微波电路EDA实验报告

微波电路EDA实验实验报告学院电子工程学院班级学号姓名微波电路EDA实验微波电路EDA实验1实验一微带低通滤波器一、实验要求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FC22GHZ,在通带内最大波纹LAR02DB,S11小于16DB；在阻带频率FS4GHZ处，阻带衰减LAS不小于30DB。输入、输出端特性阻抗Z050。方法用微带线实现，基片厚度H800UM,T10UM,相对介电常数R90高阻抗线特性阻抗Z0H106,低阻抗线Z0L10。确定滤波器的结构尺寸，测量滤波器的参数S11、S21，进行适当调节，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1、确定原型滤波器1）通过运行IFILTERFILTERWIZARD智能滤波器向导模块，设置各项以自动生成名为IFILTER的原理图，及测量图、默认优化目标。2）将原理图上方等式中的变量名CV1改为CA,变量名CV2改为CB，相应地，将电路图中位于两侧的电容数值改为“CCA”,居中的电容数值改为“CCB”。同样步骤，将图中的LV1变量改为L0。3）分析，即得原型滤波器的仿真结果。4）优化设置优化目标F02DBF4GHZ时,S2130DB。设置优化参数，选取所有变量。执行优化。优化完成后的电路如图11所示，结果如12所示，已优化的参数值如表1所示。2、计算滤波器的实际尺寸1）高阻抗线先计算高阻抗线的宽度。已知条件R90，F011GHZ,H800UM,T10UM,阻抗Z0H106，通过工具TXLINE计算得W、RE再计算高阻抗线的长度（手算）2微波电路EDA实验UMLVZLREPHO阻抗线先计算低阻抗线的宽度。已知条件R90，F011GHZ,H800UM,T10UM,阻抗Z0L106，通过工具TXLINE计算得W、RE再计算高阻抗线的长度（手算）UMCBCBVZLAALREPLOCREPLO12142121431030结果如表2所示。3、完成电路，测量各特性指标1）在已有工程中添加一个新原理图，用于绘制微带结构的低通滤波器。2）依次绘制电路图、添加图表、添加测量项S11、S21（单位DB）。全部完成后分析电路，观察所得曲线。若性能尚不符合实验指标，则需要对微带结构滤波器进行优化。未优化的电路图如图13所示，测量图如图14所示。3）优化；优化参数选取各高、低阻抗线的长度。优化目标设置与原型滤波器完全相同。执行优化，直到电路性能符合指标要求。优化完成后的电路图、测量图分别如图15，图16所示。4）激活实际结构滤波器原理图，从主菜单选VIEWVIEWLAYOUT,观察滤波器的二维布线图。若尚未连接，即看到连接处有红叉，可选中所有元件，再从工具栏选SNAPTOGATHER，即可自动连接。再从工具栏选VIEW3DLAYOUT，观察三维布线图。微带线结构滤波器布线视图（二维）如图17所示。5）记录优化结果微带结构电路的优化数值（长度）如表3所示，测量图所图16所示。微波电路EDA实验3四、实验数据记录及分析表1原型滤波器参数元件IDC1PFC2PFC3PFL1NHL2NH元件变量CACBCAL0L0优化值17123015171246824682表2微带线结构参数WUMRELL1、LL2（UM）LC1、LC3（UM）LC3（UM）高阻抗线9247315377657142低阻抗线84301378312183532323218表3微带线结构优化数值（长度）元件IDTL1（UM）TL2（UM）TL3（UM）TL4（UM）TL5（UM）优化值194956583255565820054微波电路EDA实验LUMPEDELENTFILERLPCHEBYSV02DBRIPLEDGR5FP2MHZCA17849B302Q_V10F2L0468219PORT2Z50HMPORT1Z50HMCAQID3APF_V1FQGHZALPH0INDQL20NH_VFQ1GZALP0CAPQID2BPF_V1FQGHZALPH0INDQL10NH_V2FQ1GZALP0CAPQID1APF_VFQ1GHZALPH0图11原型滤波器电路图（已优化）12345FREQUNCYGHZIFLTERILR806040200INSERTIONLS403020100RETURNLOS4GHZ2978DB2GHZ18DB2GHZ03782DBDB|S2,1|LIFLTERB|S1,|RIFLTER图12原型滤波器测量图（已优化）微波电路EDA实验5MLINDT1W8430UML5MLINDT2W947UML51MLINDT3W840UML2MLINDT4W927UML51MLINDT5W8430UML1MSUBER9H80UMT1RHOAND0ERN9MESUB1PORT1Z50HMPORT2Z50HM图13微带线结构滤波器原理图（未优化）12345FREQUNCYGHZM_FILTERILR504030201004GHZ276DB2GHZ0569DB2GHZ158DBDB|S2,1|M_FILTERDB|S1,|_FILTER图14微带线结构滤波器测量图（未优化）6微波电路EDA实验MLINDT1W8430UMLMLINDT2W947UMLMLINDT3W840UMLMLINDT4W927UMLMLINDT5W8430UML1MSUBER9H80UMT1RHOAND0ERN9MESUB1PORT1Z50HMPORT2Z50HML197256L38图15微带线结构滤波器原理图（优化后）12345FREQUNCYGHZM_FILTERILR504030201004GHZ285DB2GHZ0519DB2GHZ1394DBDB|S2,1|M_FILTERDB|S1,|_FILTER图16微带线结构滤波器测量图（优化后）微波电路EDA实验7图17微带线结构滤波器布线视图（二维）结果分析从图14未优化的微带线结构滤波器测量图可以看出，F4GHZ时，S212746DB,阻带衰减达不到实验要求的28DB。从图16优化后的微带线结构滤波器测量图可以看出，F4GHZ时，S212845DB,阻带衰减达到了实验要求的28DB。而优化前后的结果均不理想，达不到通带内最大纹波02DB。原因是微带线基本结构已经固定，优化时只是改变高低阻抗线的长度，而其宽度保持不变，优化能力有限，可通过将高低阻抗线的宽度也设置为优化参数来达到更好的优化效果。8微波电路EDA实验实验二贴片天线的特性分析及优化一、实验要求建立、分析一个右手圆极化贴片天线，工作频率为24GHZ，测量其S参数。通过调节贴片天线及切角的大小，对天线的轴比参数进行优化，记录最终的优化结果。二、实验仪器硬件PC机软件HFSS软件三、设计步骤1、创建工程其中，求解类型为DRIVENMODAL，单位为MM。2、创建模型模型主要包括基片、接地板、贴片天线、馈电点、空气腔体、端口、以及贴片天线的切角七部分。创建过程需要注意的是，在绘制端口过程，绘制完圆形之后，要从接地板裁去端口的穿孔，选择了接地板和圆形进行布尔操作的减法时，需勾选CLONETOOLOBJECTBEFORESUBTRACTING项，使得在接地板中裁去和端口一样大小的洞且仍保留端口。模型如图21所示。3、设置变量在接地板、基片、贴片天线、馈电点、端口及切角中都设置变量，且修改切角的位移矢量和建立起点和尺寸的变量关系。最终的变量如图22所示。4、设置模型材料参数设置馈电点的材料为COPPER，基片的材料为ROGERSRO4003。5、设置边界条件和激励源设置空气为辐射边界条件，接地板和贴片天线为有限导体，给端口设置激励源，即设置集总端口。6、设置求解条件微波电路EDA实验91）添加求解设置SETUP1，求解频率为245GHZ，MAXIMUMNUMBEROFPASSES为10，MAXIMUMDELTASPER为001。2）添加频率扫描项，扫描类型为FAST，选择LINEARCOUNT，频率范围23GHZ，共20点。3）确认设计，即检查设计是否有错误，有错则改，无错进行下一步。4）最后分析，即对模型进行求解。7、创建参数分析并求解1）添加参数设置，定义扫描变量CHAMSIZE,范围为57MM，计算3次，定义扫描变量PATCHSIZE，范围为3133MM，计算3次。2）定义输出变量，定义S11MAG变量为MAGSPORT1,PORT1,定义AXIARATIO变量为AXIARATIOVALUE，定义COST变量为10LOGAXIARATIOVALUE。最后，完成定义之后，将S11MAG变量加入CALCULATION栏。3）参数求解，结果如图13所示。8、优化求解1）选择优化变量PATCHSIZE，最小值30MM，最大值305MM；CHAMSIZE，最小值5MM，最大值55MM。2）设置远区辐射场，插入远区辐射场，其PHI和THETA参数的STOP项均设为0DEG。3）添加优化设置，首先添加成本函数，优化方法选择QUASINEWTON，MAXNOOFITERATIONS为100，选择COST变量，其GOAL为0,0,WEIGHT为1,1,ACCEPTABLECOST为001，NOISE为00001。其次，设置CHAMSIZE变量起始值改为51，MIN为5，MAX为55；PATCHSIZE变量起始值改为301，MIN为30，MAX为305。4）求解优化分析，结果如图14所示。测优化后的S11DB参数与频率的关系曲线，结果如图15所示。天线的3维辐射图如图16所示。10微波电路EDA实验四、实验数据记录及分析实验的模型及数据记录如下图21贴片天线的模型图22贴片天线的变量设置微波电路EDA实验11图13参数变量求解结果图14COST优化结果12微波电路EDA实验200220240260280300FREQGHZ12001000800600400200000DBSPORT1,PORT1ANTENNAXYPLOT4CURVEINFODBSPORT1,PORT1SETUP1SWEEP1CHAMSIZE5MMPATCHSIZE3035132758MM图15优化后S11与频率关系曲线结果分析由图14可以看出，优化后COST（COST10LOGAXIARATIOVALUE）的值趋于0，也就是说，天线的轴比趋于1，达到了实验圆极化的要求。但由图15可以看出，天线的反射系数（DB）较大，是由于天线匹配不好导致的，所以后期需要再调节使得天线匹配良好。五、实验总结通过微波EDA实验上机，我对MICROWAVEOFFICE软件和HFSS软件的了解及应用能力有了很大提高。1）MICROWAVEOFFICE软件可以对各种射频模块电路、单片微波集成电路、多层印制电路板等进行高效的设计和分析；其VSS套件还可以设计完整的端对端的通信系统，并支持硬件半实物仿真。软件界面直观，基于统一的设计平台，整合多种仿真工具，兼具开放性和交互性，是进行微波电路的理论研究和工程研发的强有力工具，在通信、电子、半导体、航天等领域都有广泛的应用。2）HFSS软件是三维电磁场仿真软件，应用切向矢量有限元法，可求解任意三维射频、微波器件的电磁场分布，计算由于材料和辐射带来的损耗。可直接得到特征阻抗、传播常数、S参数及电磁场、辐射场、天线方向图等结果。上机实验中把实验书中的几个实验都做了一遍，主要是学会了如下AWR方面1）应用工具TUNETOOL，将某些元件设置为可调的，通过调节元件观察S参数的变化；2）优化电路，通过工程浏览页的OPTIMIZERGOALS项设置优微波电