24GHZ微带渐变阻抗变换器设计报告

2.4GHZ

微带渐变阻抗变换器设计报告一、设计任务2.4GHZ50Q,输出阻抗为30Q的阻抗变换器。主要技术指标：S11<-20dB,S21<-0.7dB,re(Z0)=50Q,VWAF尽量接近于1。二、设计过程原理：阻抗匹配的概念在微波电路中，常用的匹配方法有：1(2)阻抗变换法：承受入/4或两段特性阻抗不同的传输线实现匹配连接。3)放射吸取法：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取掉。的系统，期望信号源在输出最大功率的同时负载能全部吸取， 以实现高效稳定的传输。这就要求信号源内阻与传输线阻抗实现共轭匹配，同时要求负载与传输线实现无反射匹配。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。匹匹器3-1阻抗匹配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。入/4阻抗变换器入/4/4的传输线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〔或真空镀膜的方法〕〔段〕入/4阻抗变换器由一段特性阻抗为Z01的入/4传输线构成。如图所示3-2-1入/4阻抗变换器原理性示意图ELEL+yZoitaiX/?^/4)Zoi+JPLtaii(Z?Z4)RLC3-1)为了使£尸矗实现匹配，则必需使由F无耗线的特性IE抗为实数‘故X/4阻抗Z^RL+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PZuRnrKZj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卩LllL=C■-4/i；,i.〔工波恢点按人，kJ汶DM1C：ZJJJZQ•述oZJJJZQ•述o=Zc单节A/4M抗乩S!器的I”建缺点是麹带窄.当工作披长为时，“*单一工件频率窃当矗巳云町冥现％配./即亦派当工作规半D偏离珀吋，匸AV4H24,牛汕H而是:

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(3-2)Zoi- : Z+Z Zoi+jJ?tiUifilr- R- 収+N)+］八云Wtim国(3-3)在中心频宰四周;(3-4)0=0.相片J1=0,此时限抗变(3-3)在中心频宰四周;(3-4)max=--------- R-Z^\ (3-5)|R羽由〔3-4〕、〔3-5〕可画出|r|B〔f〕变化的曲线；曲线作周期n的变化。设允许Ir|<|r|m,则其工作带宽对应于限定的范围频率。由于Bn/2IrI曲线急剧下降，故工作带宽很窄fil~e3-2-2单节入/4阻抗变换器的带宽特性fil~e当|r1=1r|皿时，则通带边缘I0=n-0.且由式(3-3)z有 弘=<TJCOS | ?厂” —| (3-6)通常用分数带宽肌表示频带宣度.£与亦有如F其系0”.—0”.—03-7)微带线入/4/4微波阻抗变换器的作用是消退反射，提高传输效率，改善系统稳定性。阻抗匹从理论上讲，多级变换器的阻抗越多，其匹配频带越宽，多阶梯阻抗变换器随着阶梯数目的增加带来了尺寸的增加和造价的增大， 工程上考虑到尺寸、本钱、性能进展出了渐变阻抗变换器，，由于它有更好地带宽匹配性能。图2-2 给出了渐变阻抗变换器的图形1,WLZ2,(Z1>Z2),药为渐査規中心位PU20=JziH,在设计之前有必要先了解一下微带线端口设计，如以下图给出了微带线端口设计模型:Ww,WOfsw/jy?A?劲丄屮＜■力假设微带觀的宽度为删.介廣基片的卑度为瓦”級口盲度为血lDh之间】■度Ki设置・假设屈》则端I1宣度10w、假设w<LW门宽度5w并IL311-111：接杵.进入特性矶杭为旳O微带线与特性阻抗为300的做苗线的设计阶段。给疋介质施JiJfl1勺介脈村料为FR4_e]>oxy.也就龙£1=4」・介听和[的M反为H=I血nm.做帯缄的M反无视不计.嘤求T件频率2.4GHZD依据輪足的婪求■首先用弟•章的2」分别计族了讣特性矶抗为冈口做带贱和30。微带线的宽度，算出耒的结%大釣2.99mm4.1&nmi再依据公式LX£#算出fit惜线的h125mm*ffif.fHIHFSS：50Q微带线50 Q微带线模型rL51S_rL51S_JJi“|u£.||”_F”].OD:1后00:1后00—250由图可以看出在2.4GHz时，微带线阻抗的实部约为49.9069Q,50Q，此时微带线的宽度约为3.15mm2.99mm相差不大。30Q微带线30 Q微带线模型3300-^mau；討*费*i--tiiri1lr|liBfi,32.帕；3300-^mau；討*费*i--tiiri1lr|liBfi,32.帕；Ur?e/■1-三HueT”5ACEP#I-fl222225222*I■0»咖加用rflCMfd亠#1■卡 會斗副4U刚------r^ZcdtiM4i£HHrVI“Ml-■=■逐占遥《3v>rTSttupl:Smaep*1叭?VfTltei.g©■I”.77T7777n»剛?B50

r-■?-m■30 Q微带线的特性阻抗实部2.4GHz29.9607Q,接近30Q,6.7mm4.18相差不大。50Q的宽度为〔w1〕3.15mm长度为〔l1〕10mm,50Q的宽度为〔w2〕6.7mm,长度为〔l2〕15mm,渐变线长度为〔l3〕31.25mm.关键参数优化：L3〔渐变线长度〕:32.2mm-32.7mm,count513<3nunXYPlot7 13<3nun-1000—rL加rL加■4QJQ—4000

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240 24.J 345.F隔|z盼财优化图三、设计结果仿真结果：构造截图PptoeiesJPptoeiesJ¥d3)3.15nirnirI邓IengnL110&J10mE.Tim苗瑜Design15nmnir险讪B3Z5I5IE帶htnrI.EmIengpw:w1:50Q11:50Q微带线长度W2:30Q12:30Q13:阻抗变换器长度ht:基板咼度))_f亠二XYPlotB—己乜耐卜XYPlotB—己乜耐卜4•啊一aJWJDp5m W^7825-0024S21( 插入损耗〕图X¥P“4i朋一*1Q4VWSR 图scst-”i--3D-\LV<1.|-».810--

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输入阻抗〕图测试结果:如上图所示，S11〔回波损耗〕2.4GHZ时为-50.0745dB<-20dB,符合设计要求。S21〔插入损耗〕2.4GHZ时为-0.7785dB根本等于-0.7dB,符合设计要求。VWSR驻波比〕2.4