18GHZ微带渐变阻抗变换器设计报告

1、1.8GHZ 微带渐变阻抗变换器设计报告一、设计任务1.1名称：设计一个工作频率为1.8GHZ输入阻抗为50Q,输出阻 抗为30 Q的阻抗变换器。1.2主要技术指标：S11低于-20dB,S21接近0.7dB,re(Z0)接近50Q ,VWAF接近 1。二、设计过程1.原理：1 1 阻抗匹配的概念阻抗匹配元件在微波系统中用的很多， 匹配的实质是设法在终端负载 附近产生一新的反射波， 使它恰好和负载引起的反射波等幅反相， 彼 此抵消，从而达到匹配传输的目的。一旦匹配完善，传输线即处于行 波工作状态。在微波电路中，常用的匹配方法有：( 1 )电抗补偿法： 在传输线中的某些位置上加入不消耗的匹配元件

2、， 如纯电抗的膜片、销钉、螺钉调配器、短路调配器等，使这些电抗负 载产生的反射与负载产生的反射相互抵消， 从而实现匹配传输， 这些 电抗负载可以是容性， 也可以是感性，其主要有点是匹配装置不耗能， 传输效率高。(2)阻抗变换法：采用入/4阻抗变换器或渐变阻抗变换器使不匹配 的负载或两段特性阻抗不同的传输线实现匹配连接。( 3)发射吸收法：利用铁氧体元件的单体传输特性(如隔离器等)将不匹配负载产生的反射波吸收掉。传输线的核心问题之一是功率传输。 对一个由信号源、传输线和负载 构成的系统，希望信号源在输出最大功率的同时负载能全部吸收，以实现高效稳定的传输。这就要求信号源阻与传输线阻抗实现共轭匹 配

3、，同时要求负载与传输线实现无反射匹配。12阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法是在负载与传输线之间接入匹配器，使其输入阻抗作 为等效负载与传输线的特性阻抗相等。匹器图3-1阻抗匹配匹配器是一个两端口的微波元件， 要求可调以适应不同负载，其本身 不能有功率损耗，应由电抗元件构成。匹配阻抗的原理是产生一种新 的反射波来抵消实负载的反射波（二者等幅反相），即“补偿原理”。常用的匹配器有有入/4阻抗变换换器和支节匹配器。本论文主要采 用入/4阻抗变换器。1.3 .入/4阻抗变换器入/ 4阻抗变换器是特征阻抗通常与主传输线不同、长度为入 / 4的 传输线段，它可以用于负载阻抗或信号源阻与传输线的匹配， 以保证

4、最大功率的传输；此外，在微带电路中，将两段不同特性阻抗的微带 线连接在一起是为了避免线间反射，也应在两者之间加四分之一波长 变阻器。当负载阻抗与其传输线的波阻抗不相等，或两段波阻抗不同的传输线 相连接时，在其间接入阻抗变换器可以消除或减少传输线上的反射波 以获得匹配。对某些传输线如金属波导，因其封闭性和制品的标准性， 阻抗变换器要做成准用元件；而对于微带线则可根据负载情况设计微 带阻抗变换阶段，并与微带电路一同光刻腐蚀（或真空镀膜的方法） 一次形成。阻抗变换器的最基本形式是利用四分之一波长线的阻抗变 换特性。在两个特性阻抗不同的传输线之间插入一段或多段不同特性阻抗的 传输线，佘当选取其长度、特

5、性阻抗的值和节（段）数，就可以在一 定带宽驻波比低于某个给定的值。这种变换装置成为阶梯式阻抗变换入/4阻抗变换器由一段特性阻抗为 Z01的入/4传输线构成。如图3-2-1所示图3-2-1入/4阻抗变换器原理性示意图假设负战为述电阻.即佥司“则冇；El + yZoitaiX/? /4)Zoi + jPl taii(Z? z 4)RlC3-1)为了使尸矗实现匹配，则必须使由F无耗线的特性IE抗为实数故X/4阻抗变换器只陡匹配纯电魁负载。 着当ZRl+JXl为复数时，根辦存驻波的电压波腹和波节点处的输入Rt抗为纯阳一 P Zu RnrKZj可将W4阴抗变换器接任靠述终筑的电压波腹或波胃点处來实现阴抗

6、卩LllL = C -4/i；,i.（工波恢点按人，咖k J汶DM1C：Zjj= JZq 述 o =Zcp若人/4线住电压波廿点接入，则X/4线的特性阻抗为单节A/4 M抗乩S!器的I建缺点是麹带窄.当工作披长为M时，“ 24*对单一工件频率窃当矗巳云R町冥现配./即亦派 当工作规半D偏离珀吋，匸AV4H24, 牛 汕H环心心而是:厂 _ Zin - Z oZh+Zq2j?+ /ZoitanZZoi +“/? + /Zoitin /?Zoi-:Zoi + jJ?tiUi filZo(3-2)r-r- 収+ N)+八云Wtim国在中心频宰附近;(3-3)(3-4)万0 =0.相片J 1=0,此时

7、限抗变换器不存在，|晟大.(3-5)R-Zmax=|R +羽由（3-4 ）、（ 3-5）可画出| r |随B （或f）变化的曲线；曲线作周期 为n的变化。设允许I r | | r |m,则其工作带宽对应于限定的围频率。由于B偏离n /2时| r |曲线急剧下降，故工作带宽很窄file图3-2-2单节入/4阻抗变换器的带宽特性当| r 1 = 1 r |皿时，则通带边缘I .的日值为务二0z=n-0.且由式(3-3)有弘=Z2), Z0为渐变级小 心位nm抗.则斫如乜。(1) 50Q微带线50Q微带线模型C 5415M1 LW? 51 62561- 49-744FiqP3H417B50Q微带线的

8、特性阻抗实部由图可以看出在1.8GHz时，微带线阻抗的实部约为50.4333 Q,接近50Q，此时微带线的宽度约为3.15mm(2) 30 Q微带线30Q微带线模型37 5i isMi阳 ?T 初IHM S护wGuTilrtriJ-JU-nn Al-MtIUhih Wl -1 iZaci|j朮AJCeiv Wl -咽啤讪 unjp!i -細9C1|)&rup1i Stwg吗珂1；1 Eupl! Swwp rtffWVhwm M-nBCZaU S5.00 7 50 1Caribe knltiL2-4&mn L3-Efmf 5|1.11u*j|*aKWZT*H尹5|i HiLJ-4 -M44444

9、4n -EMMD 5加T弓L：-45&Hfrin -也STS Mlf?! 5wtp l:T SMwl Swr?电Mi tMJIDDO I11m1 717SFwqfGHXY Hlot &严 iga/|优化图三、设计结果仿真结果：1.1结构截图1.2参数列表TalaeUnitZr61a&.ied V. BTypilescriptitnBe3dMilTMi idmVO5050厂厂K1.6L. ftwtIviitn厂r*13.175rfen3. 175mIqjl ln厂厂Li5nn5mmlezi gjt厂厂V26STnn6 _7mm厂厂U7.EZ222Zmnlei; r厂厂L3mSniTs厂厂WO基板宽度 W1:50 Q微带线宽度L1 :微带线长度W2:30Q微带线宽度L2:阻抗变换器长度H:基板高度2.指标图-iii -M50 -57 60 moo1 TO1 73drftSii.lfi 5?初14 驷丼i u卅r痢勒他佃HT riS11 （回波损耗）图S21(插入损耗）图VSWR（驻波比）图Re（ZO）（输入阻抗）图3.测试结果：S11 （回波损耗）在 1.8GHZ 时为-66.0399dB-20dBS21（插入损耗）在1.8GHZ时为-0.6493dB接近-0.7dBVWSR驻波比）在1.8GHZ时为1.0010约等于1Re（ Z0）（输入阻抗） 在1.8GHZ时为49.755