微波实验报告

1、信息与通信工程学院微波实验报告班级：2009211111 班姓名：周 颖学号：09210329日期：2012年5月目录实验二 微带分支线匹配器 3实验目的 3实验原理 3实验内容 4实验步骤与结果 4单支节 4双支节 8实验三 微带多节阻抗变阻器 13实验目的 13实验原理 113实验内容 113实验步骤与结果 114实验四 微带功分器 17实验目的 17实验原理 17实验内容 19实验步骤与结果 19心得体会 22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

2、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丫是YO+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=

3、75 Q负载阻抗 Zl= (64+j35 ) Q特性阻抗 Z0=75 Q介质基片 r=2.55 , H=1mm假定负载在2GHZ寸实现匹配，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=1/4 入，两分支线之间的距离为 d2=1/8入。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

4、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 1.82.2GHz。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7.同理设计双枝节匹配网络，重复上面的步骤五、仿真调测单支节根据已知计算出各参量。写入 Output Equations。zl为归一化负载阻抗；zin为归一化输入阻抗；TI为负载处反射 系数；Tin为输入端反射系数；b为以0.01为步长扫描

5、02*PI ； R 为阻抗处等反射系数圆；Rp为匹配圆；Rj为大圆。ZL=64+35Z0=75zl=ZL/ZOTl=(zl-1)/(zl+1)Zin=75 zin=Zin/Z0Tin=(zin-1)/(zin+1)b 二 stepped (0,2PI,0.01)R=TI*exp(j*b)Rj=exp(jb)Rp=0Fexpb)Q52.将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在smith圆上亠-Eqnb-EqnR+ EqnRj315,4g 3.56099 fb 764.4431Sv98 87 g371402e-006 b -0.532531g 0.902085b -0.4933282- Eqn Rp

6、EqnTli EqnTin图表i以实部虚部方式显示Ean-s- EqnR-9- EqnRjK EqnRpEqnTl+ EqnTin282.2g 1.00661 b 0.531245315.4Mag 1Arg -179,9 Deg282.2Mag 0.2559Ang -105 5 Deg图表2以幅度角度方式显示绘制步骤:g ibO98.87Mag 1Sv Ang 56.07 Deg1Mag 0.256Ang 93 31 Deg1Mag 0Ang 90 Deg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向源旋转，交匹配圆一点，由此确定单支节传输线阻抗为-0.53124

7、5*j，取此经历的电长度为分支线与 负载的距离d=198.81 *半波长在导纳圆图上标出该点位置，从开路点出发向源方向旋转到标识 位置，取此经历的电长度为分支线的长度1=303.93 *半波长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。调谐后的电路图为:添加矩形图，添加测量，测量输入端的反射系数幅值。Zn,Z2Z1, Z1ZO。辰射系数九，叶什其中 p i = z i/z i-1r i=( p i-1)/( p i-1+1)在上

8、图中，变阻器的阻抗由Z0变到Zn+1，对Z0归一化，即由zOp n+1为相=0变到zn+1 = R, R即为阻抗变换比。其中p 1,p 2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。r i,r2,r n+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，r i=r n+1, r2= r n。定义下列公式为变阻器的相对带宽和中心波长：f0 ( f1 f2)/2D ( f2 f1) /2其中 f1 和 f2 分别为频带边界的传输线波长, f0 为传输线中心波 长，D为相对带宽。

9、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-6GH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50Q变为10Q，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

10、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=10 Q, W=10.61mm,L=6.269mmZ1=12.1721 Q ,W=8.434mm,L=6.342mmZ2=17.7292Q ,W=5.301mm,L=6.518mmZ3=28.2021Q ,W=2.796mm,L=6.793mmZ4=41.0775Q ,W=1.518mm,L=7.051mmZport2=50 Q,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

11、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、仿真调测MUMuu*1R fliiTi巧!-|_eQjO32 rTi -_ VSWR1exp12.005 GHz1.14985 996 GHz1.1497辽tlF3cjuenc2H 即FCRt ”计PriUNi 心n1 1D B1 珂 Ei*uh-IftKTO - l钿nr.峠ULn-|吐1& -M4r-P wLn -4pE lJ- - *TM*Za10 OhSJ：D-2Ki n iti -B=fLZ -Utf

12、r2?*： rip: 曲=丁3 -LE AK 町 口 -i|i=-TLflLcf 457 1 (TjjTi-H=TiS调谐后: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 Zo ,两路 分支线的特性阻抗分别为Zo2和Zo3，线长为0/4 , 0/4为中心频率时 的带内波长。图中R2

13、,R3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Zo2, Zo3 R2，R3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因为分支线长为入eO/4，故在1 口处的输入阻抗为：Zin2=Z022/R2Zin3=Z032/R3为使 1 口

14、无反射，则两分支线在 1 处的总输入阻抗应等于引出线 的 Z0 ，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)/K30.5Z03=Z0(1+K2)K0.5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

15、离，R必有确定的值，经计算 R二Z0(1+K2)/K图1中两路线带之间的距离不宜过大，一般取23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VOLTERRS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=50 Q介质基片 e r=2.55,h=1mm四、实验步骤按照指标要求用公式计算各阻抗值Z0=50k=2R2=Z0*kR2: 100R3=Z0/kR3: 25Z02=Z0*sqrt(1+k*k)*k)Z02: 158.1Z03=Z0*sqrt(1 +k*k)/k/k/k)Z03: 39.53R=Z0*(1+k*k)/kR: 125Z04

16、=sqrt(R2*Z0)Z04:7071Z05=sqrt(R3*Z0)Z05: 35.36计算结果：Z02=158.1Z03=39.53Z04=70.71Z05=35.36R=125 R2=100 R3=25根据TXLINE得出对应的W和LZ0=50Q ,W=2.834mm,L=25.58mmZ02=158.1 Q ,W=0.2117mm,L=27.144mm,L1=y,L2=x1mmZ03=39.53 Q ,W=3.989mm,L=25.265mm,L3=ymm,L4=x2mmR=125Q ,W=0.4484mm,L=8.5023mmR2=10(Q ,R3=25QZ04=70.71 Q ,W

17、=1.6012mm,L=26.073mmZ05=35.36 Q ,W=4.6492mm,L=25.125mm由于图中变量很多，且相互约束，为了减少调谐时的麻烦，采用 全局变量的方法，全局变量申明为：y 二 22.33x 仁27.144-yx2=25_265-ya=2.24b=x1+x2-3-a因为要求两路线带之间的距离不宜过大，一般取23带条宽度，且宽度相等，设电阻的长度为3mm则得等式：x1+x2二a+b+3;即b=x1+x2-3-a;1.画原理图2.添加矩形图，添加测量，观察各端口数据是否满足要求。调谐电路。 调谐后：1.9987 GHz*xZ吐-1.067 dBr=s=i、1.5032 GHz?寸eQ2.4968 GHz *19,08 dBr-18.45 dB |2 GHz卜-7.161 dB ft，ex|U0一 DB(|S2 11|) 1DBflSpD * exp4-20-40-501.9999 GHz-5674 dB2.5Frequency (GHzi可以看出：在2Ghz时，S2,1, S3,1的差小于6.1db,隔离度S3,2小于-17.5db，符合要求心得体会本次实验完成了第24这三个实验，分别对单双支节匹配、微带