《通信天線實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)三

1、實(shí)驗(yàn)3分布參數(shù)濾波器設(shè)計(jì)姓名：方嘉駿學(xué)號(hào)：14123929班級(jí)：14083511指導(dǎo)老師：胡淼實(shí)驗(yàn)日期：11月1日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過此次實(shí)驗(yàn)，我們需要熟悉微帶線電路和帶狀線電路的仿真過程和注意事項(xiàng)，理解微帶線、帶狀線的特性和各種參數(shù)指標(biāo)，熟悉微帶線、帶狀線的各種分布參數(shù)元件的使用。 2. 本次實(shí)驗(yàn)我們需要用到MWO2008的優(yōu)化和Tune等工具，要求熟練掌握MWO提供的這些工具的使用方法和技巧。3. 本次實(shí)驗(yàn)我們需要用到TX Line工具，需要熟練掌握MWO提供TX Line的使用方法和技巧二、實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)分布參數(shù)低通濾波器 要求： 1.使用微帶線電路或者帶狀線電路實(shí)現(xiàn)。 2.指標(biāo)：1

2、) 截止頻率為3GHz，2) 通帶內(nèi)增益大于-5dB；3) 阻帶內(nèi)4.5GHz以上增益小于-50dB。4) 通帶內(nèi)反射系數(shù)要求小于-25dB。 三、實(shí)驗(yàn)原理1.集總元件與頻率關(guān)系使用集總元件設(shè)計(jì)的濾波器，在低頻時(shí)能正常工作，但在微波電路時(shí)卻不能。原因有： Lump元件，如電感電容的值都是對(duì)應(yīng)于低頻的，當(dāng)頻率很高超過其諧振頻率時(shí)，lump元件的寄生效應(yīng)非常明顯：一者元件求值變得非常復(fù)雜；二者電感電容會(huì)改變自身特性，如電容性變成電感性，而電感性變成電容性； 在微波頻率時(shí)，在微波電路中，電容值通常很小（只有零點(diǎn)幾個(gè)pf），一般的lump元件根本無法做到如此小的值，只有用微帶傳輸線制作才行；2.微帶電

3、路n 分布參數(shù)元件中，以微帶線和帶狀線最為常用，在MMIC中，為便于制板，常用的是微帶線。n 微帶電路是近幾十年發(fā)展起來的新型微波系統(tǒng)，它使微波系統(tǒng)的體積、重量、生產(chǎn)成本等大幅度降低，使微波個(gè)人通訊系統(tǒng)普及成為現(xiàn)實(shí)。n 微帶電路包括：?jiǎn)纹⒉呻娐罚∕MIC）、微帶傳輸線、微帶元件等。3.微帶傳輸系統(tǒng)微帶線n 微帶線是由介質(zhì)基片一邊導(dǎo)體接地板和介質(zhì)基片另一邊的帶狀導(dǎo)體構(gòu)成。n 可視為沿中心線剖開并展平的同軸線：n 同軸線內(nèi)一般只有金屬介質(zhì)界面，而微帶傳輸線內(nèi)既有金屬-介質(zhì)界面，也有介質(zhì)-空氣界面，正是由于這一差別造成了微帶傳輸線的傳輸特性不同于同軸線。5.由微帶傳輸線構(gòu)成的微波電路具有以下幾

4、個(gè)特點(diǎn)：n 體積小，重量輕，加工成本低，加工重復(fù)性好，材料成本低，可構(gòu)成薄膜或厚膜微波集成電路；n 損耗較大，功率容量小，電路參數(shù)調(diào)整困難，工作頻率低（相對(duì)于其它微波傳輸系統(tǒng)）；n 微帶傳輸線是雙導(dǎo)體傳輸系統(tǒng)，但不能傳輸TEM模，是準(zhǔn)TEM。6.實(shí)際微帶傳輸線的特性阻抗、傳播常數(shù)都是工作頻率的函數(shù)：n 當(dāng)微帶傳輸線工作頻率升高時(shí)，其色散增大，但在小于4GHz時(shí)，可以忽略色散效應(yīng)；n 當(dāng)工作頻頻帶較寬時(shí)，特性阻抗、傳播常數(shù)的頻率響應(yīng)不可忽略。n 工作頻率升高時(shí)，其等效介電常數(shù)增大；7.微帶傳輸線的相速度、群速度、等效介電系數(shù)、等效波長(zhǎng)都是微帶傳輸線結(jié)構(gòu)參數(shù)W（導(dǎo)體帶寬度）、h（介質(zhì)厚度）的函數(shù)。

5、n 在基板介質(zhì)（包括厚度）確定的前提下，可調(diào)節(jié)的微帶線參數(shù)有兩個(gè)：線寬W和線長(zhǎng)。n 但此時(shí)微帶線的特性參數(shù)只由線寬W決定，與線長(zhǎng)無關(guān)：n 如微帶線的特性阻抗與線寬W相關(guān)，與線長(zhǎng)無關(guān)：在其他條件不變情況下，微帶線越寬其特性阻抗越小. 8.微帶電容和微帶電感n 利用微帶傳輸線導(dǎo)體帶寬度變化，可以直接在微帶電路中形成等效的微帶電容或等效的微帶電感。n 1）用串聯(lián)微帶傳輸線構(gòu)成的串聯(lián)微帶電感n 關(guān)于元件的選取n 微帶線：在microstrip下n 開路微帶線：MLEF;n 線性微帶線：MLIN；n 基板：n 它在元件庫(kù)中位置為：substratesàMSUB;n 本實(shí)驗(yàn)用RT/Duroid，

6、其介電常數(shù)為2.16n 端口n 關(guān)于等效電感電容的微帶線n 可通過改變線長(zhǎng)和線寬W可改變電感電容量，n 但太長(zhǎng)的微帶線會(huì)導(dǎo)致電路板過太，因而一般固定線長(zhǎng)，本實(shí)驗(yàn)線長(zhǎng)取為1/8波長(zhǎng)；n 而通過改變線寬來優(yōu)化濾波器，線寬就是要優(yōu)化的變量。n 關(guān)于波長(zhǎng)的選?。簄 取最大頻率點(diǎn)（對(duì)于低通就是截止頻率）對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) n 關(guān)于輸入輸出端說明：n 在射頻微波電路中，上下級(jí)連接電路之間需要阻抗匹配，以達(dá)到較高的傳輸功率。n 微波通信中一般以50歐特性阻抗為標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)器件均需匹配到50歐的傳輸線上。n 本實(shí)驗(yàn)左右兩端的MLIN微帶線，其特征阻抗都為50歐，就是當(dāng)作傳輸線用，用來進(jìn)行阻抗匹配。n 因此該兩段傳輸線線

7、寬W由50歐特性阻抗所決定，線長(zhǎng)取1/8波長(zhǎng)。n 關(guān)于基板的選取n 使用微帶線或帶狀線時(shí)，要有基板，它在元件庫(kù)中位置為：substratesàMSUB;n MSUB表示雙面板材的各種屬性，為仿真提供實(shí)際做電路板時(shí)使用的各種參數(shù)：n 介電常數(shù)，介質(zhì)厚度，金屬線厚度，損耗正切角等。n 本實(shí)驗(yàn)所基板厚度取0.1mm；導(dǎo)體帶厚度取0.001mm;導(dǎo)體材料為銀。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、使用TX Line工具練習(xí) 計(jì)算微帶線r2.55，t/h=0.01，分別計(jì)算W/h=2.5、3、3.8、4.15時(shí)的特性阻抗值，并與課本微帶線的特性阻抗數(shù)據(jù)表對(duì)比檢驗(yàn)。 帶狀線r4.2，t/h=0.01，分別計(jì)算W

8、/h=2.5、3、3.8、4.15時(shí)的特性阻抗值。 2、設(shè)計(jì)分布參數(shù)低通濾波器（與上面練習(xí)的計(jì)算結(jié)果無關(guān)） n 設(shè)計(jì)一個(gè)分布參數(shù)低通濾波器，使用微帶線電路或者帶狀線電路實(shí)現(xiàn) (介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)2.16，H=0.1mm。T=0.002mm) n 要求截止頻率為3.5GHz，通帶內(nèi)增益大于5dB，阻帶內(nèi)5GHz以上增益小于-60dB。通帶內(nèi)反射系數(shù)要求小于-20dB（提示：頻率設(shè)置08GHz）。1、 r2.55，t/h=0.01, W/h=2.5r2.55，t/h=0.01, W/h=3r2.55，t/h=0.01, W/h=3.8 r2.55，t/h=0.01, W/h=4.5 r2.55，t/h=0.01, W/h=4.152.r4.2，t/h=0.01, W/h=2.5r4.2，t/h=0.01, W/h=3r4.2，t/h=0.01, W/h=3.8r4.2，