北郵微波仿真實(shí)驗(yàn)1

1、微波仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 院：電子工程學(xué)院班 級(jí)學(xué) 號(hào)：姓 名： 班內(nèi)序號(hào)： 微波仿真課作業(yè)11. 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。20pF理想電容仿真圖原因分析：史密斯原圖下半部分是容性，隨頻率增加，電容由開路點(diǎn)變到短路點(diǎn)，通高頻，阻低頻。5nH理想電感仿真圖原因分析：史密斯原圖上半部分是感性，隨頻率增加，電容由短路點(diǎn)變到開路點(diǎn)，阻高頻，通低頻。3Linecalc的使用a)計(jì)算中心頻率1GHz時(shí)，F(xiàn)R4基片的50微帶線的寬度寬度為：2.9112mmb)計(jì)算中心

2、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）橫截面尺寸為：W=171.355mm，G=5mm，L=63.5mm4基于FR4基板，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長開路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，分析原因。仿真圖仿真圖分析：1、1GHz時(shí)，為四分之一波長，開路阻抗變換后變?yōu)槎搪罚?GHz時(shí)為二分之一波長，所以仍為開路；2、由于損耗，因此反射系數(shù)變小，所以等反射系數(shù)圓的半徑也在變小。5. 基于FR4基板，仿真一段特性阻抗為50四分之一波長短路CPW線的性能參數(shù)，中心工作

3、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。仿真圖仿真圖分析：1、1GHz時(shí)，為四分之一波長，短路阻抗變換后變?yōu)殚_路，2GHz時(shí)為二分之一波長，所以仍為短路；2、由于損耗，因此反射系數(shù)變小，所以等反射系數(shù)圓的半徑也在變小。分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗：500MHz:Z0*（0.003+j0.001）2GHz：Z0*（0.012-j0.005）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50四分之一波長開路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。仿真頻段（500MHz-3GHz

4、）,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。仿真圖分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗：微帶線500MHz:Z0*（0.003-j0.992）2GHz：Z0*（32.830-j1.603）理想傳輸線500MHz:Z0*（1.000E-10-j1.000）2GHz：Z0*（2.000E10-j2.000E5）分析：因?yàn)橄鄬?duì)于理想傳輸線，微帶線有損耗產(chǎn)生誤差，反射系數(shù)一直變小。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。分析：對(duì)于理想傳輸線，反射系數(shù)不變，而對(duì)于微帶線，由于存在損耗，反射系數(shù)會(huì)一直變小，因此其反射系數(shù)圓的半徑在一直變小。7

5、. 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。仿真圖分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗：微帶線500MHz:Z0*（0.009+j1.003）2GHz：Z0*（0.031+j0.002）理想傳輸線500MHz:Z0*（5.551E-17+j1.000）2GHz：Z0*（8.284E-18-j1.000E-5）分析：因?yàn)橄鄬?duì)于理想傳輸線，微帶線有損耗產(chǎn)生誤差，反射系數(shù)一直變小。擴(kuò)展仿真頻率（500MH

6、z-50GHz），分析曲線變化原因。分析：對(duì)于理想傳輸線，反射系數(shù)不變，而對(duì)于微帶線，由于存在損耗，反射系數(shù)會(huì)一直變小，因此其反射系數(shù)圓的半徑在一直變小。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。仿真圖分別求出500MHz和2GHz的輸入阻抗：微帶線500MHz:Z0*（0.016+j0.006）2GHz：Z0*（16.430-j0.798）理想傳輸線500MHz:Z0*（5.000E-11-j6.

7、123E-17）2GHz：Z0*（2.000E10-j2.000E5）分析：因?yàn)橄鄬?duì)于理想傳輸線，微帶線有損耗產(chǎn)生誤差，反射系數(shù)一直變小。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。分析：對(duì)于理想傳輸線，反射系數(shù)不變，而對(duì)于微帶線，由于存在損耗，反射系數(shù)會(huì)一直變小，因此其反射系數(shù)圓的半徑在一直變小。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。仿真圖分別求出500MHz和2GHz的輸入阻

8、抗：微帶線500MHz:Z0*（55.044-j19.301）2GHz：Z0*（0.061+j0.004）理想傳輸線500MHz:Z0*（-1.000+j1.633E16）2GHz：Z0*（8.284E-18-j1.000E-5）分析：因?yàn)橄鄬?duì)于理想傳輸線，微帶線有損耗產(chǎn)生誤差，反射系數(shù)一直變小。擴(kuò)展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。分析：對(duì)于理想傳輸線，反射系數(shù)不變，而對(duì)于微帶線，由于存在損耗，反射系數(shù)會(huì)一直變小，因此其反射系數(shù)圓的半徑在一直變小。微波測量實(shí)驗(yàn)中測得的幾個(gè)史密斯圓圖四分之一開路微帶線四分之一短路微帶線二分之一開路微帶線二分之一短路微帶線微波仿真課作業(yè)21

9、 用一段理想四分之一波長阻抗變換器匹配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。計(jì)算得，22.36歐姆仿真S參數(shù)計(jì)算分析：由圖計(jì)算-20dB帶寬為 1071-929=142MHz;且如仿真圖所示，在1GHz處回波損耗最低，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。2 用一段FR4基片上四分之一波長阻抗變換器匹配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。仿真S參數(shù)由圖計(jì)算-20dB帶寬為1065-921=144MHz。 比較分析題1和題2的結(jié)果分析，微帶線與理想傳輸線之間有一定的誤差：1、如圖所示可以看出微帶線情況下，回波損耗最低

10、點(diǎn)稍微偏離1GHz；2、-20dB帶寬為144MHz大于理想傳輸線時(shí)的142MHz；3、1GHz阻抗匹配時(shí)，微帶線時(shí)的回波損耗大于理想傳輸線。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)所學(xué)的理論知識(shí)，先依題意算出三節(jié)匹配微帶線的阻抗值,然后通過LineCalc計(jì)算出相應(yīng)微帶線的長和寬，修改電路圖中MLIN的相關(guān)參數(shù)。Z1=40.89W=4.198480mmL=40.404500mm Z2=22.36W=9.620

11、970mmL=38.833700mmZ3=12.23W=19.83080mmL=37.648400mm插入損耗的帶寬，即為-20dB帶寬，由圖計(jì)算得1325-680=645MHz；比較分析題2和題3的結(jié)果，3節(jié)二項(xiàng)式匹配變換器匹配誤差更大：1、如圖所示可以看出3節(jié)二項(xiàng)式匹配變換器匹配時(shí)回波損耗最低點(diǎn)明顯偏離1GHz；2、-20dB帶寬為645MHz大于微帶線情況；3、但1GHz阻抗匹配時(shí)，3節(jié)二項(xiàng)式匹配變換器時(shí)的回波損耗小于微帶線情況。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。根據(jù)所學(xué)的知識(shí)可以計(jì)算出切比雪夫變

12、換器匹配的三個(gè)微帶線的阻抗，然后通過LineCalc計(jì)算出相應(yīng)微帶線的長和寬，修改電路圖中MLIN的相關(guān)參數(shù)。Z1=35.94 W=4.948710mmL=40.0910mmZ2=22.11 W=9.6519mmL=38.8278mmZ3=13.55 W=17.57710mmL=37.8241mm仿真圖插入損耗的帶寬，即為-20dB帶寬，由圖計(jì)算得1485-534=951MHz；比較分析題3和題4的結(jié)果，即二項(xiàng)式匹配變換器與切比雪夫匹配變換器：1、切比雪夫匹配變換器的帶寬顯著增加；2、切比雪夫匹配變換器回波損耗具有等波紋特性；3、兩者的插入損耗差別不明顯。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，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)計(jì)算并聯(lián)短路單枝節(jié)-20dB帶寬