微波仿真实验

1、北京邮电大学微波仿真实验 学院： 电子工程学院 班级： 2014211202 学号： 2014210 班内序号： 姓名： 目录【实验一】2【实验二】25【实验三】37【实验一】1 了解ADS Schematic的使用和设置 。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。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。

2、2 在Schematic里，分别仿真理想电容20pF和理想电感5nH，仿真频率为（1Hz-100GHz），观察仿真结果，并分析原因。 20pF理想电容：仿真图：原因分析：史密斯原图下半部分是容性，随频率增加，电容由开路点变到短路点，通高频，阻低频。5nH理想电感：仿真图原因分析：史密斯原图上半部分是感性，随频率增加，电容由短路点变到开路点，阻高频，通低频。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 。根据实验要求设置相应参数：宽度为：3.053360mmb) 计算中心频率1GHz时

3、，FR4基片的50共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线宽度与接地板之间的距离）根据实验要求设置相应参数：横截面尺寸为：W=171.985mm，G=5mm，L=47.9857mm 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（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分析原因。仿真图仿真图分析：1、1GHz时，为四分之一波长，开路阻抗变换后变为短路，2GHz时为二分之一波长，所以仍为开路；2、由于损耗，因此反射系数变小，所以等反射系数圆的半径也在变小。 5 基于FR4基板，仿真

4、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（500MHz-3GHz）,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。 仿真图：仿真图分析：（1）1GHz时，为四分之一波长，短路阻抗变换后变为开路，2GHz时为二分之一波长，所以仍为短路；（2）由于损耗，因此反射系数变小，所以等反射系数圆的半径也在变小。分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗：500MHz：Z0*（0.003+j0.001）2GHz：Z0*（0.012-j0.005）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

5、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（500MHz-3GHz）,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（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。 理想传输线：500MHz输入阻抗及2GHz输入阻抗： 微带线：500MHz输入阻抗及2GHz输入阻抗：分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗：微带线500MHz：Z0*（0.023-j0.992）2GHz：Z0*（32.830-j1.603）理想传输线500MHz：0*（1.000E-10-j1.000）2GHz：Z0*（1.951E10-j3.096E9）分析

6、：因为相对于理想传输线，微带线有损耗产生误差，反射系数一直变小。扩展频率后：理想传输线：微带线：分析：四分之一波长开路线的开路点在1GHz，即中心工作频率。对于理想传输线，能量并不会随频率升高而衰减，因此史密斯原图无变化。而对于微带线，因为微带线有耗，损耗随功率升高而增大，因此反射系数逐渐减小，从而随着频率的升高，半径越来越小。 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（500MHz-3GHz）,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

7、率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。 理想传输线：500MHz输入阻抗及2GHz输入阻抗：微带线：500MHz输入阻抗及2GHz输入阻抗：分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗：微带线500MHz:Z0*（0.009+j1.003）2GHz：Z0*（0.031+j0.002）理想传输线500MHz:Z0*（5.551E-17+j1.000）2GHz：Z0*（8.284E-18-j1.000E-5）分析：因为相对于理想传输线，微带线有损耗产生误差，反射系数一直变小。扩展后：理想传输线：微带线：分析：四分之一波长短路线的短路点在1GHz，即中心工作频率。对于理想传输线，能

8、量并不会随频率升高而衰减，因此史密斯原图无变化。而对于微带线，因为微带线有耗，损耗随功率升高而增大，因此反射系数逐渐减小，从而随着频率的升高，半径越来越小。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（500MHz-3GHz）,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（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。理想传输线：500MHz输入阻抗及2GHz输入阻抗：微带线：500MHz输入阻抗及2GHz输入阻抗：分别求出500MHz和2GHz的输入

9、阻抗：微带线：500MHz：Z0*（0.016+j0.006）2GHz：Z0*（16.430-j0.798）理想传输线：500MHz：Z0*（1.000E-10-j1.000）2GHz：Z0*（1.951E10-j3.096E9）分析：因为相对于理想传输线，微带线有损耗产生误差，反射系数一直变小。扩展后：理想传输线：微带线：分析：二分之一波长开路线的开路点在1GHz，即中心工作频率。对于理想传输线，能量并不会随频率升高而衰减，因此史密斯原图无变化。而对于微带线，因为微带线有耗，损耗随功率升高而增大，因此反射系数逐渐减小，从而随着频率的升高，半径越来越小。 9 分别用理想传输

10、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（500MHz-3GHz）,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（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。理想传输线:500MHz输入阻抗及2GHz输入阻抗：微带线：500MHz输入阻抗及2GHz输入阻抗：分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗：微带线：500MHz：Z0*（55.044-j19.301）2GHz：Z0*（0.061+j0.004）理想传输线：500MHz：Z0*（5.551E-17+j1.000）2GH

11、z：Z0*（8.284E-18-j1.000E-5）分析：因为相对于理想传输线，微带线有损耗产生误差，反射系数一直变小。扩展后：理想传输线：微带线：分析：二分之一波长短路线的短路点在1GHz，即中心工作频率。对于理想传输线，能量并不会随频率升高而衰减，因此史密斯原图无变化。而对于微带线，因为微带线有耗，损耗随功率升高而增大，因此反射系数逐渐减小，从而随着频率的升高，半径越来越小。【实验二】1 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。仿真s参数：分析：B=m4-m3=1070-930=140MHz由图可知，-20dB的带宽W

12、=140MHz，最低点对应频率为1GHz，即史密斯圆图的圆心处，由此可见已完成匹配。2 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。分析：由图可知，-20dB的带宽W150MHz>140MHz最低点对应频率为990MHz<1GHz由此可见，微带线回波损耗最低点小于理想传输线，而-20dB带宽大于理想传输线，因此存在误差。此外，在中心频率处，FR4基片的反射系数S11要比理想情况大。3 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FR

13、4基片上用微带线实现，设计这个匹配变换器并计算的带宽，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。根据所学的理论知识，先依题意算出三节匹配微带线的阻抗值,然后通过 LineCalc计算出相应微带线的长和宽，修改电路图中MLIN的相关参数。 Z1=40.88827，Z2=22.3607，Z3=12.228457由此计算各节微带线的长宽：分析：由图可知，-20dB的带宽W650MHz可见，三节二项式阻抗变换器的带宽大于单节变换器，反射系数最小时对应的频率也偏离中心频率，但1GHz阻抗匹配时，3节二项式匹配变换器时的回波损耗小于微带线情况。4 题3中，若用3节切比雪夫匹配变换器

14、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。根据所学的知识可以计算出切比雪夫变换器匹配的三个微带线的阻抗，然后通过LineCalc计算出相应微带线的长和宽，修改电路图中MLIN的相关参数。 Z1=35.94 W=4.948710mm   L=40.0910mm   Z2=22.11 W=9.6519mm     L=38.8278mm   Z3=13.55 W=17.57710mm  

15、; L=37.8241mm仿真图插入损耗的带宽，即为-20dB带宽，由图计算得1485-534=951MHz；比较分析题3和题4的结果，即二项式匹配变换器与切比雪夫匹配变换器：（1）切比雪夫匹配变换器的带宽显著增加；（2）切比雪夫匹配变换器回波损耗具有等波纹特性；（3）两者的插入损耗差别不明显。5 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，并给出的带宽。并联双枝节匹配电

16、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，并给出的带宽。并联短路单枝节：分析：并联短路单枝节匹配的带宽即-20bB带宽W210MHz并联开路单枝节匹配： 分析：并联开路单枝节匹配的带宽即-20bB带宽W100MHz6 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，并给出的带宽。并联开路双枝节匹配的带宽即-20dB带宽W24MHz【实验三】1、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

17、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: 0-3GHz. 四分之一波长开路线Schematic仿真导入仿真四分之一波长短路线仿真图导入打孔使短路仿真二分之一波长开路线仿真导入仿真二分之一波长短路线仿真导入，打孔短路仿真分析比较：均为四分之一波长开路点在左，四分之一波长短路点在右；二分之一波长开路点在右，二分之一波长短路点在左。 虽然其大致图线与在schematic中仿真的相同，但是schematic仿真所得的曲线更加平滑，特性也更加理想。 2、针对第1题，改变仿真的频率为: 0-50GHz，观察上述传输线的性能变化并分

18、析原因 四分之一波长开路线仿真导入仿真四分之一波长段路线仿真导入,打孔仿真二分之一波长开路线仿真导入仿真二分之一波长短路仿真导入仿真分析：和第一题相比，当仿真频率增大为0-40GHZ时候，曲线开始同0-3GHZ相似，但是随着频率的增大，曲线开始变得比较杂乱，没有规律，可能是由于频率过大时候有失真，取点时杂乱无章，收到频率影响过大，仿真效果极差。 3、在Momentum 里，仿真一个大小为40mm*45mm端接3mm*1mm的负载（频率:0.5-2.5GHz），结构如下：45mm40mm3mm1mm求出f=1.6GHz的阻抗值，并在该频率下针对该负载分别设计并联开路单枝节和并联短路单枝节匹配到50（如果中心频率出现偏移，试看能否通过调整传输线尺寸，将其性能调回1.6GHz），观察仿真结果，分析带宽性能。在0.5-2.5GHz自适应仿真30点0.5-2.5GHz线性仿真0.01GHz首先在Momentum中设置好板材参数，在1.6GHz处进行单频点仿真，得出阻抗值为47.5-j*63.2利用smithchart进行单支节开路匹配转换成微带线在原理图中仿真加入MTEE后对TL1 TL2的长度进行Tune，使达到匹配转成layout复制到之前的负载图中得到结果修改传输线长度进行微调缩