2023年西交大射频实验报告

等打施娉

射频专题实验

实验报告

实验一匹配网络的设计与仿真

实验目的

1.掌握阻抗匹配、共枕匹配的原理

2.掌握集总元件L型阻抗抗匹配网络的匹配机理

3.掌握并（串）联单支节调配器、入/4阻抗变换器匹配机理

4.了解ADS软件的重要功能特点

5.掌握Smith原图的构成及在阻抗匹配中的应用

6.了解微带线的基本结构

基本阻抗匹配理论

TT2

P=TR=——―-R

OL(&+R)L

U2

&=飒,K

凡

信号源的输出功率取决于U、R和R。在信

S5L

号源给定的情况下，输出功率取决于负载

电阻与信号源内阻之比k。当口=!^时可获得最大输出功率，此时

为阻抗匹配状态。无论负载电阻大于还是小于信号源内阻，都不

也许使负载获得最大功率，且两个电阻值偏差越大，输出功率越

小。

匹配涉及:共软匹配，阻抗匹配，并(串)联单支节调配器。

练习

L设计L型阻抗匹配网络，使Zs=(46—jX124)Ohm信号源与ZL

=(20+jX100)Ohm的负载匹配，频率为2400MHz.

仿真电路图

0[wih3_poiuctifedl•&大苏还

E由S^<tV^wImMtOpbcrnfool*layoutSsnubt*WindowDynamiclinkOvugnGuid*

_j0面膏Q:MMl口t3C.：4♦展双匕S通晟包尸陪翁3⑻•:、

Saakckwcaachi««"<；HX»-o-县ih篇\士力期日照

sr6〜

Term

Term1

DA_SmithChartMatch1_untitled1

Num=1

DA_SmithChartMatch1

Z=(46-j*124)Ohm

Fp=2.4GHzZL=(20j*100)Ohm

SourceType=ComplexImpedanceLoadFils="ZLoad.snpM

SourceEnable=TrueLoadFilsSparm="S(1,1)"

Rg=50OhmLoadIm>1ype=LoadImpedance

Lg=1nHZ0=50Qhm

Cg=1pF

Zg=(46+j*124)Ohm

SourceAle=,'ZSource.snp"Term.......................

Term2

SourceFileSparm="S(1,1)"

S_ParamNum=2

Sourcelmp7ype=SourceImpedance

SP1LoadType=ComplexImpedanceZ=(20+j*100)Ohm

Start=2000MHzLoadEnable=True

Stop=3000MHzRL=50Ohm

Step=10MHzLL=1nH

CL=1pF

SelectEnterthevUttingpoiMGROWN。G2M2.$00,0.62S-W5.inA/R；S^nSdwm

o(fi.OD曾<>16:11

MF嵯量2M'2O1W2

仿真结果

((

C二

-一

L

ww

mm

pp

-40

2.02.22.42.62.83.0

freq,GHz

2.设计微带单枝短截线线匹配电路，使MAX2660的输出阻抗Z

S=(126—j*459)Ohm与ZL=50Ohm的负载匹配，频率为900

MHz.

微带线板材参数：

相对介电常数：2.65

相对磁导率：1.0

导电率：1.0e20

损耗角正切：le—4

基板厚度：1.5mm

导带金属厚度：0.01mm

仿真电路图

E5(wzh2_p<j]untititdi,

Fit*E&tS*tociVirwOption，lookLayoutSimuUteWindowOynanMlinkOKignCud*Hdp

点等Qt)仁二通R虱P/Q网晟色探哈用日宜:：、

•iwCircuitK■■•lclua<--o*月必就'宏图财日廖

S-PARAMETERSTermTerm

DA_SSMatc-hVuntitledl

S_Paramlermllerm2

DA二SSMatch11

SP1Num=1Num=2

Subst="MSubK

Start=1OOMHzZ=(126-j-459)OhmZ=50Ohm

F=900MHz

Stop=1100MHz

Zn=(126+j*459)Ohm

Step=1OMHz+

Zload=50Ohm

Zstub=50Ohm

|歉|DisplayTemplat©Z)ine=50Ohm

MSubdisptemplZfeeds50Ohm

•S_Params_Quad_dB_Smlth"StubType=OpenCircuit

MSUBNetiype=Automatic

MSut>1Delta=0mm

H=1.5mm

Er=2.65

Mur=1

Cond=1.0E+20

Ku=1.0e+033mm

T=0.01mm

1inD=1e-4

Rough"5mm

SelttVEnterthevUrtingpoint0itemsw»e-3.000.L2S0•9XX».35S0inWRf

6图-。D曾小

InputReflectionCoefficient

仿真结果freq(100.0MHzto1.100GHz)

ForwardTransmission,dB

-40

-45

-50

0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1

freq.GHz

ReverseTransmission,dB

OutputReflectionCoefficient

CN

£

(7)

freq(100.0MHzto1.100GHz)

实验二衰减器的仿真设计

一、练习：设计10dB口型同阻式(Zl=Z2=50。)固定衰减

器。

A

ct=IO10

y[cc+1

=

Rpi=Rpiz。

仿真电路:

1

T&rm.R...R...Term.

TenniRs1Rs2<Term2

Num=1R=96.250hmRpR=96.25OhmNum=2

Z=50OhmR-7115Ohm

S-PARAMETERS

S_Param

SP1

Start=1.0GHz

Stop=10.0GHz

Step=O.OO1GHz

仿真结果:

m2

freq=10.00GHz

S(1,1)=4.454E-6/0.000

impedance=Z0*(1.000+jO.OOO)

二、衰减器的测量一一AV36580A矢量网络分析仪

（一）测失配负载在600~2600MHz的驻波比（S1K回损）

S11对数幅度

频率6008001000120014001600

(MHz)

驻波比1.3381.3531.3251.2831.3191.350

（二）测衰减器在600MHz-2600MHz的插损和回波损耗

S21对数幅度

频率6008001000120014001600

(MHz)

回损-10.02-10.01-10.01-10.03-10.02-10.03

(dB)199643

频率18002000220024002600

(MHz)

回损-10.02-10.02-10.04-9.997-10.00

(dB)5674

S11史密斯圆图

频率6008001000120014001600

(MHz)

输入阻51.78752.37252.68552.71451.70150.228

抗+-—-—-

(Q)j*0.39J*0.30J*0.00J*0.00J*0.00J*0.00

70385661229224834543887

频率18002000220024002600

(MHz)

输入阻48.72847.37046.60346.51947.081

抗———-+

(Q)j*0.00J*0.00J*0.00J*0.63J*0.76

3681284181768386873

S11驻波

频率6008001000120014001600

(MHz)

驻波比1.0361.0481.0591.0711.0761.081

频率2000220024002600

(MHz)1800

驻波比1.0821.0831.0831.0761.063

S11对数幅度

频率6008001000120014001600

(MHz)

回损-34.95-32.65-30.80-29.28-28.44-28.24

(dB)084123

频率18002000220024002600

(MHz)

回损-28.11-28.01-27.96-28.66-30.19

(dB)68583

实验三威尔金森功分器的设计与仿真

一、设计指标规定：

中心频率:2.45GHz

带宽：60MHz

频带内输入端口的回波损耗：Sll<-20dB,S22<-20dB

频带内插入损耗:S21>-3.IdB,S3l>-3.IdB

隔离度：S32<-25dB

二、板材参数：

H：基板厚度（1.5mm）,Er：基板相对介电常数（2.65）

Mur:磁导率（1）,Cond:金属电导率（5.88E+7）

Hu:封装高度（1.0e+33mm）T:金属层厚度（0.035mm）

TanD:损耗角正切（1e-4）,Roungh:表面粗糙度（0mm）

三、威尔金森功分器原理：

如下图为威尔金森功分器的结构图，其输入、输出特性阻抗均为。

若P2和P3所得功率平分，则在输入口P1与输出P2之间、输入P1

与输出P3之间的分支线上特性阻抗均为=，波长为四分之一其上

波长。若在输出P2和P3之间跨接阻值为2。当P2与P3口接匹配

负载时，P1无发射，且P1功率被平分至P2和P3,并且P2与P3口

间隔离。

S]=052=0

S22=$23=°

Oil

四、功分器的原理图和版图：

(1)计算微带线的线宽：

当Zo=5OOhm时，微带线w=4.049030

当Z0=70.7Ohm时，微带线w=2.255410

(2)功分器原理图:

(3)功分器原理图仿真:

《

誉

}

9

P

z

,GH

freq

口

济

百

z

,GH

freq

。

优化

一步

需进

，还

规定

指标

达成

,没有

5dB

>-2

S32

:

版图

分器

（4）功

果:

真结

图仿

（5）版

S11

_9J5

_90

.2

_95

pm

s】_

e90

n_.3

.3

95

-9.40

2.402.422.442.462.482.50

Frequency

（6）优化仿真结果：

m1

freq=250GHz

dB(以4,1))=-31.487

2.342.362.382.402.422.442.462.482.502.522.542.56

freq,GHz

m2

freq=2.450GHz

dB(S(2,1))=-3.077

-3.12------1—।—।~।—।~।—।——।—।—।—।—।——।—।—।—।—।—।—।—

2.342.362.382.402.422.442.462.482.502.522.542.56

freq,GHz

(

岂

s

pm

freq,GHz

m4

freq=2.450GHz

dB(S(2,3))=34.182

2.342.362.382.402.422.442.462.482.502.522.542.56

freq,GHz

五、结果分析：

优化之后结果达成指标规定:SI20dB,S22<-20dB

S21<-3.1dB,S32<-25dBo

功分器的测量一用PNA网络分析仪

驻波图像

各支路幅相特性

各支路隔离度测量

频率0.80.1.01.11.21.1.41.5

93

回损-21.2-40.-28.-24.2-22.-22

898.661178762.110.8

19

驻波1.1.001.01.01.111.11.61.1

17718742556655

5

支路2-35.-34.-27.-2-2-2-24.

1损5.339954004.3.83.7789

耗678

支路-147-1681154.13113100.8

一相.6.572.83.9.095.0

移9

支路-3.8-3.4—-3.-3.-3.2-3.1—

2损953.43029093.0

耗03

支路-148-16917154.12112.90.85.0

2相.9.90.70.99990

移9

隔离23-3-2—-23.-23-2

度5.453o74.787.24.99.653.

009911

实验四微波射频滤波器设计与仿真

—.实验目的

1.掌握低通原型滤波器的结构

2.掌握最平坦和等波纹型低通滤波器原型频率响应特性

3.了解频率变换法设计滤波器的原理及设计环节

4.了解运用微带线设计低通、带通滤波器的原理方法

5.掌握用ADS进行微波滤波器优化仿真的方法与环节。

二.滤波器原理

1.滤波器的技术指标

中心频率

通带最大衰减

阻带最小衰减

通带带宽

插入损耗、群时延

带内纹波

回波损耗、驻波比

2.滤波器的设计环节

(1)由衰减特性综合出低通原型

(2)再进行频率变换,变换成所设计的滤波器类型

(3)计算滤波器电路元件值(集总元件)

(4)微波结构实现电路元件，并用微波仿真软件进行优化仿真。

三.实验内容

•作业1:对下面结构的微带枝节低通滤波器的两种设计进行原

理

图和版图仿真,并分析其特性。

原理图及仿真结果

・MUM,••^T?

1L8+itsTL10TL11IL12

suost^'insuorSU&ST^MSUD1,sunsubvSUE=FSUWSUOM='M5UOV

w»1.1mmw«»immmmW»wimm

L=5mmL=t2mmL-14mmL=QmmL=5mm

■fefmMLEFMLEFMLEP,

CIMn2

1L13TL14TL161L16

ZNum»2

Num=l-8ubst="MSubrSubsIFSu”“Subsl=1JISut>r'Sub^'MSubl"

HZ=50Onm

1Z=50Otwnw=5mm、丫二5mmw=5mmM5mm

^□工□

-2TLL=iimm-E3mm壬L=i3mmQ工L=nmm

一

MSub

>4SUB..©X

MSU01与PARAMETERS]

H=127mm%

SI。8

SParam

MUF®1■­

重SPA

Cooa=J0E*50

Slart-OOQHz

Hu=i0e+033mm

SWp»30GMZ

T=0mm14-15.00

SlftgO01GHZ.

Rocnn-omm

-50

-100

-150

-200।i।।।

00052.530

freq.GHz

rHZZJ—HZZ]—CZI—(=□—

,MLIKMUNMUN-'11MUNMUN

+ILS7L10•••■7L117L12

.*g=*WSut)1"SygwFlSuQTSutot=.^$uar.S3l=WSuU1"SuOst="MSut>1

W=11mmW=vrlmmW-v»immW=wlmmW=11mtn

L=5mmL=QmmL=i4mmL=t2mmL=6mm

ieiTTl.

forriMI.EF'''"f心F.............................ML£F,MLEP■1•1

CC口d*E.2.

iwniZTL13Zm............................n.15H1L16Num=2

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