北邮微波仿真实验报告

1 / 19北邮微波仿真实验报告北 京 邮 电 大 学微波仿真实验报告实验名称：微波仿真实验姓名： 刘梦颉 班级： 2016211203 学号： 2016210960 班内序号：11日期：2016 年 12月 20日一、实验目的1、熟悉支节匹配的匹配原理。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。4、掌握 ADS，通过 SmithChart和 Momentum设计电路并仿真出结果。2 / 19二、实验要求1、使用软件：ADS 2、实验通用参数：FR4基片：介电常数为,厚度为，损耗角正切为 特性阻抗：50欧姆3、根据题目要求完成仿真，每题截取 13张截图。三、实验过程及结果第一、二次实验实验一：1、实验内容Linecal的使用a) 计算 FR4基片的 50欧姆微带线的宽度3 / 19b) 计算 FR4基片的 50欧姆共面波导的横截面尺寸2、相关截图根据实验要求设置相应参数根据实验要求设置相应参数实验二1、实验内容了解 ADS Schematic的使用和设置 2、相关截图：打开 ADS软件，新建工程，新建 Schematic窗口。在 Schematic中的 tools中打开 lineCalc，可以计算微带线的参数。3、实验分析通过在不同的库中可以找到想要的器件，比如理想传输线4 / 19和微带线器件。在完成电路图后需要先保存电路图，然后仿真。在仿真弹出的图形窗口中，可以绘制 Smith图和 S参数曲线图。实验三1、实验内容分别用理想传输线和微带传输线在 FR4基片上，仿真一段特性阻抗为 50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为 1GHz。观察 Smith圆图变化。 2、相关截图 理想传输线微波仿真实验报告班级： 姓名： 学号： 班内序号：仿真模型 FR4基片：介电常数为,厚度为，损耗角正切为【实验内容】1. Linecal的使用5 / 19(1) 计算 FR4基片的 50欧姆微带线的宽度实验步骤：a) 新建工程：Main 界面 - File - New Project -选择文件夹 -输入工程名 - OK b) 打开 Linecal：Schematic界面 - Tools - LineCalc - Start LineCalc c) 仿真计算：设置参数 - Synthesize 向上小三角(2) 计算 FR4基片的 50欧姆共面波导的横截面尺寸Component:Type选择共面波导 CPW2. 了解 ADS Schematic的使用和设置Simulation-S_Param库：扫频设置器 S_Parameters、基片参数设置器 MSub和 S参数负载端口 Term Lumped-Components库：电容、电感、电阻等常见电路元件 TLines-Ideal库：理想传输线器件6 / 19TLines-Microstrip库：微带传输线器件 仿真步骤：a) 搭建仿真电路b) 点击工具栏按钮，进行仿真c) Page界面左侧面板添加测量图3. 分别用理想传输线和微带传输线在 FR4基片上，仿真一段特性阻抗为 50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为 1GHz。观察 Smith圆图变化。 理想传输线：微带传输线：4. 分别用理想传输线和微带传输线在 FR4基片上，仿真一段特性阻抗为 50欧姆四分之波长短路线的性能参数，工作频率为 1GHz。观察 Smith圆图变化。7 / 19理想传输线：微带传输线：微波仿真实验实验报告题目：微波仿真实验 学院：电子工程学院班级：姓名：学号：2016xxxxxx微波仿真课一、 实验要求：1. 了解 ADS Schematic的使用和设置。8 / 19打开 ADS软件，选择“以管理员身份运行” ，新建工程并命名，新建 Schematic窗口。截图如下：2. 在 Schematic里，分别仿真理想电容 20pF和理想电感5nH，仿真频率为，观察仿真结果，并分析原因。 理想电容 20pF，仿真频率为：电路图：对数曲线：分析：由计算可知：S11=Z/Z+2 S12=2/Z+2,该网络互易对称可知 S21=S12, S22=S11, Z=1/jC, 随着频率的增加，S11=Z/Z+2 将会减小，最终趋向于 0，即-70db, S12=2/Z+2，f=1HZ 时，Z 趋近于无穷，S12 趋近于 0，即1db, f逐渐增大到 100GHZ时，Z=1, S12=1/3，仍然接近于0，即 1db。 理想电感 5nH，仿真频率为：电路图：9 / 19史密斯圆图：对数曲线：分析：由计算可知：S11=Z/Z+2 S12=2/Z+2。由该网络互易对称可知 S21=S12, S22=S11, Z=jL, 随着频率的增加，S11=Z/Z+2 将会增大，最终趋向于 1，即 0db, S12=2/Z+2将会随着频率的减小而减小，最终趋向于 0，在图中即为-30db。的使用：a) 计算中心频率 1GHz时，FR4 基片的 50 微带线的宽度；将 FR4基片的参数输入到 Linecalc中，计算得到中心频率1GHz时，FR4 基片的 50 微带线的宽度为，截图如下：微波仿真实验报告班级：17 班 学号： 姓名：10 / 19实验 2 微带分支线匹配器一、实验目的1.熟悉支节匹配的匹配原理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1.支节匹配器随着工作频率的提高及相应波长的减小，分立元件的寄生参数效应就变得更加明显，当波长变得明显小于典型的电路元件长度时，分布参数元件替代分立元件而得到广泛应用。因此，在频率高达以上时，在负载和传输线之间并联或串联分支短截线，代替分立的电抗元件，实现阻抗匹配网络。常用的匹配电路有：支节匹配器，四分之一波长阻抗变换器，指数线匹配器等。支节匹配器分单支节、双支节和三支节匹配。这类匹配器11 / 19是在主传输线并联适当的电纳，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。此电纳或电抗元件常用一终端短路或开路段构成。2. 微带线从微波制造的观点看，这种调谐电路是方便的，因为不需要集总元件，而且并联调谐短截线特别容易制成微带线或带状线形式。微带线由于其结构小巧，可用印刷的方法做成平面电路，易于与其它无源和有源微波器件集成等特点，被广泛应用于实际微波电路中。三、实验内容已知： 输入阻抗 Zin=75负载阻抗 Zl= 特性阻抗 Z0=75介质基片面性 r= ,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12 / 19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=/4,两分支线之间的距离为 d2=/8。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅值从至的变化。四、实验步骤1.建立新项目，确定项目频率，步骤同实验 1的 1-3步。2.将归一化输入阻抗和负载阻抗所在位置分别标在 Y-Smith导纳图上，步骤类似实验 1的 4-6步。3.设计单支节匹配网络，在圆图上确定分支 z与负载的距离 d以及分支线的长度 1，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。注意在圆图上标出的电角度 360度对应二分之一波长，即 /2。4.在设计环境中将微带线放置在原理图中。将微带线的衬底材料放在原理图中，选择 MSUB并将其拖放在原理图中，双击该元件打开 ELEMENT OPTIONS 对话框，将介质的相对介电常数、介质厚度 H、导体厚度依次输入。注意微带分支13 / 19线处的不均匀性所引起的影响，选择行当的模型。5.负载阻抗选电阻与电感的串联形式，连接各元件端口。添加 PORT，GND，完成原理图，并且将项目频率改为扫频6.在 PROJ下添加图，添加测量，进行分析。7.设计双支节匹配网络，重新建立一个新的原理图，在圆图上确定分支线的长度 l1、l2，重复上面步骤 35。五、实验图单枝节匹配相关的图输出方程：史密斯导纳圆图角度图：电路图：14 / 19测量图：双枝节匹配输出方程：微波工程基础仿真实验报告学 院：电子工程学院班 级：2016211xxx学 号：201621xxxx姓 名： xxxx班内序号： xx一、实验题目15 / 19实验一12 了解 ADS Schematic的使用和设置 在 Schematic里，分别仿真理想电容 20pF和理想电感 5nH，仿真频率为，观察仿真结果，并分析原因。3 Linecalc 的使用a) 计算中心频率 1GHz时，FR4 基片的 50 微带线的宽度b) 计算中心频率 1GHz时，FR4 基片的 50 共面波导的横截面尺寸4 基于 FR4基板，仿真一段特性阻抗为 50 四分之一波长开路 CPW线的性能参数，中心工作频率为 1GHz。仿真频段,观察 Smith圆图变化，分析原因。5 基于 FR4基板，仿真一段特性阻抗为 50 四分之一波长短路 CPW线的性能参数，中心工作频率为 1GHz。仿真频段,观察 Smith圆图变化，分别求出 500MHz和 2GHz的输入16 / 19阻抗，分析变化原因。6 分别用理想传输线和在 FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为 50 四分之一波长开路线的性能参数，工作频率为 1GHz。仿真频段,观察 Smith圆图变化，分别求出 500MHz和 2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率，分析曲线变化原因。7 分别用理想传输线和在 FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为 50 四分之一波长短路线的性能参数，工作频率为 1GHz。仿真频段,观察 Smith圆图变化，分别求出 500MHz和 2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率，分析曲线变化原因。8 分别用理想传输线和在 FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为 50 二分之一波长开路线的性能参数，工作频率为 1GHz。仿真频段,观察 Smith圆图变化，分别求出 500MHz和 2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率，分析曲线变化原因。17 / 199 分别用理想传输线和在 FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为 50 二分之一波长短路线的性能参数，工作频率为 1GHz。仿真频段,观察 Smith圆图变化，分别求出 500MHz和 2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率，分析曲线变化原因。实验二10 用一段理想四分之一波长阻抗变换器匹配 10欧姆到50欧姆，仿真 S参数，给出-20dB 带宽特性，工作频率为1GHz。11 用一段 FR4基片上四分之一波长阻抗变换器匹配 10欧姆到 50欧姆，仿真 S参数，给出-20dB 带宽特性，工作频率为 1GHz，比较分析题 1和题 2的结果。12 设计一个 3节二项式匹配变换器，用于匹配 10欧姆到 50欧姆的传输线，中心频率是 1GHz，该电路在 FR4基片上用微带线实现，设计这个匹配变换器并计算?m?的带宽，给出回波损耗和插入损耗与频率的关系曲线，比较分析题2和题 3的结果。18 / 1913 题 3中，若用 3节切比雪夫匹配变换器实现，比较同样情况下的带宽，回波损耗和插入损耗与频率的关系曲线，比较分析题 3和题 4结果。14 对于一个负载阻抗 ZL=60-j80欧姆，利用 Smith Chart Utility功能，分别设计并联短路单枝节和并联开路单枝节匹配，并将 Smith Chart Utility给出的匹配结果在 Schematic中仿真，给出 1-3GHz的回波损耗与频率的关系曲线，并给出?m?的带宽。15 并联双枝节匹配电路，并联双枝节为开路，枝节之间相距 /8，中心工作频率为 2GHz,利用理想传输线，给出1-3GHz的回波损耗与频率的关系曲线，并给出?m?的带宽。实验三Momentum16 在 FR4基板上分别仿真四分之一波长开路线，四分之一波长短路线，二分之一波长开路线和二分之一波长短路线，中心工作频率为 1GHz， 并与 Schematic仿真结果比较。仿真的频率19 / 1917 针对第 14题，改变仿真的频率为，观察上述传输线的性能变化并分析原因1