微波工程实验报告

《微波有源与无源电路》实验报告学院： 电子与通信工程学院班级： 硕777班 学号： 545566566 姓名： 4545554实验一、整流器非线性分析、实验目的:设计一个非线性二极管整流器，并进行非线性分析以及调节。二、实验仪器:硬件：PC机软件：MicrowaveOffice软件三、设计步骤:创建原理图:ACVSID=V1Mag=1.54VAng=ODegSDIODEOffset=0VID=SD1 V_METER□ o o □图1.1—实验原理电路图2设置模拟频率点击Proj标签，回到工程浏览页：从主菜单选择Options\ProjectOptions,在FrequencyValues页设置工作频率；将右下角的unit项设为MHz;勾选Siglepoint项，输

入500MHz，点击APPLY按钮，则在左侧出现频率范围；点击确定按钮即可。CurrentRangeDeleteSelectedModifyRangeStart(MHz)0Stop(MHz)2500Step(MHz)50SinglepointCurrentRangeDeleteSelectedModifyRangeStart(MHz)0Stop(MHz)2500Step(MHz)50SinglepointAddDeleteoReplaceApplvSweepTypeaLinearExponentialDataEntryUnits|MHzDoesnotaffectglobalunits确定取消帮助确定取消帮助ProjectOptions•■亠1FrequenciesSchematics/Diagi-：=iitisGlobalUnitsInterpolaAioib'Fassivity图1.2—设置频率图添加图表以及测量项从主菜单中选择Project\AddGraph,在弹出的窗口中选择Rectangular项，点击确定，添加Graphl，同理添加Graph2；前者是测量V-time项，后者是测量V-harm项，结果如下图所示：

0.80.60.40.205-^|Vharm(ACVS.V1)|n(V)Rectifier导|Vharm(V_METERVM1)|[*](V)Rectifier0.80.60.40.205-^|Vharm(ACVS.V1)|n(V)Rectifier导|Vharm(V_METERVM1)|[*](V)Rectifier[j..3 E3£1 c Graph222.51 1.5Frequency(GHz)p1:Freq=0.5GHzp2Freq=0.5GHz图1.4一Graph2的分析结果图四、实验分析：从主菜单选Simulate\TuneTool，将鼠标移至原理窗，此时将会出现一个调解工具符号，能将元件参数设为可以调的；用该工具选中ACVS中的Mag参数值，RES的R参数值。结果如下图：

图1.5—改变电压后的图(电压变大)Graph2Graph2p1:Freq=0.5GHzp2:Freq=0.5GHz图1.6—改变电压后的结果(V=1.54v,R=50 )结论：1.改变电阻后红色图不变，蓝色图改变，电阻增，幅度增加。改变电压后红色图、蓝色图都变化，电压增，幅度增加。实验二、集总元件滤波器的线性分析一、设计要求：设计一个电感输入式集总元件滤波器。已知L1=L4=15nH,L2二L3二30nH,Cl二C3二8pF,C2二10pF,输入和输出端特性阻抗均为500。工作频率100~1000MHz。（1） 画出原理图，测量s,S参数（单位dB）与频率的关系曲线。1121（2） 调节元件值L1,L4,C1,C3,观察S参数的相应变化。（3） 优化电路，使其满足f<500MHz时，S<-17dB,S>-1dB1121f>700MHZ时'S21<-30dB记录最终的优化结果：各元件值，便量值及曲线图。二、实验仪器：硬件：PC机软件：MicrowaveOffice软件三、设计步骤:创建原理图设置GlobeUnits中各个参数的单位画图，从Elem中选择各元件。按照原理图正确绘制。添加图表及测量项设置工作频率：100~1000MHz阶长：10MHz.添加矩形图，添加测量项:PortParameterS（dB）参数s,S。1「213•测量

Analyze分析电路，测量S参数的特性曲线。调节将元件L1,L4,C1,C3的数值设为可调，调节各值，观察S参数的相应变化。优化电路定义变量：将L1，L4的值设为变量Lin。Cl,C3的值设为变量Cin.选择优化参数：将L2,L3,C2,Lin,Cin参数的优化选项激活，依次设置上限60，60，20，30，16。设置优化目标：逐步添加s,sl121参数的优化目标。f<500MHz时，Sv—17dB,S>-1dB；f>700MHz时，1121sv—30dB。执行优化：OptimizeRandom(Local)，最大迭代次数5000210次。开始执行优化。四、实验数据记录与结果显示Lin=15Cin=8CAPID£1Lin=15Cin=8CAPID£1C£inpFCAPID£2C=10pFCAPID£3C£inpF[1□□ ■ □INDINDINDINDPORTID=L1ID£2ID=L3ID£4P=2L±innHL=30nHL=30nHL=JnnHZ=50Ohm-、£、£、、-11jl 1--OG-Q—uh―Q-OQ-—nn―EXn(1」-□_El-vUV'uVVPORTP=1Z=50Ohm□□图2.1—初始原理图Ex4_Spectrum-20-30-40-50100&厂A J-20-30-40-50100&厂A J「X妙么"-/\<\/'2\\TTIJ111111—DB(|S[1,1]|)Ex4_LPF\—DB(|S[2,1]|)Ex4_LPF300500 700Frequency(MHz)900 10002.22.2-未优化的测量图：…IQDataFilesB-F>]SystemDiagrams=…ISAnnotationsE)-F?~lCi『匚u狂Schematicsj…13Annotations：…西Ixjl白••區0EMStructures：…圈Annotations：…画OutputEquationsH-ffiGraphsI白••应Graph1j…fflIxjlDBdSdJJl)□-£3OptimizerGoalsj…画 [w=lL=2.Range|…画I或1:D班知何二1』L=ZRangei…園 M二1』L二zRange=[園YieldGoals[53OutputFiles由冒]Wizards图2.3—优化参数设置图(此处给出S(1,1)的优化)PORTINDINDINDINDPORTP=IDL1IDL2IDL3IDL4P=>Z=50OhmL=_innHL=32.95nHL=32.95nHL=_innHZ=50OhmQ □ □Lin=18.35 CAP CAP CAPIDC1 ID£2 ID£3C£inpF~ C=0.08pF C£inpFCin=9.088Q □ □图2.4-优化后的原理图表2.1-优化后各元件及变量的值参数Lin(nh)Cin(pf)L2(nh)L3(nh)C2(pf)优化值18.359.08832.9532.9510.08Ex4_Spectrum图2.5-优化后的期望测量图五、实验结果分析与总结：画出原理图后在初始数据条件下进行仿真分析，S参数是频率的关系如初始测量图，将L1,L4,C1,C3的值设置为可调后，调节各值，S参数都会随着变化,S的变化明显;设置优化后从测量图中可以看出,11基本满足优化电路的设计要求。即：当f<500H时,s<-17dB,S>-1dB；当f>700MHz时，s<-30dB21集总元件滤波器的线性分析实验的设计，熟练使用绘图的各元件，设置各元件参数，更重要的是学会优化电路的分析方法，选择优化参数，设置优化目标等。实验三、功率分配器一、 设计要求:设计一个三端口等功率分配器，采用微带线结构。已知输入端特性阻抗Z二500，共作频率f二3GHz；微带线基片£二9.8,h二1000um,T二1um.0 0 r测量特性指标S,S,S(单位dB)与频率(0.5f~1.5f)的关系曲线。调11 21 23 0 0节微带线的尺寸，使功率分配器的性能达到最佳。二、 实验仪器：硬件：PC机软件：MicrowaveOffice软件（1）阻值计算:图中，Z、Z的长度均为九/4;计算得Z=Z=、/2z；Z=Z=Z；r=2Z02 03 0 02 03 0 04 05 0 0计算结果填写在表3.1中•（1） 微带线尺寸计算：利用TX-Line的自带软件带入相关参数计算微带线尺寸。（2） 完成电路图：测量个特性指标依次设置单位，工作频率（1.5~4.5GHz,阶长0.01），画电路图，添加图表，测量项。分析电路，观察所得曲线。（3） 调节电路：调节电阻r的长度，宽度，使得s,S在f处尽可能11 23 0小，S尽可能接近-3Db.记录最终的调节结果。21四、实验数据记录与结果显示：表3.1(已知条件：£二9.8,h二1000um,T二1um.f=3GHz)r 0参数阻值（Q）电长度（deg）L(um)W(um)Z050101073.2969.774Z,Z02 0370.7909950.45423.414Z,Z04 0550101073.2969.774r1005565.86135五、实验原理图如下：（图3.1—参考电路图）uMTRACE；ID-X1W-970umL-1073[J71BType-2M-Q.6LiMSUBEr-9.SH-iaaaumT-1um[Rho-1Tand-QErtNom-1[Wame-SOB1^OIRTZ-5QOhm调节后的TFR的尺寸：W=0.2061mm,L=0.4081mmGraph1亠Graph1亠DB(|S(")|)Schematic1甘DB(|S(Z3)|)Schematic1*DB(|S(2「)|)Schematic1图3.2—测量期望图六、实验结果分析与总结：此三端口功率分配器采用微带线结构，实现等功率分配。功率分配器的设计继续练习电路图的绘制和结果的调节分析，使用TX-Line计算微带线的尺寸。实验四、微带低通滤波器一、实验要求本次实验设计一个切比雪夫式微波低通滤波器,技术指标为：截止频率f二2.2GHz，在通带内最大波纹l=0.2dB,s小于T6dB；在阻带c Ar 11频率f=4GHz处，阻带衰减l不小于30dB。输入、输出端特性阻抗s AsZ=50Q.0用同轴线实现，其外导体直径为D二16mm；高阻抗特性阻抗0Z二138Q;低阻抗线内、外导体间相对介电常数二2.54，低阻抗线Oh r特性阻抗z二100。ol确定滤波器的结构尺寸，测量滤波器的参数S、S，进行适当1112调整，使之达到最佳。记录滤波器的最终结构尺寸，总结设计、调节经验。二、 实验仪器硬件：PC机软件：MicrowaveOffice软件三、 设计步骤确定原型滤波器启动软件中Wizard模块的AWRFilterSynthesisWizard（AMR滤波器综合向导）功能，输入各项技术指标，即自动生成原型滤波器的原理图。具体电路如下所示：Ca=1.938Cb=3.134L0=4.836

即f〈2.2GHz时，S〈T6dB,S〉-0.2dB；f〉4GHz时，S〈-30dB；目112121标设定完成后再进行优化。优化结束后，即得到原型滤波器的各个已优化的参数值。计算滤波器的实际尺寸（1）微带线结构①高阻抗线先计算高阻抗线的宽度。已知条件：£二9.0，f二1.1GHz，H=800um,TOC\o"1-5"\h\zr oT=10um，阻抗z二1060，计算得W,£；再计算高阻抗线的长度：oh re丫 丫 L0L0*10-93*1014l=l=v= * umL1L2ZPh106 £oh "re②低阻抗线先计算低阻抗线的宽度。已知条件：£=9.0，f=1.1GHz，H=800um,r oT=10um，阻抗z=100，计算得W,£；再计算低阻抗线的长度：oh rel=l=ZvCC1 C3olplal=l=ZvCC1 C3olpla=10*3*1014*C*10-12umal=ZvCC2 olplb=10*3*1014i■£“re*C*10-12umb注意：计算公式中的L0、Ca、Cb即为原型滤波器的优化参数，仅为数值，不带单位！计算结果的单位为微米。将结果填入表2。得到各个参数后，即可得到微带线结构滤波器原理图:

MLINID=TL2W=40umL=100umPORTP=1MLINID=TL2W=40umL=100umPORTP=1Z=50OhmMLINID=TL1W=40umL=10QumMLINID=TL3W=40umL=100umMLINID=TL4W=40umL=10QumMLIN P°RTID=TL5 P=2W=40umZ=50OhmL=100umMSUBEr=9H=S00umT=10umRho=1Tand=1e-12ErNom=9Name=SU01图4.2—微带线结构滤波器原理图实验数据记录表4.1—原型滤波器参数元件IDC1(pF)C2(pF)C3(pF)L1(nH)L2(nH)元件变量CaCbCaL0L0优化值1.7883.0581.7884.7474.747表4.2—微带线结构参数W(um)rel、lL1 L2l、lC1 C2lC2高阻抗线92.41995.376075794.32低阻抗线8429.867.830711916.853278.37原型滤波器仿真结果:

图4.3—原型滤波器仿真结果（优化后）微带线结构滤波器仿真结果：图4.4—微带线结构滤波器仿真结果（优化后）二维布线图如下:

图4.5—二维布线图三维效果图如下：首先对原型滤波器仿真结果完全符合预期要求。而在自行绘制的原理图中，即图4.4中，我们可以清楚地看到，其实际指标与所要求的指标均有较大差距，滤波器在高频段不能很好的达到设计要求，虽然这个结果在允许范围内，但还是希望能分析出真正原因。六、实验总结实验中用到的“传输线理论CAI软件”主要用于计算单支节匹配和双支节匹配下支节的位置和长度;也可以直观的观察入射波与反射波的波形变化。虽然功能较为单一，但使用起来简单方便，能够有效地解决实验过程中遇到的数值计算问题。实验五、阻抗调配器_、设计要求：已知特性阻抗为Z二500的无耗均匀传输线,终端接Z二25+j75Q的负0 L载，工作频率f二10GHz（即波长九二30mm）。00设计一个阻抗调配器，分别采用短路单支节和短路双支节（两支节间距九/8），对传输线及负载进行匹配，用同轴线结构实现。（微带线结0构为选做实验）在0.5f〜1.5f频带内测量特性指标s，进行适当调整，使之达到最佳。0011记录最终结果，即支节的位置及长度，并比较两种调配器的特点。二、实验仪器：硬件：PC机,软件：MicrowaveOffice软件三、设计步骤:1•计算支节的位置，长度利用传输线理论CAI软件计算，取第二组解，算出各参数的实际值，填入表格。2•完成电路图，测量设置单位，工作频率（5~15GHz）,画电路图，添加表格，测量项，完成后分析电路，观察所得曲线。调节电路要求：分别调节单支节的位置，长度，调节双支节的长度，使其达到最佳，即s尽可能小，记录最终结果，并比较这两种调配器的特点。11四、实验数据记录与结果显示：表5.1—同轴线结构（已知条件：Z二500,Z二25+j750,L二0.25九,D二九/&九二30mm）0 L 0 0 0参数dlLALBCAI软件结果0.396九0.433九0.306九0.444九0000实际值（mm）11.8812.999.1813.324.1实验电路图以及测量图（单支节匹配）I'[-PORTP=1Z=50OhmTLSCP图5.1—同轴线单支节匹配图0.80.60.40.2Graph1|S(1,