北郵微波仿真

1、微波射頻測量技術基礎課程實驗 姓名： 學號： 班級: 學院: 2016年 1 月 15日微波仿真課（1）FR4基片：介電常數(shù)為4.4,厚度為1.6mm，損耗角正切為0.02第一次課作業(yè)1 了解ADS Schematic的使用和設置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），觀察仿真結果，并分析原因。(1) C = 20pF左：S11 Smith圓圖，右：S21傳輸系數(shù)(x軸為log型增長)分析： 電容的Smith圓圖軌跡為r = 1等電阻圓的下半圓，說明為容抗。當f越大，衰減越小，當ZL = Z0時越靠近匹配點（m1點），

2、即容抗越??；當f越大，衰減越大，越靠近開路點（m2點）。(2) L = 5nH左：S11 Smith圓圖，右：S21傳輸系數(shù)分析： 電容的Smith圓圖軌跡為r = 1等電阻圓的上半圓，說明為感抗。當f越大，衰減越大，越靠近開路點（m2點）；當f越小，衰減越小，當ZL = Z0時越靠近匹配點（m1點），即感抗越小。3Linecalc的使用a)計算中心頻率1GHz時，F(xiàn)R4基片的50微帶線的寬度經(jīng)計算，W = 2.911200mmb)計算中心頻率1GHz時，F(xiàn)R4基片的50共面波導（CPW）的橫截面尺寸（中心信號線寬度與接地板之間的距離）W = 171.355000mm, L = 63.5001

3、00mm4、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。分析：Smith圓圖上近似在r = 無窮 的等電阻圓上轉折一圈多，反射系數(shù)的絕對值從低頻到高頻從1不斷略微減小，說明頻率越高，損耗情況越差。四分之一波長開路線具有“開路變短路”的作用。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時：Z

4、in=50+j50分析：四分之一波長短路線具有“短路變開路”的作用。綜上可知：四分之一波長傳輸線具有“阻抗倒置”的作用。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）,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。擴展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。理想傳輸線微帶傳輸線分析：四分之一波長開路線具有“開路變短路”的作用。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50四分之一波長短路線的性能參數(shù)，工作頻率為1G

5、Hz。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。擴展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。理想傳輸線微帶傳輸線分析：四分之一波長短路線具有“短路變開路”的作用。綜上可知：四分之一波長傳輸線具有“阻抗倒置”的作用。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。擴展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。

6、理想傳輸線微帶傳輸線先計算分析：二分之一波長短路線阻抗不變，所以所以短路經(jīng)阻抗變換后還是短路。綜上可知：二分之一波長傳輸線具有“阻抗還原”的作用。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。擴展仿真頻率（500MHz-50GHz），分析曲線變化原因。短路傳輸線微帶傳輸線分析：二分之一波長開路線阻抗不變，所以開路經(jīng)阻抗變換后還是開路。微波仿真課（2）FR4基片：介電常數(shù)為4.4,厚度為1.6mm，損耗角正切

7、為0.02第二次作業(yè)1 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。B=m4-m3=1070-929=141MHz2 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的結果。帶寬為1065-921=144MHz比較分析題1和題2：從兩張圖比較可以看出，F(xiàn)R4基片由于存在損耗，介質(zhì)不理想，在中心頻率附近衰減得不夠快，因而-20dB帶寬為1065-921=144MHz，比理想的帶寬要寬。此外，在中心頻率處，F(xiàn)R4基片的反射系數(shù)S11要比理想情

8、況大。3 設計一個3節(jié)二項式匹配變換器，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基片上用微帶線實現(xiàn)，設計這個匹配變換器并計算的帶寬，給出回波損耗和插入損耗與頻率的關系曲線，比較分析題2和題3的結果。根據(jù)所學的理論知識，先依題意算出三節(jié)匹配微帶線的阻抗值,然后通過 LineCalc計算出相應微帶線的長和寬，修改電路圖中MLIN的相關參數(shù)。 Z1=ZL(1/8)Z0(7/8)=40.89 ，Z2=ZL(1/2)Z0(1/2)=22.36 ，Z3=ZL(7/8)Z0(1/8)=12.23 。比較分析題2和題3： 可以看出，3支節(jié)二項式匹配變換器變換后的-20dB帶寬是1

9、322-681=641MHz>144MHz，比題2的要寬，反射系數(shù)最小時對應的頻率也偏離中心頻率。4 題3中，若用3節(jié)切比雪夫匹配變換器實現(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系曲線，比較分析題3和題4結果。根據(jù)所學的知識可以計算出切比雪夫變換器匹配的三個微帶線的阻抗，然后通過LineCalc計算出相應微帶線的長和寬，修改電路圖中MLIN的相關參數(shù)。 W=4.948710mm L=40.0910mm W=9.6519mm L=38.8278mm W=17.57710mm L=37.8241mm比較分析題3和題4：從結果圖中可以看出，切比雪夫匹配變換器，工作頻帶內(nèi)等波動，-

10、20dB帶寬是1175-764=411MHz，與二項式匹配變換器相比，切比雪夫匹配通帶寬更加優(yōu)化。相對3節(jié)二項式匹配變換器,3節(jié)切比雪夫匹配變換器的帶寬顯著增加，且回波損耗具有等波紋特性，插入損耗兩者差別不大。5 對于一個負載阻抗ZL=60-j80歐姆，利用Smith Chart Utility功能，分別設計并聯(lián)短路單枝節(jié)和并聯(lián)開路單枝節(jié)匹配，并將Smith Chart Utility給出的匹配結果在Schematic中仿真，給出1-3GHz的回波損耗與頻率的關系曲線，并給出的帶寬。并聯(lián)短路單枝節(jié)：B=m7-m6=1055-955MHz=100MHz并聯(lián)開路單枝節(jié)：B=m7-m6=1025-9

11、79MHz=46MHz6 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系曲線，并給出的帶寬。B=1005MHz-994.0MHz=11MHz微波仿真課（3）FR4基片：介電常數(shù)為4.4,厚度為1.6mm，損耗角正切為0.02第三次課作業(yè)Momentum1 在FR4基板上分別仿真四分之一波長開路線，四分之一波長短路線，二分之一波長開路線和二分之一波長短路線，中心工作頻率為1GHz， 并與Schematic仿真結果比較。仿真的頻率: 0-3GHz.四分之一波長開路線:四分之一波長短路線:二分之一波長開路線:二分

12、之一波長短路線:比較：與Schematic仿真結果相比，Momentum仿真結果不是很準確，仿真點沒有在smith圓圖開路點和短路點的位置上。2 針對第1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四分之一波長開路線：四分之一波長短路線:二分之一波長開路線：二分之一波長短路線：分析：當仿真頻率逐漸增大到40GHz時，傳輸線上的電壓、電流幅度與相位相差很大，就必須考慮分布參數(shù)效應。3、在Momentum 里，仿真一個大小為40mm*45mm端接3mm*1mm的負載（頻率:0.5-2.5GHz），結構如下：45mm40mm3mm1mm求出f=1.6GHz的阻抗值，并在

13、該頻率下針對該負載分別設計并聯(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)偏移，試看能否通過調(diào)整傳輸線尺寸，將其性能調(diào)回1.6GHz），觀察仿真結果，分析帶寬性能。在0.5-2.5GHz自適應仿真30點0.5-2.5GHz線性仿真0.01GHz首先在Momentum中設置好板材參數(shù)，在1.6GHz處進行單頻點仿真，得出阻抗值為47.5-j*63.2利用smithchart進行單支節(jié)開路匹配轉換成微帶線在原理圖中仿真加入MTEE后對TL1 TL2的長度進行Tune，使達到匹配轉成layout復制到之前的負載圖中得到結果修改傳輸線長度進行微調(diào)縮短串聯(lián)微帶線長度至7mm并聯(lián)枝節(jié)長度縮短至3

14、6.2mm最終得到同理，短路枝節(jié)也用smithchart算得Tune得參數(shù)轉化為layout后由于有短路傳輸線要記得在板材中設置打孔再進行仿真和微調(diào)，最終當串聯(lián)傳輸線長度為7.4mm，并聯(lián)短路枝節(jié)長度為10.8mm時達到基本匹配4、用3題中的負載，在掃描的頻率范圍內(nèi)，找出虛部為0的頻率點，并在該頻率點用四分之一阻抗變換器實現(xiàn)匹配，并觀察和分析仿真結果。首先在layout中畫出負載，然后在1-3GHz頻率范圍內(nèi)進行仿真，這時使用的是線性仿真，取步長為0.01GHz，得到結果圖如下：在圖中找到兩個實軸上的點，其中一個阻抗在1.568GHz為165.8ohm，另一個在1.82GHz為1.418ohm。為了方便匹配，我們選擇165.8ohm的點。通過公式計算Z=Z0ZL=91ohm，通過linecalc計算得出W=0.76mm,L=27.5mm插入這段W=0.76mm,L=27.5mm的微帶線后進行仿真在1.5GHz到1.62GHz進行自適應仿真隨后通過微調(diào)四分之波長匹配線的阻抗和長度，當W=0.9mm，L=27.1mm時，在1.568GHz處基本達到匹配。總結： 第一次上這個課的時候，助教老師為我們耐心講述了ADS軟件的使用方法，這讓我對這個軟件產(chǎn)生了濃厚的興趣。在助教的耐心指導下，我學習到了ADS軟件的使用方法。 在