电磁场与微波实验2011

1、Copyright By 杭州电子科技大学光纤通信网实验室 2011电磁场与微波实验仿真部分Page 2实验一实验一微波基础计算器与微波基础计算器与MWOMWO软件熟悉软件熟悉Page 3注意事项：注意事项：1、电子课件位于电脑、电子课件位于电脑E盘盘“第一节课第一节课”目录下目录下2、微波基础计算器位于、微波基础计算器位于E盘盘“第一节课第一节课”目录下目录下3、MWO软件通过桌面快捷方式可以打开软件通过桌面快捷方式可以打开Page 4教学内容安排教学内容安排实验目的实验目的实验原理实验原理实验内容实验内容实验步骤实验步骤Page 5利用微波技术基础计算器实现长线上任意点输入阻抗、反射系数、

2、行波系数、驻波比的计算；利用微波技术基础计算器实现长线Smith圆图的自动和手工绘制；利用微波技术基础计算器实现长线上任意长线和负载的单枝节匹配；熟悉MWO软件界面和基本操作。Page 6掌握传输线（长线）基本理论；熟练掌握Smith圆图的原理，熟练使用微波技术基础计算器。熟悉MWO软件界面和基本操作。Page 7u长线理论长线理论电压波与电流波（入射与反射）关系：0( )( )( )1( )( )( )j zj zj zj zV zVzVzV eV eI zIzIzV eV eZEZ =Zg0Z0Z =Zl0传输线传输线Page 8000tan()( )( )tan()( )linlZjZl

3、V zZzZZjZlI z200( )( )( )( )( ) LjzjinLinVzZzZzeeVzZzZmaxminminmin11(0)442ggglVVll Page 9纯电纯电抗抗纯电纯电阻阻开路开路点点短路短路点点匹配匹配点点Page 10 阻抗匹配大致分成两类：电阻性负载匹配电阻性负载匹配和任意任意负载匹配负载匹配。电阻性负载指的是Zl=RlZ，最常见的是采用 线匹配，有 容易得到匹配段的特性阻抗 再次注意到：只有匹配区才无反射波。 20in0lZnZZR0l0ZnR Z14Z0Z0Z =Rlll/4匹配区外匹配区 电阻性负载匹配电阻性负载匹配 Page 11 任意负载匹配：方法

4、一：四分之波长转换线法方法一：四分之波长转换线法 任意负载负载匹配任意负载负载匹配 Page 12Z0Z =R +jXlllR lldYBin=1+jYin=1YBin=-jYBll= +Gl 短路单枝节匹配短路单枝节匹配 方法二：短路单枝节法方法二：短路单枝节法Page 13ir00.00.60.4120.3080.192匹配圆向电源ZlY1Y1Yl 短路单枝节匹配原理短路单枝节匹配原理 Page 14并联短路枝节线匹配原理并联短路枝节线匹配原理：终端短路传输线相当于一个纯电抗在主传输线上并联一个短路面位置可调的支路传输线，相当并联一个可变电抗。在主线上输入阻抗电阻等于特性阻抗的位置并联短路

5、枝节线。调节枝节线长短，使得枝节线和主线并联的输入阻抗等于特性阻抗。Page 151、设置特性阻抗为50欧姆，负载阻抗我们选择100j 50，波长输入1，线长输入5，此处波长与线长都为相对值，计算线长Z为2.2、3、4.6三处的输入阻抗和反射系数，并且通过电磁场与电磁波教材上相应的传输线公式和反射系数公式验证。2、在反射系数中输入0.441j 0.073，归一化电阻输入“2”，归一化电抗输入“1”，画出阻抗圆图。Page 163、使用微波基础计算器计算特性阻抗为 50 欧姆，负载阻抗为 200+150j，取波长为 1 线长为 4（波长线长为相对值）。计算线长 Z 为 2.5 和 3.5 两处的

6、输入阻抗和反射系数。并画出 Z 为 2.5 时的阻抗圆图。4、特性阻抗为50欧姆，终端负载为50+j 100，使用单枝节匹配，求枝节的位置d和长度L。5、利用MWO完成非线性二极管检波器设计。Page 171、打开微波基础计器，熟悉其主界面 图1 微波计算器主界面Page 182、选择图1中所示的“长线”工具。出现如图2所示的窗口。 图2 长线理窗口 Page 19 设置特性阻抗为50欧姆，负载阻抗我们选择100j 50，波长输入1，线长输入5，此处波长与线长都为相对值，鼠标拖动长线上绿点标记，计算线长Z为2.2、3、4.6三处的输入阻抗和反射系数，驻波比，并且通过电磁场与电磁波教材上相应的传

7、输线公式和反射系数公式验证。Page 203、关闭长线对话框。选择图1中所示的“阻抗” 工具，会相应出现图3的阻抗圆图窗口。 图3 阻抗圆图 在反射系数中输入0.441j 0.073，归一化电阻输入“2”，归一化电抗输入“1”，画出阻抗圆图，标出该点在阻抗圆图上的位置。Page 21 选择长线工具，特性阻抗设为 50 欧姆，负载阻抗为 200+150j，取波长为 1 线长为 4（波长线长为相对值）。点“计算”。同时打开阻抗工具，选择“自动获取数据”、“窗体半透明”和“自动刷新”三个选项。此时圆图的数据便实时的直接来自与长线计算器的计算结果。拖动长线计算器绿点的位置时，观察阻抗圆图的变化。找到相

8、应波节点和波腹点位置。Page 224、选择图1中所示的“匹配”工具，会相应出现图5所示的窗口。图5 单枝节匹配Page 23 设特性阻抗为50欧姆，终端负载为50+j 100，工作波长填1，勾选阻抗圆图使用单枝节匹配，求枝节的位置d和长度L。并应用电磁场与电磁波相关公式计算验证之。Page 24n Microwave office 是美国是美国AWR公司最新开发的射频公司最新开发的射频、微波仿真软件，主要用于设计、微波仿真软件，主要用于设计线性线性、非线性非线性的微波的微波电路，并结合了电路，并结合了EMSight电磁分析与布线功能。电磁分析与布线功能。n 软件主要包括三大部分：软件主要包括

9、三大部分：、4、打开软件AWR Design Environment。熟悉MWOPage 25主要特点（续一）主要特点（续一）n MWO适合于线性、非线性以及适合于线性、非线性以及等微波电等微波电路的设计。软件包括了线性、谐波平衡、时域路的设计。软件包括了线性、谐波平衡、时域、EM、以及实际、以及实际Layout等仿真，将先进的等仿真，将先进的IC及及PCB布板编辑工具与电路仿真、噪声仿真、电布板编辑工具与电路仿真、噪声仿真、电磁（磁（EM）仿真、）仿真、Design Rule Checking等工等工具相结合成为一个完整的整体。具相结合成为一个完整的整体。 n Microwave Offic

10、e 2003完全构建在微软完全构建在微软Windows环境下，在执行仿真、版图设计以及环境下，在执行仿真、版图设计以及电磁分析时的电磁分析时的速度比一些同类工具要快很多速度比一些同类工具要快很多. .Page 26内置丰富的元件库内置丰富的元件库n MWO引入了许多微波元器件模型，包括引入了许多微波元器件模型，包括集总元件集总元件、分布参数元件分布参数元件，各种，各种同轴同轴、波导转接头波导转接头，有源有源、无源等器件模型、无源等器件模型等等。所以，该软件涵盖内容等等。所以，该软件涵盖内容十分广泛，几乎包括了微波设计的所有内容。十分广泛，几乎包括了微波设计的所有内容。MWO是通过两个模拟器来对

11、微波平面电路进行模是通过两个模拟器来对微波平面电路进行模拟和仿真的。对于由集总元件构成的电路拟和仿真的。对于由集总元件构成的电路,用电路用电路的方法来处理较为简便。的方法来处理较为简便。 Page 27Microwave office 2003Microwave office 2003的工作过程及原理的工作过程及原理 简介简介n Microwave office是在是在PROJECT VIEW中的中的SCHEMATIC输输入电路原理图或入电路原理图或NETLIST输入文字说明的输入文字说明的电路文件电路文件；电路原理电路原理图图或或网络表网络表输入以后，程序首先用输入子程序如电路文件，构输入以

12、后，程序首先用输入子程序如电路文件，构成数据结构。成数据结构。 n 输入子程序后，执行建立子程序。该子程序主要用于构成输入子程序后，执行建立子程序。该子程序主要用于构成系统。系统。n 分析子程序是整个仿真程序的核心部分，用于完成电路文件中分析子程序是整个仿真程序的核心部分，用于完成电路文件中定义的各种分析功能。该子程序定义的各种分析功能。该子程序首先将各个元件用数学模型来首先将各个元件用数学模型来代替代替，根据，根据改进的节点分析法改进的节点分析法将将实际结构的电路规范化实际结构的电路规范化为一组为一组庞大的电路系统方程。其系数矩阵按建立子程序建立的指针系庞大的电路系统方程。其系数矩阵按建立子

13、程序建立的指针系统存入相应空间，然后用稀疏矩阵法对方程组求解。统存入相应空间，然后用稀疏矩阵法对方程组求解。Page 28Microwave office 详细介绍详细介绍 菜单栏菜单栏工具栏工具栏Page 29Design Explore n Design Notes：为工程设计备忘录为工程设计备忘录 n ProjectOptions：为项目确定整体属性为项目确定整体属性 n Global Definitions：用来设置全局变量，包括用来设置全局变量，包括所有用来对参数赋值的方程和函数所有用来对参数赋值的方程和函数 。 n Data Files：为数据文件组为数据文件组n System D

14、iagrams：系统仿真选项系统仿真选项 n Circuit Schematics： 电路仿真选项电路仿真选项 n EM Structures: 用来控制用来控制EM仿真的参数仿真的参数 n Output Equations：测量数据用表或图的形式测量数据用表或图的形式显示出来之前对其进行信息处理的显示出来之前对其进行信息处理的n Graphs： 代表了代表了MWO的输出的输出 n Optimizer Goals：优化目标。优化目标。 n Yield Goals: 生产优化技术指标。生产优化技术指标。可对仿真过程中的可对仿真过程中的各种项目进行管理各种项目进行管理器件或元件库，微带器器件或元件

15、库，微带器件原型等件原型等元件参量管理元件参量管理Page 30ProjectOptionsPage 31Element Browser Circuit Elements:用于电路原理图的仿真用于电路原理图的仿真Lumped Elements：常用的分立元件：常用的分立元件 Microstrip：微带线微带线，包括，包括线形微带线线形微带线、耦耦合微带线等合微带线等，元件的名称以元件的名称以MM开头开头Substrates：仿真实际电路板制板所用的仿真实际电路板制板所用的基板特性基板特性, ,参数包括参数包括介质厚度介质厚度、金属厚度金属厚度等等Subcircuits：支电路支电路 Sourc

16、e：信号源，包括直流源、交流源等：信号源，包括直流源、交流源等Striplines：带状线，元件的名称以：带状线，元件的名称以S S开头开头System BlocksSystem Blocks:用于通信系统的仿真。用于通信系统的仿真。良好的良好的习惯习惯仿真必仿真必备备Page 32TXLine（传输线阻抗计算器）的使用（传输线阻抗计算器）的使用 n 射频、微波电路与低频电路很重要的区别在于金属射频、微波电路与低频电路很重要的区别在于金属线间耦合线间耦合会对电路参数产生显著的影响，其影响主会对电路参数产生显著的影响，其影响主要与金属线的要与金属线的与与有关有关 。此软件可以算出固。此软件可以算

17、出固定基板的情况下各类微带结构的特性阻抗对应的金定基板的情况下各类微带结构的特性阻抗对应的金属线的宽度和长度，为实际器件设计提供属线的宽度和长度，为实际器件设计提供等效元件等效元件。Page 33Page 34 Microwave Office 2003 实例演示实例演示 设计一个非线性二极管检波器设计一个非线性二极管检波器 Page 35打开MWO，新建一个Project：从菜单中选择File下的New Project，保存此新项目，选择Save Project As：Rectifier Page 36 创建一个新的电路原理图：右键单击Project View界面下的Circuit Sche

18、matics，点击New Schematics，建立一个空白的原理图；选择Elem Browser，按下图完成原理图。 左键单击Elem标签，在Nonlinear中选择Diode，此时下方窗口将出现一些Diode元件；选择窗口中的Sdiode元件，将其拖入原理图；重复上面步骤，将Sources中的ACVS，Lumped Element中的RES，MeasDevice中的V_meter拖进原理图。最后如图进行连线；在原理图的任何图表符号上，双击左键可编辑参变量，完成原理图中元件参数设置。 Page 37Page 38左键双击Project Options，出现属性对话框；点击Frequency Values，改变单位为MHZ，且选择Single Point复选框，且在Point文本框中输入500（MHZ），点击Apply键确定。Page 39添加输出图表添加输出图表 右键单击Project View中的Graphs，点击Add Graphs，选择矩形框，命名为Graph1。然后为新建的矩形图框添加测量，右键单击Graph 1，单击Add Measurement，出现Add Measurement对话框。在对话框的Meas.Type中选择Nonlinear Voltage， Measurement选择Vtime， Data Source N