微波实验报告

2009211111班23号刘佳慧 微波实验报告微波实验报告班级：2009211111班姓名：刘佳慧学号：09210326日期：2012/5月目录实验二微带分支线匹配器 3一、实验目的 3二、实验原理 3三、实验内容 3四、实验步骤 3五、实验结果 4(一) 单支节 4(二) 双支节 8实验三微带多节阻抗变阻器 12一、实验目的 12二、实验原理 12三、实验内容 13四、实验步骤 13五、实验结果 13实验四微带功分器 15一、实验目的 15二、实验原理 15三、实验内容 16四、实验步骤 16心得体会 18实验二微带分支线匹配器一、实验目的1．熟悉支节匹配器的匹配原理2．了解微带线的工作原理和实际应用3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络二、实验原理支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+jB形式。然后，此短截线的电纳选择为-jB，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。双支节匹配器，通过增加一个支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。三、实验内容已知：输入阻抗Zin=75Ω负载阻抗Zl=（64+j35）Ω特性阻抗Z0=75Ω介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2GHz时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=1/4λ，两分支线之间的距离为d2=1/8λ。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz的变化。四、实验步骤1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。2．将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在smith圆上。3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。此处应该注意电长度和实际长度的联系。4．画出原理图，在用微带线画出基本的原理图时，注意还要把衬底添加到图中，将各部分的参数填入。注意微带分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。5．负载阻抗选择电阻和电感串联的形式，连接各端口，完成原理图，并且将项目的频率改为1.8—2.2GHz。6．添加矩形图，添加测量，点击分析，测量输入端的反射系数幅值。7．同理设计双枝节匹配网络，重复上面的步骤。五、实验结果单支节根据已知计算出各参量。写入OutputEquations。zl为归一化输入阻抗；t为负载处反射系数；b为以-0.01为步长扫描2*PI~0；r为阻抗处等反射系数圆；G为匹配圆；G1为大圆；r2为λ/8辅助圆；r6为电导为1的等电导圆；2．将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在smith圆上图SEQ图\*ARABIC1以实部虚部方式显示绘制步骤：将归一化输入阻抗和负载阻抗所在位置标在导纳圆图上从负载阻抗处沿等反射系数圆顺时针旋转，交匹配圆一点，取此经历的电长度为分支线与负载的距离d=（628.7-347.9）/200=1.404rad。匹配圆交点处电纳为0.531049j,由此确定所匹配的单支节传输线导纳为-0.531049*j，在导纳圆图上标出该点位置，从短路点出发顺时针方向旋转到标识位置，取此经历的电长度为分支线的长度l=（217.5-1.668）/200=1.07916rad。设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。画出原理图。注意微带分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。5.设置可调谐参量添加矩形图，添加测量，测量输入端的反射系数幅值，并进行调谐使反射系数幅值在2GHz时最小。6.得到调谐后矩形图双支节1．根据已知计算出各参量。写入OutputEquations。同单支节画出Smith圆图。绘图步骤：根据两枝节间隔长度为1/8波长，绘出辅助圆位置在图中标出负载处位置，沿等反射系数圆向源方向旋转180度，该点为y1’点，并联第一个支节的位置距离负载的电长度为d=(627.3-329.4)/200=1.4895从y1’点沿等电导圆旋转，交辅助圆于y1点，通过y1点导纳值减去y1’点导纳值得到第一个枝节的电纳值为1.99099j-0.504884j=1.5j在图中标出该电纳值点，从短路点向顺时针方向旋转到标出的1.5j点，经过的电长度为第一枝节的长度，l1=（512.1-1.076）/200=2.55512因为y1点的电纳值为1.99099j,所以第二枝节的电纳值为-1.99j，在图中标出该电纳点，从短路点顺时针方向旋转到该点，经过的电长度为第二枝节的长度，l2设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。画出原理图。4.得到调谐后矩形图：实验三微带多节阻抗变阻器一、实验目的掌握微带多节阻抗变阻器的工作原理掌握微带多节阻抗变阻器的设计和仿真二、实验原理变阻器是一种阻抗变换元件，它可以接于不同数值的电源内阻和负载电阻之间，将两者起一相互变换作用获得匹配，以保证最大功率的功率：此外，在微带电路中，将两不同特性阻抗的微带线连接在一起时为了避免线间反射，也应在两者之间加变阻器。单节λ/4变阻器是一种简单而有用的电路，其缺点是频带太窄。为了获得较宽的频带，常采用多节阻抗变换器。如下图所示，多节变阻器的每节电长度均为θ；为各节的特性阻抗，为负载阻抗，并假设Zn+1＞Zn,……Z2＞Z1，Z1＞Z0。其中ρi＝zi/zi-1Γi=(ρi-1)/(ρi-1+1)在上图中，变阻器的阻抗由Z0变到Zn+1，对Z0归一化，即由z0＝0变到zn+1＝R，R即为阻抗变换比。其中ρ1，ρ2……ρn+1为相邻两传输线段连接处的驻波比。根据微波技术的基本原理，其值等于大的特性阻抗对小的特性阻抗之比。Γ1，Γ2，……Γn+1则为连接处的反射系数，为了使设计简单，往往取多节变阻器具有对称结构，即使变阻器前后对称位置跳变点的反射系数相等，Γ1＝Γn+1,Γ2=Γn……。定义下列公式为变阻器的相对带宽和中心波长：其中和分别为频带边界的传输线波长，为传输线中心波长，D为相对带宽。三、实验内容设计仿真等波纹型微带多节变阻器。给定指标：在2GHZ-6GHZ的频率范围内，阻抗从50欧变为10欧，驻波比不应超过1.15，介质基片H=1mm，在此频率范围内色散效应可忽略。四、实验步骤根据给定的指标，查表确定微带变阻器的节数。（由于阻抗从50Ω变为10Ω，所以其R=5，中心频率为4GHz，相对带宽为D=1，通过查表，查得满足R值和D值，而且驻波比不超过1.15时，可以确定变阻器的节数n=4。）查表计算各段线的归一化特性阻抗。查表可以得到z1=1.21721,z2=1.77292,又可以通过R，计算可得z3=2.82021,z4=4.10775。各段的实际阻值为上述的归一化值与10的乘积。）3．利用txline计算各段实际的物理长度。通过计算可以得知：Zport1=10Ω，W=10.61mm,L=6.269mmZ1=12.1721Ω,W=8.434mm,L=6.342mmZ2=17.7292Ω,W=5.301mm,L=6.518mmZ3=28.2021Ω,W=2.796mm,L=6.793mmZ4=41.0775Ω,W=1.518mm,L=7.051mmZport2=50Ω,W=1.044mm,L=7.193mm根据以上计算的结果即可以得到原理图，原理图一共由六段微带线构成，其中的四段是实现阻抗变化器的微带线，而其余的两段是实现与端口匹配的微带线的。绘制原理图完毕之后，通过添加一个矩形的测量图，来仿真观察设计的阻抗匹配器是否符合实验的要求。调谐电路。在调谐各阶微带线的长度时，要保证其变化趋势不变。五、设计思路变阻器是一种阻抗变换元件，它可以接于不同数值的电源内阻和负载电阻之间，在两者间起到相互变换作用以获得匹配，以保证最大功率的传输；此外，在微带电路中，将两不同特性阻抗的微带线连接在一起时，为了避免线间反射，也应在两者之间加变阻器。单节λ/4变阻器是一种简单而有用的电路，其缺点是频带太窄。为了获得较宽的频带，可以采用多节阻抗变换器。采用综合设计法进行最佳多节变阻器设计，目前较多使用的有最大平坦度以及契比雪夫多项式。等波纹特性多节变阻器比最平坦特性多节变阻器具有更宽的工作频带。在微带线形式中，当频率不太高而色散效应可忽略时，各微带线的特性阻抗和相速度均与频率无关，因此属于均匀多节变阻器。多节变阻器的每节电长度均为θ；Z为各节的特性阻抗，为负载阻抗，并假设Zn+1＞Zn,……Z2＞Z1，Z1＞Z0。其中ρi＝zi/zi-1Γi=(ρi-1)/(ρi-1+1)变阻器的阻抗由Z0变到Zn+1，对Z0归一化，即由z0＝0变到zn+1＝R，R即为阻抗变换比。其中ρ1，ρ2……ρn+1为相邻两传输线段连接处的驻波比。根据微波技术的基本原理，其值等于大的特性阻抗对小的特性阻抗之比。Γ1，Γ2，……Γn+1则为连接处的反射系数，为了使设计简单，往往取多节变阻器具有对称结构，即使变阻器前后对称位置跳变点的反射系数相等，Γ1＝Γn+1,Γ2=Γn……。定义下列公式为变阻器的相对带宽和中心波长：Wq＝2(λg1-λg2)/(λg1+λg2)λg0=2λg1λg2/(λg1+λg2)其中λg1和λg2分别为频带边界的传输线波长，λg0为传输线中心波长，Wq为相对带宽。取变阻器每段为传输线波长的四分之一，即1＝λg0/4。设计步骤：根据给定指标，查表（最平坦型或等波纹型）确定微带变阻器的节数n。查表得到各段线的特性阻抗利用TXLINE计算相应微带线的长度及宽度。六．实验结果电路原理图：调谐前后：实验四微带功分器一、实验目的1．掌握微波网络的S参数2．熟悉微带功分器的工作原理及其特点3．掌握微带功分器的设计和仿真二、实验原理功分器是一种功率分配元件，它是将输入功率分成相等或不相等的几路功率，当然也可以将几路功率合成，而成为功率合成元件。在电路中常用到微带功分器，其基本原理和设计公式如下：图表1二路功分器图1是二路功分器的原理图。图中输入线的特性组抗为,两路分支线的特性阻抗分别为和，线长为，为中心频率时的带内波长。图中为负载阻抗，R为隔离阻抗。对功分器的要求是：两输出口2和3的功率按一定比例分配，并且两口之间相互隔离，当两口接匹配负载时，1口无反射。下面根据上述要求，确定，及R的计算公式。设2口、3口的输出功率分别为，对应的电压为.根据对功分器的要求，则有：P3=K2P2|V3|2/R3=K2|V2|2/R2式中K为比例系数。为了使在正常工作时，隔离电阻R上不流过电流，则应V3=V2于是得R2=K2R3若取R2=KZ0则R3=Z0/K因为分支线长为λe0/4，故在1口处的输入阻抗为：Zin2=Z022/R2Zin3=Z032/R3为使1口无反射，则两分支线在1处的总输入阻抗应等于引出线的，即Y0=1/Z0=R2/Z022+R3/Z032若电路无损耗，则|V1|2/Zin3=k2|V1|2/Zin2式中V1为1口处的电压所以Zin=K2Z03Z02=Z0[(1+K2)/K3]Z03=Z0[(1+K2)K]下面确定隔离电阻R的计算式。跨接在端口2、3间的电阻R，是为了得到2、3口之间互相隔离得作用。当信号1口输入，2、3口接负载电阻时，2、3两口等电位，故电阻R没有电流流过，相当于R不起作用；而当2口或3口得外接负载不等于R2或R3时，负载有反射，这时为使2、3两端口彼此隔离，R必有确定的值，经计算R=Z0(1+K2)/K图1中两路线带之间的距离不宜过大，一般取2～3带条宽度。这样可使跨接在两带线之间的寄生效应尽量减小。三、实验内容用VOLTERRA设计仿真一个微带功分器，指标为中心频率f0=2GHZ耦合度K=2引出线Z0=50Ω介质基片εr=2.55,h=1mm四、设计思路本实验的任务是设计一个二路功分器，耦合度为：2，所以首先根据指标要求和有关公式算出R2=100Ω,R3=25Ω,Z02=158.11,Z03=39.53,R=125。为了匹配在引出线Z0与2、3端口处各加了一段四分之一波长阻抗变换段，即：Z04=70.71Ω,Z05=35.36Ω。用TXLINE计算相应微带线的长度和宽度，并作记录。根据已知条件和有关知识，设计出上述原理图。计算各微带线的长度和宽度，并填入参数。注意，TL3和

TL7的特性阻抗之和为Z02，TL4和

TL6的特性阻抗之和为Z03。且TL3和

TL7宽度相等，长度之和为由Z02计算出的长度，TL4和

TL6宽度相等，长度之和为由Z03计算出的长度。TL13的特性阻抗为Z04，TL14的特性阻抗为Z05，由TL9的2端口向右看的阻抗为R2,由TL10的1端口向右看的阻抗为R3。由R计算微带线的长度和宽度，并使TL11和TL12的宽度的等于算出的宽度，长度之和等于算出的长度。并设置TL11和TL12的长度为参考变量，进行调节。添加测量图测量S21，S31，S32，进行仿真波形，在调节的过程中会得到符合指标的时刻，记录此时参数。注意，因为适配口选的是MTEE$，所以不需要设置其宽度，它会自动适配。3、传输特性曲线五．实验步骤按照指标要求用公式计算各阻抗值。计算结果：Z02=158.1 Z03=39.53Z04=70.71Z05=35.36R=125R2=100R3=25根据TXLINE得出对应的W和LZ0=50Ω,W=2.834mm,L=25.58mmZ02=158.1Ω,W=0.2117mm,