实验一：电磁场与微波软件功能介绍

1、电磁场与微波实验一电磁场与微波实验一电磁仿真软件功能介绍与使用电磁仿真软件功能介绍与使用微波与电磁场课组一、实验目的：一、实验目的：1、了解微波射频电路的特点；2、学习ADS仿真软件的作用与使用方法；3、学习集总参数滤波器的设计方法。二、实验内容二、实验内容1、微波电路相关概念和特点什么是微波电路？ 微波电路顾名思义，就是传播微波信号的电路，相对于低频电路，它的频率更高，难度更大。由于频率升高，使它的电路形式和设计方法都与低频电路不同，需要单独研究。微波有源电路 微波无源电路微波电路微波半导体器件 微波真空电子器件微波立体传输线 微波平面传输线微波电路 微波混合集成电路示例 微波集成电路（MI

2、C）示例微波电路 微波单片集成电路（MMIC）示例 微波常用元件片状叠层电感及线绕电感 片状电阻 贴装可调电容 微波二极管（封装及芯片） 微波电路元件微波三极管和场效应晶体管（封装及芯片） 微波单片集成电路（MMIC）（封装及芯片） 几种经常使用的微波介质材料名称介电常数（r）备注聚四氟乙烯玻璃纤维基片2.7国产、进口陶瓷（Al2O3）基片(99%)9.6国产、进口微波复合介质基片可选国产RT/duroid 58802.2Rogers公司RO40033.38Rogers公司TMM10I9.8Rogers公司 RT/duroid Series RO4000 Series TMM Series 图

3、1 Rogers公司生产的几种微波介质基片常用微波仿真软件介绍常用微波仿真软件介绍 ADS软件全称 Advanced Design System，是由Agilent公司出的一款电路设计CAD软件，功能极为强大。它可以进行：直流仿真、交流仿真、S参数仿真和优化、瞬态分析、小信号分析、非线性电路分析（比如谐波平衡法）、提供矩量法进行场仿真、系统仿真等。 Agilent ADS（基于路仿真，但提供矩量法进行场分（基于路仿真，但提供矩量法进行场分析）析） Ansoft HFSS（基于场仿真，主要针对无（基于场仿真，主要针对无源电路）源电路）ADS 提供了 design guide，可以方便的设计功分器

4、、滤波器、功放及振荡器等器件。ADS的界面清晰、整洁，易于操作。 HFSS（High Frequency Structure Simulator）是美国ANSOFT 公司开发的一种三维电磁仿真软件,它提供了一个交互式的界面以简化设计输入。 Microwave office 基于路仿真软件基于路仿真软件,可处理任意多层平面结构可处理任意多层平面结构的三维电磁场的问题。的三维电磁场的问题。EDA具有以下主要优点 （1）设计质量高）设计质量高 在大多数情况下能使设计的电路同时满足所要求的各项性能指标。对于一般电路，通常有多钟指标要求，而在某些指标之间可能是相互矛盾或相互制约的。在这种情况下，EDA能

5、设法在各项指标间找出折衷方案，从而使各项指标都得到较好的满足。 （2）设计速度快）设计速度快 由于计算机的运算速度快，从修改电路元由于计算机的运算速度快，从修改电路元件到给出分析结果，一般只需要零点几秒件到给出分析结果，一般只需要零点几秒钟到几秒钟时间。若一个电路的设计要反钟到几秒钟时间。若一个电路的设计要反复修改几百次，其设计周期也不过几十分复修改几百次，其设计周期也不过几十分钟。钟。 （3）能完成传统设计难以完成或无法完成）能完成传统设计难以完成或无法完成的任务的任务 由于人工计算难以对电路进行灵敏度和容差分析，设计者不可能规定元件容差和加工公差的合理数值，结果往往不是因规定公差过小而造成

6、加工困难，就是因容差太大致使有源器件互换性差，电路性能不稳定，产品合格率低。利用计算机辅助设计，便于对电路进行灵敏度计算、容差分析和模拟故障分析，从而大大提高电路的合格率和可靠性。 (4) 节省电路研制过程中的实验器材和加工节省电路研制过程中的实验器材和加工量，提高了经济效益。量，提高了经济效益。 以上是以上是EDA的主要优点。当然，它也有缺点：的主要优点。当然，它也有缺点： （1）准备工作周折费神（需要编写程序与调试程序），商用软件也需要熟悉建模过程，建模的优劣直接影响设计的准确性。 (2) EDA不能保证迭代过程收敛于最佳电路，得到的 往往是局部最佳，而不是全局最佳。 预备知识介绍预备知识

7、介绍 微波系统可以视为由众多网络和传输线构成的系统，其中每个网络可以是各种微波器件构成。一端口网络-与传输系统有一个联络通道 ex:Source / Load二端口网络-与传输系统有二个联络通道 ex:Attenuator / Amplifier三端口网络-与传输系统有三个联络通道 ex:Power Divider四端口网络-与传输系统有四个联络通道 ex:Directional Coupler传输线 源（激励）微波元件 接收（负载）传输线网络2网络1网络3按网络与传输系统的通道口数目来分可分为： 散射矩阵（散射矩阵（S参数）意义：比如对一个二端口线性网络：b1=S11a1+S12a2b2=S

8、21a1+S22a2011112aabs012212aabs022221aabs021121aabsai、bi分别为输入、输出信号的幅值。为端口T1在端口T2匹配时的反射系数。 S a1a2b2b1 b = s a T1T2为端口T2在端口T1匹配时的反射系数。为端口T2匹配时T1端口到T2端口的传输系数，反映系统的正向传输特性。为端口T1匹配时T2端口到T1端口的传输系数，反映系统的正向反向隔离特性。史密斯圆图（史密斯圆图（Smith Chart） Smith Chart是处理传输线理论的最好可视是处理传输线理论的最好可视图形处理工具，具有直观、方便和易于理图形处理工具，具有直观、方便和易于

9、理解得到广泛应用，是射频与微波电路处理解得到广泛应用，是射频与微波电路处理的重要工具。的重要工具。1.051.05ri0 ()ri0.5 ()ri1 ()ri2 ()xi2 ()xi1 ()xi0.5 ()xi0.5 ()xi1 ()xi2 ()r0.1 ()r0.5 ()1.051.05 rr0 () rr0.5 ()rr1 ()rr2 ()xr2 ()xr1 ()xr0.5 ()xr0.5 ()xr1 ()xr2 ()i0.1 ()i0.5 ()Smith Chart+jx-jx匹配点匹配点电抗园电抗园电阻园电阻园实际阻抗及导纳原图ADS概述与基本操作 基础界面、ADS 文件、原理图、模拟

10、、和数据显示等内容。另外还介绍一个简单的例子。 三、实验步骤三、实验步骤设计一个中心频率为设计一个中心频率为5GHZ的集总参数低的集总参数低通滤波器。通滤波器。1启动ADS主界面在开始菜单启动ADS，运行后界面如下：文件浏览区工程管理区工具栏菜单栏ADS工程主界面可进行新工程建立、打开已存在工程、浏览开始工作目录、观察当前目录和打开范例工程等。2创建新工程创建项目名称为 lab1。 下面的下拉菜单主要是设定单位的，在微带线布局时有用，我们选择 millimeter。点击 OK建立新项目，并且会出现原理图窗口。3检查你的新项目内的文件a 看左边的文件浏览窗口。目前显示你在 lab1 项目内。 b

11、 在主窗口，双击 networks 目录,目前里面没有原理图文件。 4建立一个低通滤波器设计a 在主窗口，点击 New Schematic Window 图标，也可以使用刚才自动打开的原理图窗口。 b 储存原理图。点击图标，取名 lpf。现在network 目录中会出现 lpf.dsn 文件。 ADS原理图工作窗口所有元件种类列表历史元件列表相应种类元件种类列表电路设计工作区c 在元件模型列表窗口中选择 LumpedComponents（集总参数元件）项。d 从该选项左边面板中选择电容 capacitor C可以用 Rotate 图标旋转，放好以后，再放入另一个电容。低通滤波器设计过程数据存储文件名数据显示方式模版打开已存的数据文件23456789110-30-25-20-15-10-5-350f req,