非互易特性。与这种旋磁性相关的电磁波波段，通常从米波到毫米波段。金属磁体同样也具有旋磁性，但是由于趋肤效应，高频电磁波仅仅透入厚度不到1微米的表面薄层，因而在微波领域中，各种磁性器件目前都采用铁氧体。另外，要研究微波电磁场与磁性物质的相互作用，金属磁体也受着趋肤效应的限制，只有铁氧体是最好的研究对象。因而，旋磁性应用成为铁氧体独占的领域。
铁氧体在微波波段具有许多特别的性质和效应，最主要的有下面四种：
1. 磁导率的张量性：当各向同性的铁氧体处在直流磁场和微波磁场的同时作用下，其
磁导率变成反对称张量，而且该张量的各分量均为复数。
2. 铁磁共振：对于一定的磁性介质，当微波场的频率与直流磁场的强度满足一定的条
件时，磁性介质便会从微波场中强烈地吸收能量，这便是铁磁共振（吸收）现象。如果磁性介质尺寸较大或所处的微波场不均匀，共振情况还会变的复杂。 3. 法拉第旋转效应：当先偏振电磁波通过纵向磁化铁氧体时，其偏振面会发生一定程
度的旋转。旋转角度一般说来是样品的尺寸、磁化强度和介电常数等的函数。 4. 高功率现象：当微波场强增大到一定程度以后，又会发生一些新的现象，例如铁磁
共振曲线的峰值降低（称为饱和效应）和宽度变宽，新的共振峰出现等等。 以上这些效应不但是微波铁氧体中最受重视的物理问题，而且也是各种各样的铁氧体微波器件的物理基础。
1.2.3
环行器的相关应用
?4?2在 20世纪50年代 ，世界上出现了第一个能够实际应用的环行器——法拉第旋转环行器 。然后，它又被谐振隔离器和差相移式环行器所取代。因为它们的结构更简单，同时能够承载的功率更高。1960年代场移式器件和带线结环行器相继出现。直到1964年 YoshihiroKonishi发明了集总参数环行器。至今环行器仍然是用量最大的微波铁氧体器件之一。
1.环行器的的一些基本应用
1)发射机与负载级间隔离(去耦 合 )
环行器最基本的应用就是提供隔离度。当被用做隔离器时，环行器的一个端口接上匹配负 载，成为一个二端口器件。所有的微波发射源都不可避免地受到负载阻抗变化而发生频率漂 移，为了避免这样的问题我们可以在发射源和负载之间加一个衰减器 ，但是衰减器的损耗会比较大。使用隔离器就是一个很好的选择 。它可以提供大于20dB的隔离度，同时它的正 向损耗小于0.5dB。
2)功放间隔离
功放不是一直无条件的稳定，不同级的功放往往会互相干扰 ，如果功放没有正确的匹配负载，也会产生干扰，尤其是高功率的功放，反射回来的能量往往能损坏到发射源。如果在功放的级间放置隔离器的话，不但可以避免它们不同级间的互相干扰，而且也可以防止上一级负载阻抗失配反射回来的能量破坏发射源，起到保护作用。
3)天线与发射机或接收机间隔离
如果发射机直接连接到天线，将被天线的任何阻抗变化所影响(比如，雪或靠近的障碍物 )。如果使用隔离器就可以避免这样的问题，提供大于20dB的隔离度。同样，如果接收机也直接连接到天线上，因为接收机的第一级往往是低噪声功放，它的输入阻抗往往调整到 最小的噪声，而并非与天线匹配阻抗。所以 ，如果在接收机和天线之间接入隔离器就能够解决此问题 。
4)发射机和接收机共用天线
如果我们使用的发射机和接收机共用一根天线。就需要调整至不同的频率并使用滤波器防止它们之间相互干扰，如果使用环行器连接在它们之间，就可以少用一个滤波器。因为发射信 号通过环行器耦合到天线，天线入射信号通过环行器直接耦合到了接收机 。
5)在移动通信中的典型应用