北郵微波工程基礎(chǔ)ADS仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、微波工程基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 院：電子工程學(xué)院班 級(jí)：2012211xxx學(xué) 號(hào)：201221xxxx姓 名： xxxx 班內(nèi)序號(hào)： xx 一、實(shí)驗(yàn)題目實(shí)驗(yàn)一1 了解ADS Schematic的使用和設(shè)置2 在Schematic里，分別仿真理想電容20pF和理想電感5nH，仿真頻率為（1Hz-100GHz），觀察仿真結(jié)果，并分析原因。3 Linecalc的使用a) 計(jì)算中心頻率1GHz時(shí)，F(xiàn)R4基片的50微帶線的寬度b) 計(jì)算中心頻率1GHz時(shí)，F(xiàn)R4基片的50共面波導(dǎo)（CPW）的橫截面尺寸（中心信號(hào)線寬度與接地板之間的距離）4 基于FR4基板，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長(zhǎng)開路CPW線的性

2、能參數(shù)，中心工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分析原因。5 基于FR4基板，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長(zhǎng)短路CPW線的性能參數(shù)，中心工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。6 分別用理想傳輸線和在FR4基片上的微帶傳輸線，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長(zhǎng)開路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），

3、分析曲線變化原因。7 分別用理想傳輸線和在FR4基片上的微帶傳輸線，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長(zhǎng)短路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。8 分別用理想傳輸線和在FR4基片上的微帶傳輸線，仿真一段特性阻抗為50二分之一波長(zhǎng)開路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析

4、曲線變化原因。9 分別用理想傳輸線和在FR4基片上的微帶傳輸線，仿真一段特性阻抗為50二分之一波長(zhǎng)短路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。實(shí)驗(yàn)二10 用一段理想四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器匹配10歐姆到50歐姆，仿真S參數(shù)，給出-20dB帶寬特性，工作頻率為1GHz。11 用一段FR4基片上四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器匹配10歐姆到50歐姆，仿真S參數(shù)，給出-20dB帶寬特性，工作頻率為1GHz，比較分析題1和題2的結(jié)果。12 設(shè)計(jì)一

5、個(gè)3節(jié)二項(xiàng)式匹配變換器，用于匹配10歐姆到50歐姆的傳輸線，中心頻率是1GHz，該電路在FR4基片上用微帶線實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)這個(gè)匹配變換器并計(jì)算的帶寬，給出回波損耗和插入損耗與頻率的關(guān)系曲線，比較分析題2和題3的結(jié)果。13 題3中，若用3節(jié)切比雪夫匹配變換器實(shí)現(xiàn)，比較同樣情況下的帶寬，回波損耗和插入損耗與頻率的關(guān)系曲線，比較分析題3和題4結(jié)果。14 對(duì)于一個(gè)負(fù)載阻抗ZL=60-j80歐姆，利用Smith Chart Utility功能，分別設(shè)計(jì)并聯(lián)短路單枝節(jié)和并聯(lián)開路單枝節(jié)匹配，并將Smith Chart Utility給出的匹配結(jié)果在Schematic中仿真，給出1-3GHz的回波損耗與頻率的關(guān)系

6、曲線，并給出的帶寬。15 并聯(lián)雙枝節(jié)匹配電路，并聯(lián)雙枝節(jié)為開路，枝節(jié)之間相距/8，中心工作頻率為2GHz,利用理想傳輸線，給出1-3GHz的回波損耗與頻率的關(guān)系曲線，并給出的帶寬。實(shí)驗(yàn)三Momentum16 在FR4基板上分別仿真四分之一波長(zhǎng)開路線，四分之一波長(zhǎng)短路線，二分之一波長(zhǎng)開路線和二分之一波長(zhǎng)短路線，中心工作頻率為1GHz， 并與Schematic仿真結(jié)果比較。仿真的頻率（0-3GHz）17 針對(duì)第14題，改變仿真的頻率為（0-40GHz），觀察上述傳輸線的性能變化并分析原因18 在Schematic里，分別仿真理想電容20pF和理想電感5nH，仿真頻率為（0-40GHz），觀察仿真結(jié)

7、果，并分析原因。19 在Momentum 里，仿真一個(gè)大小為40mm*45mm端接3mm*1mm的負(fù)載（頻率:0.5-2.5GHz），結(jié)構(gòu)如下：45mm40mm3mm1mm求出f=1.6GHz的阻抗值，并在該頻率下針對(duì)該負(fù)載分別設(shè)計(jì)并聯(lián)開路單枝節(jié)和并聯(lián)短路單枝節(jié)匹配，觀察仿真結(jié)果，分析帶寬性能，如果中心頻率出現(xiàn)偏移，試看能否通過(guò)調(diào)整傳輸線尺寸，將其性能調(diào)回1.6GHz。20 用17題中的負(fù)載，在掃描的頻率范圍內(nèi)，找出虛部為0的頻率點(diǎn)，并在該頻率點(diǎn)用四分之一阻抗變換器實(shí)現(xiàn)匹配，并觀察和分析仿真結(jié)果。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容微波仿真課（1）1.了解ADS Schematic的使用和設(shè)置2.在Schemati

8、c里，分別仿真理想電容20pF和理想電感5nH，仿真頻率為（1Hz-100GHz），觀察仿真結(jié)果，并分析原因。理想電容： 理想電感：分析：理想電容為容性，因此在史密斯原圖下半平面上，阻抗隨頻率增大而減?。焕硐腚姼袨楦行?，因此在史密斯原圖上半平面上，阻抗隨頻率增大而增大。3.Linecalc的使用a) 計(jì)算中心頻率1GHz時(shí)，F(xiàn)R4基片的50微帶線的寬度b) 計(jì)算中心頻率1GHz時(shí)，F(xiàn)R4基片的50共面波導(dǎo)（CPW）的橫截面尺寸（中心信號(hào)線寬度與接地板之間的距離）4.基于FR4基板，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長(zhǎng)開路CPW線的性能參數(shù)，中心工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz

9、）,觀察Smith圓圖變化，分析原因。分析：四分之一波長(zhǎng)開路線的開路點(diǎn)在1GHz，即中心工作頻率。而CPW線有耗，因此反射系數(shù)逐漸減小，從而半徑隨頻率增大而減小。5.基于FR4基板，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長(zhǎng)短路CPW線的性能參數(shù)，中心工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。500MHz輸入阻抗：Z0=0.15+j*50.052GHz輸入阻抗：Z0=0.6+j*0.25分析：四分之一波長(zhǎng)短路線的開路點(diǎn)在1GHz，即中心工作頻率。而CPW線有耗，因此反射系數(shù)逐漸減小，從而半徑隨頻率增大而減小。

10、6.分別用理想傳輸線和在FR4基片上的微帶傳輸線，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長(zhǎng)開路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。 理想傳輸線：500MHz輸入阻抗及2GHz輸入阻抗： 微帶線：500MHz輸入阻抗及2GHz輸入阻抗：擴(kuò)展頻率后：理想傳輸線：微帶線：分析：四分之一波長(zhǎng)開路線的開路點(diǎn)在1GHz，即中心工作頻率。對(duì)于理想傳輸線，能量并不會(huì)隨頻率升高而衰減，因此史密斯原圖無(wú)變化。而對(duì)于微帶線，因?yàn)槲Ь€有耗，損耗隨功率

11、升高而增大，因此反射系數(shù)逐漸減小，從而隨著頻率的升高，半徑越來(lái)越小。7.分別用理想傳輸線和在FR4基片上的微帶傳輸線，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長(zhǎng)短路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。理想傳輸線：500MHz輸入阻抗及2GHz輸入阻抗：微帶線：500MHz輸入阻抗及2GHz輸入阻抗：擴(kuò)展后：理想傳輸線：微帶線：分析：四分之一波長(zhǎng)短路線的短路點(diǎn)在1GHz，即中心工作頻率。對(duì)于理想傳輸線，能量并不會(huì)隨頻率升高而衰減，因

12、此史密斯原圖無(wú)變化。而對(duì)于微帶線，因?yàn)槲Ь€有耗，損耗隨功率升高而增大，因此反射系數(shù)逐漸減小，從而隨著頻率的升高，半徑越來(lái)越小。8.分別用理想傳輸線和在FR4基片上的微帶傳輸線，仿真一段特性阻抗為50二分之一波長(zhǎng)開路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。理想傳輸線：500MHz輸入阻抗及2GHz輸入阻抗：微帶線：500MHz輸入阻抗及2GHz輸入阻抗：擴(kuò)展后：理想傳輸線：微帶線：分析：二分之一波長(zhǎng)開路線的開路點(diǎn)在1GHz，即

13、中心工作頻率。對(duì)于理想傳輸線，能量并不會(huì)隨頻率升高而衰減，因此史密斯原圖無(wú)變化。而對(duì)于微帶線，因?yàn)槲Ь€有耗，損耗隨功率升高而增大，因此反射系數(shù)逐漸減小，從而隨著頻率的升高，半徑越來(lái)越小。9.分別用理想傳輸線和在FR4基片上的微帶傳輸線，仿真一段特性阻抗為50二分之一波長(zhǎng)短路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz）,觀察Smith圓圖變化，分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗，分析變化原因。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。理想傳輸線:500MHz輸入阻抗及2GHz輸入阻抗：微帶線：500MHz輸入阻抗及2GHz輸入阻抗：擴(kuò)展后：理想傳

14、輸線：微帶線：分析：二分之一波長(zhǎng)短路線的短路點(diǎn)在1GHz，即中心工作頻率。對(duì)于理想傳輸線，能量并不會(huì)隨頻率升高而衰減，因此史密斯原圖無(wú)變化。而對(duì)于微帶線，因?yàn)槲Ь€有耗，損耗隨功率升高而增大，因此反射系數(shù)逐漸減小，從而隨著頻率的升高，半徑越來(lái)越小。微波仿真課（2）1.用一段理想四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器匹配10歐姆到50歐姆，仿真S參數(shù)，給出-20dB帶寬特性，工作頻率為1GHz。分析：由圖可知，-20dB的帶寬W=140MHz，最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)頻率為1GHz，即史密斯圓圖的圓心處，由此可見已完成匹配。2.用一段FR4基片上四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器匹配10歐姆到50歐姆，仿真S參數(shù)，給出-20dB帶寬特性

15、，工作頻率為1GHz，比較分析題1和題2的結(jié)果。 分析：由圖可知，-20dB的帶寬W150MHz140MHz最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)頻率為990MHz1GHz由此可見，微帶線回波損耗最低點(diǎn)小于理想傳輸線，而-20dB帶寬大于理想傳輸線，因此存在誤差。3.設(shè)計(jì)一個(gè)3節(jié)二項(xiàng)式匹配變換器，用于匹配10歐姆到50歐姆的傳輸線，中心頻率是1GHz，該電路在FR4基片上用微帶線實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)這個(gè)匹配變換器并計(jì)算的帶寬，給出回波損耗和插入損耗與頻率的關(guān)系曲線，比較分析題2和題3的結(jié)果。根據(jù)公式計(jì)算得到三節(jié)二項(xiàng)式變換器的三段阻抗分別為Z1=40.88827，Z2=22.3607，Z3=12.228457由此計(jì)算各節(jié)微帶線的長(zhǎng)寬

16、：分析：由圖可知，-20dB的帶寬W650MHz可見，三節(jié)二項(xiàng)式阻抗變換器的帶寬大于單節(jié)變換器。4.題3中，若用3節(jié)切比雪夫匹配變換器實(shí)現(xiàn)，比較同樣情況下的帶寬，回波損耗和插入損耗與頻率的關(guān)系曲線，比較分析題3和題4結(jié)果。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到三節(jié)變換器的阻抗：Z1=36.6503Z2=22.36100Z3=13.645700由此計(jì)算各節(jié)微帶線的長(zhǎng)寬：分析：由圖可知，-20dB的帶寬W940MHz可知，三節(jié)切比雪夫阻抗變換器的帶寬大于三節(jié)二項(xiàng)式阻抗變換器，且有等波紋特性。5.對(duì)于一個(gè)負(fù)載阻抗ZL=60-j80歐姆，利用Smith Chart Utility功能，分別設(shè)計(jì)并聯(lián)短路單枝節(jié)和并聯(lián)開路單枝節(jié)匹配

17、，并將Smith Chart Utility給出的匹配結(jié)果在Schematic中仿真，給出1-3GHz的回波損耗與頻率的關(guān)系曲線，并給出的帶寬。并聯(lián)短路單枝節(jié)：分析：并聯(lián)短路單枝節(jié)匹配的帶寬即-20bB帶寬W210MHz并聯(lián)開路單枝節(jié)匹配： 分析：并聯(lián)開路單枝節(jié)匹配的帶寬即-20bB帶寬W100MHz6.并聯(lián)雙枝節(jié)匹配電路，并聯(lián)雙枝節(jié)為開路，枝節(jié)之間相距/8，中心工作頻率為2GHz,利用理想傳輸線，給出1-3GHz的回波損耗與頻率的關(guān)系曲線，并給出的帶寬。并聯(lián)開路雙枝節(jié)匹配的帶寬即-20dB帶寬W24MHz微波仿真（3）Momentum1.在FR4基板上分別仿真四分之一波長(zhǎng)開路線，四分之一波長(zhǎng)

18、短路線，二分之一波長(zhǎng)開路線和二分之一波長(zhǎng)短路線，中心工作頻率為1GHz， 并與Schematic仿真結(jié)果比較。仿真的頻率: 0-3GHz.四分之一波長(zhǎng)開路線Schematic:Momentum:分析：在Schematic中，1GHz點(diǎn)處阻抗約為零，S(1,1)圖中則阻抗很小，實(shí)現(xiàn)了四分之一波長(zhǎng)開路到短路的阻抗變換，比較準(zhǔn)確。在Momentum中，反射系數(shù)絕對(duì)值與Schematic相似但有偏離，可見存在偏差。四分之一波長(zhǎng)短路線Schematic:Momentum:分析：在Schematic中，1GHz點(diǎn)處阻抗較大，且位于Smith圓圖的右端開路處，實(shí)現(xiàn)了四分之一波長(zhǎng)短路到開路的阻抗變換，比較準(zhǔn)確

19、。在Momentum中，反射系數(shù)絕對(duì)值與Schematic相似但有偏離，可見存在偏差。二分之一波長(zhǎng)開路線Schematic:Momentum:分析：在Schematic中，1GHz點(diǎn)處阻抗較大，實(shí)現(xiàn)了二分之一波長(zhǎng)由開路還原到短路的阻抗還原。在Momentum中，反射系數(shù)接近于零，與Schematic相似但有偏離，可見存在偏差。二分之一波長(zhǎng)短路線Schematic:Momentum:分析：在Schematic中，1GHz點(diǎn)處阻抗較小，實(shí)現(xiàn)了二分之一波長(zhǎng)由短路還原到開路的阻抗還原。在Momentum中，與Schematic相似但有偏離，可見存在偏差。2.針對(duì)第1題，改變仿真的頻率為: 0-40GH

20、z，觀察上述傳輸線的性能變化并分析原因四分之一波長(zhǎng)開路線Schematic:Momentum:四分之一波長(zhǎng)短路線Schematic:Momentum:二分之一波長(zhǎng)開路線Schematic:Momentum:二分之一波長(zhǎng)短路線Schematic:Momentum:在仿真過(guò)程中，可能由于算法的原因，0-40G仿真過(guò)慢，一般要經(jīng)過(guò)3h才能完成。因此所得到的仿真圖特別失真。由此可見，Momentum偏離較大。3.在Momentum 里，仿真一個(gè)大小為40mm*45mm端接3mm*1mm的負(fù)載（頻率:0.5-2.5GHz），結(jié)構(gòu)如下：45mm40mm3mm1mm求出f=1.6GHz的阻抗值，并在該頻率下針對(duì)該負(fù)載分別設(shè)計(jì)并聯(lián)開路單枝節(jié)和并聯(lián)短路單枝節(jié)匹配到50（如果中心頻率出現(xiàn)偏