4GHZ微带渐变阻抗变换器设计报告材料

1、实用标准文档2.4GHZ微带渐变阻抗变换器设计报告一、设计任务1.1 名称：设计一个工作频率为2.4GHZ；输入阻抗为50Q,输出阻 抗为30 Q的阻抗变换器.1.2 主要技术指标：S11-20dB,S21-0.7dB,re(Z0)=50 Q ,VWA也量 接近于1.二、设计过程2.1 原理：2.1.1 阻抗匹配的概念阻抗匹配元件在微波系统中用的很多,匹配的实质是设法在终端负载 附近产生一新的反射波,使它恰好和负载引起的反射波等幅反相,彼此抵消,从而到达匹配传输的目的.一旦匹配完善,传输线即处于行 波工作状态.在微波电路中,常用的匹配方法有：(1)电抗补偿法：在传输线中的某些位置上参加不消耗的

2、匹配元件, 如纯电抗的膜片、销钉、螺钉调配器、短路调配器等,使这些电抗负 载产生的反射与负载产生的反射相互抵消,从而实现匹配传输,这些 电抗负载可以是容性,也可以是感性,其主要有点是匹配装置不耗能, 传输效率高.(2)阻抗变换法：采用入/4阻抗变换器或渐变阻抗变换器使不匹配 的负载或两段特性阻抗不同的传输线实现匹配连接.(3)发射吸收法：利用铁氧体元件的单体传输特性(如隔离器等)文案大全实用标准文档将不匹配负载产生的反射波吸收掉.传输线的核心问题之一是功率传输. 对一个由信号源、传输线和负载构成的系统,希望信号源在输出最大功率的同时负载能全部吸收,以实现高效稳定的传输.这就要求信号源内阻与传输

3、线阻抗实现共钝匹 配,同时要求负载与传输线实现无反射匹配.2.1.2 阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法是在负载与传输线之间接入匹配器,使其输入阻抗作 为等效负载与传输线的特性阻抗相等. 匹乙4 一配Q A 器图3-1阻抗匹配匹配器是一个两端口的微波元件, 要求可调以适应不同负载,其本身 不能有功率损耗,应由电抗元件构成.匹配阻抗的原理是产生一种新 的反射波来抵消实负载的反射波二者等幅反相,即“补偿原理.常用的匹配器有有入/4阻抗变换换器和支节匹配器.本论文主要采用入/4阻抗变换器.2.1.3 入/4阻抗变换器入/ 4阻抗变换器是特征阻抗通常与主传输线不同、长度为入 / 4的传输线段,它可以用于负载

4、阻抗或信号源内阻与传输线的匹配, 以保文案大全实用标准文档证最大功率的传输；此外,在微带电路中,将两段不同特性阻抗的微 带线连接在一起是为了防止线间反射,也应在两者之间加四分之一波 长变阻器.当负载阻抗与其传输线的波阻抗不相等,或两段波阻抗不同的传输线 相连接时,在其间接入阻抗变换器可以消除或减少传输线上的反射波 以获得匹配.对某些传输线如金属波导,因其封闭性和制品的标准性, 阻抗变换器要做成准用元件；而对于微带线那么可根据负载情况设计微 带阻抗变换阶段,并与微带电路一同光刻腐蚀或真空镀膜的方法 一次形成.阻抗变换器的最根本形式是利用四分之一波长线的阻抗变 换特性.在两个特性阻抗不同的传输线之

5、间插入一段或多段不同特性阻抗的 传输线,余中选取其长度、特性阻抗的值和节段数,就可以在一 定带宽内驻波比低于某个给定的值.这种变换装置成为阶梯式阻抗变 换器.入/4阻抗变换器由一段特性阻抗为 Z01的入/4传输线构成.如图 3-2-1所示-4 ZE 7 / N图3-2-1入/4阻抗变换器原理性示意图文案大全实用标准文档假设负载为纯电阻,即0=1匕那么有;ZZOlRl* jZoitan(/? 2/4) _ ZoiZoi+/及的n(尸 Z / 4)Rl(3-1)为了使口实现匹配.那么必须使Zql- x Z o J2z|由于无耗线的特性阻抗为实数,故/4阻抗变换器只能匹配纯电阻负载. 假设当ZLR+

6、jXt为复数时,根据行驻波的电压波腹和波节点处的输入阻抗为纯 组：Rti工二 P g R二KN.可将入/4阻抗变换器接在靠近终端的电压波腹或波1,点处来实现阻抗匹配,假设A/4线在电压波腹点接入,那么入线的特性阻抗即假设A/4线在电压波节点接入,那么入线的特性阻抗为J-二叁P单节/4阻抗匹配器的主要缺点是频带窄.当工作波长为10卜出1=AJ%时单一工作频率当2M=怎1可实现PL配,/即当工作频率f偏离?时,15J4HA/4, 81不,HO,而是:p Zu No _Z01 + JR tail 仅Zin + 了0(3-2)二文案大全Zoi + /K tan piR-Zq(724-Zo)-2jVzo

7、ian实用标准文档在中央频率附近：二 R 1= 21,个=2,.三 z 4 A 22那么 secgr0从而|-巴当 cos8|3-4I4ZqR当0=0,相当丁TR.此时阻抗变换器不存在,I 最大.I r I _| A - Zo|rvr max-3-5|K + Zo|由3-4、3-5可画出| T|随0 或f变化的曲线；曲线作周期为兀的变化.设允许| r| Z2t国为渐变线中 心位置的阻抗,那么ZO=7Z1Z2 q在设计之前有必要先了解一下微带线端口设计,如下列图给出了微带线端口设计模型:Ww whor5附例依w h假设微带线的宽度为w,介质基片的厚度为设一般口高度为6h-10h之两 口宽度的设置

8、 假设脸耳那么端口宽度为10w,假设wh那么口宽度为5w并且高度为311-411,接着,进入特性网抗为50 Q微带线.特性阻抗为30Q的微带线的设计阶段口给定介 质基片填充的介质材料为FR七斗oxy.也就是e 1-4.4,介班基片的印度为H-L&mn,微带线 的厚度忽略不计,嬖求工作频率为2 4GHz0根据给定的要求,首先川第二堂的公式2-4分别计兑了 卜特性阻抗为50.微带线和 30口微带畿的觉度,修出来的结果大约为2.99mm和4.18iiini：再根据公式l A f.计兑出微 带线的波长为125mm,器后用HFSS软件进行设计仿真,过程如下:文案大全实用标准文档5m 口.SOOD啊0.5

9、2.0.2302.332.352.3B2.102.432J52M2.KI所面晌HZJ ,乂1 1400d50Q微带线的特性阻抗实部由图可以看出在2.4GHz时,微带线阻抗的实部约为49.9069 Q,接近50Q,此时微带线的宽度约为3.15mmS论值2.99mm相差不文案大全实用标准文档大.(2) 30 Q微带线3A.5D M.OD ?9.5D0D；2北51.50 J3.0D 3-2.50 30Q微带线模型AT KNOT J闾fcEiif!D .O T :L 既文案大全/皿那么二丽口 1 SF*eeprZtHI)S*lvp1 ： &*p一印明5与用*1 : 5*ftpW1-16 2223322

10、22m8*1up1 . %电电口的 U&933355SS和阎X 5 T 蝎* 1UiE *n VT -f. a a J J J8阿2里埔Z： 1 - -1=而区海返区4fgT-印NUiijpl : Swaep1-5A 1b百_rEjoHjWI-nETrnmr(HnSetup 1 - SvieepA1-fe HFHFH蹒nm1ra-HSUisigni Frag jHz|mxi2俱10|30Q微带线的特性阻抗实部实用标准文档由图可以看出在2.4GHz时,微带线阻抗的实部约为29.9607 Q, 接近30Q,此时微带线宽度为6.7m标口理论值4.18相差不大.所以建模型时50Q的宽度为w13.15m

11、m长度为l110mm, 50 Q的宽度为w26.7mm,长度为l215mm,渐变线长度为l331.25mm.2.2 关键参数优化：L3 渐变线长度:32.2mm-32.7mm,count 5优化图三、设计结果3.1 仿真结果：3.1.1 结构截图文案大全实用标准文档3.1.2 参数列表PfoperfaheMiu岫Ivalmtel L._脉55卅5膈供山3,15附3,麻制11 -19腑曲副1 6.T岫Him崛孤1215IND麻制13S厮32 5 检m他i快1,6INDL防忸对w:基板宽度w1:50 Q微带线宽度11:50 Q微带线长度文案大全实用标准文档W2:30.微带线宽度12:30 Q微带线

12、长度 阻抗变换器长度ht:基板高度3.1.3指标图XY Plot 3-30.00-32.50-35.0037 50-40 0.42.50-45.0Q47.S0-50.00235 230之旧243Freq GHlz| 加猴|?5Q=L 7/三口S11 回波损耗图S21(插入损耗图文案大全实用标准文档XYPlot4|MX17$0DdVWSR(驻波比)图SHOD2J05Q.S20 50810 完地如刖口 2.33AT KIOI &2.3B2.432.452.48Freo|MXT 2 M解- - ffi二qnbe2.50Re(Z0)(3.2测试结果：输入阻抗)图文案大全实用标准文档如上图所示,S11 回波损耗在2.4GHZ时为-50.0745dB-20dB,符 合设计要求.S21插入损耗在2.4GHZ时为-0.7785dB根本等于-