awr微波实验报告设计低通滤波器

1 / 21awr 微波实验报告设计低通滤波器实验一 A 整流器非线性分析一 实验目的1. 了解非线性二极管整流器工作原理2. 学会 AWR对电路进行非线性分析及非线性调节 二 实验原理所有整流器类别中最简单的是二极管整流器。在最简单的型式中，二极管整流器不提供任何一种控制输出电流和电压数值的手段。为了适用于工业过程，输出值必须在一定范围内可以控制。通过应用机械的所谓有载抽头变换器可以完成这种控制。作为典型情况，有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压，因此也就能够在一定范围内控制输出的直流值。通常有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的饱和电抗器结合使用。通过在电抗器中引入直流电流，使线路中产生一个可变的阻抗。因此，通过控制电抗器两端的电压降，输出值可以在比较窄的范围内控制。2 / 21本次试验要求设计一个非线性二极管整流器，添加测量项，调节电阻，观察电压的变化情况，从而去分析二极管的非线性。三 实验步骤1、完成非线性二极管整流器电路图如下2、 设计模拟频率如下3、添加图表，往图表中添加测量项 Vtime,，V_,并分析电路4、添加图表，往图表中添加测量项 Vtime,，V_,并分析电路5、使用Simulate/Tune tool调节 MAG及 R参数观察 Graph1和3 / 21Graph2变化观察得调节 MAG会使得测量项，V_的幅值变大，而调节 R电路特性变化不大。四 实验总结通过此次试验，学会如何向工程中添加原理图，并成功绘制符合元件参数的原理图。学会添加图表，往图表中添加非线性测量项。学会使用 Tune tool调节电路中元件的参数，从而观察到改元件参数对电路特性的影响。实验一 B 集总元件滤波器线性分析一、 实验目的：1了解电感输入式集总元件滤波器工作原理 2学会调节参数及优化电路二、 实验原理4 / 21设计一个电感输入式集总元件滤波器，已知L1=L4=15nH，L2=L3=30nH，C1=C3=8pF，C2=10pF,输入输出端特性阻抗均为 50，工作频率 1001000MHz。优化电路，要求其满足 f700MHz时，S21 三、实验步骤1、完成集总元件滤波器电路图，如下：2、定义 globe units参数，设置工作频率如下：3、添加图表，往图表中添加测量项 S11、S21 并分析电路，调节元件 L1、L4、C1、C3，观察 S参数相应变化：调节 C2、C3 会发现其值影响 S11波谷的数目，且随着其值得增大，S21 当f500MHz时，S21 会有很明显的下降。微波 低 通 滤 波 器 实 验 报5 / 21告微波低通滤波器实验报告一、设计要求设计一个切比雪夫微波低通滤波器，技术指标为：截止频率 fc=, 在通带内最大波纹 LAr=, S11小于-16dB；在阻带频率 fs=4GHz处，阻带衰减 LAs不小于 30dB。输入、输出端特性阻抗 Z0=50 Ohm。二、实验仪器硬件：PC 机软件：Microwave Office 软件三、设计步骤1.确定原型滤波器启动软件中 Wizard模块的 AWR Filter Synthesis Wizard6 / 21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：图 1原型滤波器电路图由于默认的优化目标与实验要求指标不同，必须自行重新设置，即 f 时，S11-；f4GHz 时，S21 化。优化结束后，即得到原型滤波器的各个已优化的参数值。 将结果填入表 2。 2.计算滤波器的实际尺寸 微带线结构 高阻抗线先计算高阻抗线的宽度。已知条件：H=800um，T=10um，?r?，fo?，阻抗 Zoh?106?，计算得W,?re； 再计算高阻抗线的长度： lL1?lL2低阻抗线先计算低阻抗线的宽度。已知条件：H=800um，T=10um，?r?，fo?，阻抗 Zoh?10?，计算得W,?re；再计算低阻抗线的长度： lC1?lC3?Zolvp7 / 21lCa?10*L0L0*10?93*1014?vph?*um Zoh106re3*1014re*Ca*10?12umlC2?ZolvplCb?10*3*1014re*Cb*10?12um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，8 / 21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：图 2微带线结构滤波器原理图电路中的参数均可由上公式算出。四、实验数据记录1.确定原型滤波器图 3原形滤波器未经过优化图 4原形滤波器优化后优化后数据：Ca=，Cb=，L0=。 2.计算滤波器的实际尺寸图 5优化前的图像 图 6优化后的测量图9 / 21五、结果分析首先对原型滤波器进行仿真结果分析，图 3中，当 f S11-；f4GHz 时，S21=- 基本符合要求。而在自行绘制的原理图中，即图 4z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，当 f S11-16dB,S21=-4GHz时，S21=-30dB，也就是说，在误差允许的范围内，结果成立。六、实验总结1、在这次微波虚拟实验中,CAI 软件主要是用来动态演示传输线波形的，其中还可以单支节和双支节匹配。但是自己对这个软件使用情况不是很好，主要是不知道这个软件到底是解决哪部分知识的。第二个软件：Microwave Office，感觉使用的还比较好。自己也把没到题都认认真真做了一遍。2、我自己做了：整流器非线性分析、放大器非线性分析、10 / 21螺旋电感的电磁分析、集总元件滤波器、功率分配器、阻抗变换器、阻抗调配器以及最后的微波低通滤波器实验。自己对微波技术有了更为深入的了解，从之前电磁场课程上的抽象概念到实验中较为具体的实际电路分析。自己对其中涉及到的概念都有了更加清楚的了解。3、提高主要在于对这两款软件的认识，对微波电路和微波传输有一定感性的理性认识。不足之处在于虽然知道这部分实验是干什么的，但是理论知识还没学过，理论计算时不知所云。4、希望这门课安排到我们已经学过简明微波后再开，电磁场与电磁波这门课虽然涉及了一部分微波方面的知识，但是太少，实验做得又是电磁场这门课不上的内容。综合课程设计实验报告课程名称： 微波方向综合课程设计实验名称： 微带短截线低通滤波器的设计、仿真与测试11 / 21院 ： 信息科学与工程学院专业班级：姓 名：学 号：指导教师：2016年 12月 22日一、实验目的和要求1、目的：通过这次课程设计，进一步理解微波工程的相关内容，熟练运用 Microwave Office和 Protel等软件，通过这学期学习、练习的积累，选择一个微波器件，依据 MWO的仿真结果，使用 protel99se将其绘制成电路版图。最后在老师的帮助下制成实物并与仿真结果对比分析，在实践中加强自己对微波工程的体会与理解。12 / 212、要求：从以下题目中选择一个微波器件,依据 MWO的仿真结果,使用 protel99se将其绘制成电路版图(PCB)。1)3dB微带功率分配器;2)微带短截线滤波器3)3dB微带定向耦合器PCB板采用介电常数为，厚度为 1mm的 FR4基片；电路尺寸必须按照自己相应的 MWO设计结果绘制；电路外轮廓为矩形,尺寸必须为:50mm*40mm 或 40mm*20mm；每个电路端口必须在电路板的侧面，并使用至少 5mm长度的 50ohm微带线连接。二、实验内容和原理13 / 211、内容：在介电常数为，厚度为 1mm的 FR4基片上，设计一个 3阶、最大平坦型微带短截线低通滤波器，其截止频率为 f，阻抗是 50欧姆。2、原理：Richards变换：集总元件构成的滤波器通常工作频率较低，在微波频段，我们常常采用微带结构实现较好的滤波性能。在设计得到滤波器原型之后，为了实现电路设计从集总参数到分布参数的变换，Richards 提出了一种变换方法，这种变换可以将集总元件变换成传输线段。如图 1所示，电感 L可等效为长为 /8，特性阻抗为 L的短路线；电容 C可等效为长为 /8，特性阻抗为 1/C的开路线。图 1Kuroda规则：14 / 21采用 Richards变换后，串联元件将变换为串联微带短截线，并联元件将变换为并联短截线。由于串联微带短截线是不可实现的，所以需要将其转变为其它可实现的形式。为了方便各种传输线结构之间的相互变换，Kuroda 提出了四个规则，如图 2所示。其中，n2?1?Z2/Z1；是单位元件，即电长度为 /8、特性阻抗为 ZUE的传输线。选用合适的 Kuroda规则，可以将串联短截线变换为容易实现的并联短截线。图 2三、设计指标在介电常数为，厚度为 1mm的 FR4基片上，设计一个 3阶、最大平坦型微带短截线低通滤波器，其截止频率为 f，阻抗是 50欧姆。在进行设计时，主要是以滤波器的 S参数作为优化目标进行优化仿真。S21 是传输系数，反映传输损耗和带外抑制； S11、S22 分别是输入、输出端口的反射系数。此外，要仿15 / 21真滤波器的群时延特性。四、理论设计过程第一步： 根据设计要求，查表得到低通滤波器原型。g1=1=L1g2=2=C2g3=1=L3第二步： 应用 Richard变换将电感和电容转换为等效的串联和并联短截 线。短截线长度： L=c/8=Z1=Z3=L1=L3=1Z2=1/C2=第三步 应用 Kuroda规则将串联短截线转换为并联短截16 / 21线。n2=2Z1=2Z2=2Z3=Z4=2Z5=2第四步 阻抗和频率定标。微波滤波器设计与仿真一、实验原理：二、实验步骤：17 / 21一、低通滤波器设计与仿真：微波低通滤波器一、设计要求设计一个切比雪夫低通滤波器，技术指标为：截止频率 fc=,在通带内最大波纹 LAr=，S11 小于-16dB；在阻带频率fs=4GHz处，阻带衰减 LAs不小于 30dB。输入、输出端特性阻抗 Z0=50。 方法：用微带线实现，基片厚度H=800um，T=10um，相对介电常数 r=；高阻抗线特性阻抗Z0h=106，低阻抗线 Z0l=10。测量参数：计算滤波器的结构尺寸，测量滤波器性能，进行适当调节、优化，使之达到设计指标要求。二、实验仪器 硬件：PC 机软件：Microwave Office 软件三、设计步骤 1、原型滤波器设计18 / 21在工程浏览页展开 Wizards节点，运行 iFilter Filter Wizard模块，设置完各项后，工程自动生成名为 iFilter的原理图，以及测量图、默认优化目标。 2、微波器物理尺寸计算 微带线结构： 高阻抗线先计算高阻抗线的宽度。 再计算高阻抗线的长度：L0*3*?um = lL1?lL2?vph106*Z0hL0re?914低阻抗线先计算低阻抗线的宽度。 再计算低阻抗线的长度：lc1?lc3?Z01vplCa?10*19 / 213*3*14*Ca*10um?12?12re14lc2?Z01vplCb?10*Cb*10