北郵微波實驗報告

1、微波實驗報告班級： 08108班 姓名： 王緒東 學號： 日期： 2011/6/04 目錄實驗二 微帶分支線匹配器2實驗目的2實驗原理2實驗內容3實驗步驟與結果3單支節(jié)3雙支節(jié)3實驗三 微帶多節(jié)阻抗變阻器3實驗目的3實驗原理3實驗內容4實驗步驟與結果4實驗四 微帶功分器4實驗目的4實驗原理4實驗內容4實驗步驟與結果4心得體會4實驗二 微帶分支線匹配器實驗目的1熟悉支節(jié)匹配器的匹配原理2了解微帶線的工作原理和實際應用3掌握Smith圖解法設計微帶線匹配網絡實驗原理支節(jié)匹配器是在主傳輸線上并聯(lián)適當?shù)碾娂{（或者串聯(lián)適當?shù)碾娍梗?，用附加的反射來抵消主傳輸線上原來的反射波，以達到匹配的目的。單支節(jié)匹配器

2、，調諧時主要有兩個可調參量：距離d和由并聯(lián)開路或短路短截線提供的電納。匹配的基本思想是選擇d，使其在距離負載d處向主線看去的導納Y是Y0+jB形式。然后，此短截線的電納選擇為-jB，根據(jù)該電納值確定分支短截線的長度，這樣就達到匹配條件。 雙支節(jié)匹配器，通過增加一個支節(jié)，改進了單支節(jié)匹配器需要調節(jié)支節(jié)位置的不足，只需調節(jié)兩個分支線長度，就能夠達到匹配（但是雙支節(jié)匹配不是對任意負載阻抗都能匹配的，即存在一個不能得到匹配的禁區(qū)）。實驗內容已知：輸入阻抗 Zin=75 負載阻抗 Zl=（64+j35） 特性阻抗 Z0=75 介質基片 r=2.55，H=1mm假定負載在2GHz時實現(xiàn)匹配，利用圖解法設計

3、微帶線單支節(jié)和雙支節(jié)匹配網絡，假設雙支節(jié)網絡分支線與負載的距離d1=1/4，兩分支線之間的距離為d2=1/8。畫出幾種可能的電路圖并且比較輸入端反射系數(shù)幅度從1.8GHz至2.2GHz的變化。實驗步驟1根據(jù)已知計算出各參量，確定項目頻率。2將歸一化阻抗和負載阻抗所在位置分別標在smith圓上。3設計單枝節(jié)匹配網絡，在圖上確定分支線與負載的距離以及分支線的長度，根據(jù)給定的介質基片、特性阻抗和頻率用TXLINE計算微帶線物理長度和寬度。此處應該注意電長度和實際長度的聯(lián)系。4畫出原理圖，在用微帶線畫出基本的原理圖時，注意還要把襯底添加到圖中，將各部分的參數(shù)填入。注意微帶分支線處的不均勻性所引起的影響

4、，選擇適當?shù)哪Ｐ汀?負載阻抗選擇電阻和電感串聯(lián)的形式，連接各端口，完成原理圖，并且將項目的頻率改為1.82.2GHz。6添加矩形圖，添加測量，點擊分析，測量輸入端的反射系數(shù)幅值。7同理設計雙枝節(jié)匹配網絡，重復上面的步驟。仿真調測單支節(jié)1 根據(jù)已知計算出各參量。寫入Output Equations。zl為歸一化負載阻抗；zin為歸一化輸入阻抗；Tl為負載處反射系數(shù)；Tin 為輸入端反射系數(shù)；b為以0.01為步長掃描02*PI； R為阻抗處等反射系數(shù)圓；Rp為匹配圓；Rj為大圓。2將歸一化阻抗和負載阻抗所在位置分別標在smith圓上圖表1以實部虛部方式顯示圖表2以幅度角度方式顯示繪制步驟：l 將歸

5、一化輸入阻抗和負載阻抗所在位置標在導納圓圖上l 從負載阻抗處沿等反射系數(shù)圓向源旋轉，交匹配圓一點，由此確定單支節(jié)傳輸線阻抗為-0.*j，取此經歷的電長度為分支線與負載的距離d=198.81*半波長l 在導納圓圖上標出該點位置，從開路點出發(fā)向源方向旋轉到標識位置，取此經歷的電長度為分支線的長度l=303.93*半波長3 設計單枝節(jié)匹配網絡，在圖上確定分支線與負載的距離以及分支線的長度，根據(jù)給定的介質基片、特性阻抗和頻率用TXLINE計算微帶線物理長度和寬度。4 畫出原理圖。注意微帶分支線處的不均勻性所引起的影響，選擇適當?shù)哪Ｐ?。調諧后的電路圖為：5 添加矩形圖，添加測量，測量輸入端的反射系數(shù)幅值

6、。雙支節(jié)1根據(jù)已知計算出各參量。寫入Output Equations。2 畫出Smith原圖。繪圖步驟：l 根據(jù)兩枝節(jié)間隔長度為1/8波長，繪出輔助圓位置l 在圖中標出負載處位置，沿等反射系數(shù)圓向源方向旋轉180度，該點為y1點l 從y1點沿等電導圓旋轉，交輔助圓于y1點，通過y1點導納值減去y1點導納值得到第一個枝節(jié)的阻抗值。l 在圖中標出該阻抗值點，從開路點向源方向旋轉到標出的阻抗值點，經過的電長度為第一枝節(jié)的長度。l 從y1點沿等反射系數(shù)圓向源方向旋轉，交匹配圓于y2點，1-y2的阻抗值為第二枝節(jié)的阻抗值，在圖中標出該阻抗點，從開路點向源方向旋轉到該點，經過的電長度為第二枝節(jié)的長度3 畫

7、出原理圖。調諧后的原理圖為：得到調諧后矩形圖：實驗三 微帶多節(jié)阻抗變阻器實驗目的1. 掌握微帶多節(jié)阻抗變阻器的工作原理2. 掌握微帶多節(jié)阻抗變阻器的設計和仿真實驗原理變阻器是一種阻抗變換元件，它可以接于不同數(shù)值的電源內阻和負載電阻之間，將兩者起一相互變換作用獲得匹配，以保證最大功率的功率：此外，在微帶電路中，將兩不同特性阻抗的微帶線連接在一起時為了避免線間反射，也應在兩者之間加變阻器。 單節(jié)/4變阻器是一種簡單而有用的電路，其缺點是頻帶太窄。為了獲得較寬的頻帶，常采用多節(jié)阻抗變換器。如下圖所示，多節(jié)變阻器的每節(jié)電長度均為；為各節(jié)的特性阻抗，為負載阻抗，并假設Zn+1Zn,Z2Z1，Z1Z0。其

8、中iz i/z i-1 i=(i-1)/(i-1+1) 在上圖中，變阻器的阻抗由Z0變到Zn+1，對Z0歸一化，即由z00變到zn+1R，R即為阻抗變換比。其中1，2n+1為相鄰兩傳輸線段連接處的駐波比。根據(jù)微波技術的基本原理，其值等于大的特性阻抗對小的特性阻抗之比。1，2，n+1則為連接處的反射系數(shù)，為了使設計簡單，往往取多節(jié)變阻器具有對稱結構，即使變阻器前后對稱位置跳變點的反射系數(shù)相等，1n+1,2=n。定義下列公式為變阻器的相對帶寬和中心波長：其中 和 分別為頻帶邊界的傳輸線波長， 為傳輸線中心波長，D為相對帶寬。實驗內容設計仿真等波紋型微帶多節(jié)變阻器。給定指標：在2GHZ-6GHZ的頻

9、率范圍內，阻抗從50歐變?yōu)?0歐，駐波比不應超過1.15，介質基片H=1mm，在此頻率范圍內色散效應可忽略。實驗步驟1 根據(jù)給定的指標，查表確定微帶變阻器的節(jié)數(shù)。（由于阻抗從50變?yōu)?0，所以其R=5，中心頻率為4GHz，相對帶寬為D=1，通過查表，查得滿足R值和D值，而且駐波比不超過1.15時，可以確定變阻器的節(jié)數(shù)n=4。）2 查表計算各段線的歸一化特性阻抗。查表可以得到z1=1.21721,z2=1.77292,又可以通過R，計算可得z3=2.82021,z4=4.10775。各段的實際阻值為上述的歸一化值與10的乘積。）3利用txline計算各段實際的物理長度。通過計算可以得知：Zpor

10、t1=10，W=10.61mm,L=6.269mmZ1=12.1721,W=8.434mm,L=6.342mmZ2=17.7292,W=5.301mm,L=6.518mmZ3=28.2021,W=2.796mm,L=6.793mmZ4=41.0775,W=1.518mm,L=7.051mmZport2=50,W=1.044mm,L=7.193mm 4 根據(jù)以上計算的結果即可以得到原理圖，原理圖一共由六段微帶線構成，其中的四段是實現(xiàn)阻抗變化器的微帶線，而其余的兩段是實現(xiàn)與端口匹配的微帶線的。5 繪制原理圖完畢之后，通過添加一個矩形的測量圖，來仿真觀察設計的阻抗匹配器是否符合實驗的要求。調諧電路。

11、在調諧各階微帶線的長度時，要保證其變化趨勢不變。仿真調測電路原理圖：調諧后：在2G到6G，反射系數(shù)1.16;實驗四 微帶功分器實驗目的1掌握微波網絡的S參數(shù)2熟悉微帶功分器的工作原理及其特點3掌握微帶功分器的設計和仿真實驗原理功分器是一種功率分配元件，它是將輸入功率分成相等或不相等的幾路功率，當然也可以將幾路功率合成，而成為功率合成元件。在電路中常用到微帶功分器，其基本原理和設計公式如下：圖表 1 二路功分器圖1是二路功分器的原理圖。圖中輸入線的特性組抗為 ,兩路分支線的特性阻抗分別為和，線長為，為中心頻率時的帶內波長。圖中為負載阻抗，R為隔離阻抗。對功分器的要求是：兩輸出口2和3的功率按一定

12、比例分配，并且兩口之間相互隔離，當兩口接匹配負載時，1口無反射。下面根據(jù)上述要求，確定， 及R的計算公式。設2口、3口的輸出功率分別為 ，對應的電壓為 .根據(jù)對功分器的要求，則有： P3=K2P2|V3|2/R3=K2|V2|2/R2式中K為比例系數(shù)。為了使在正常工作時，隔離電阻R上不流過電流，則應 V3=V2 于是得 R2=K2R3若取 R2=KZ0則 R3=Z0/K因為分支線長為e0/4，故在1口處的輸入阻抗為： Zin2=Z022/R2 Zin3=Z032/R3為使1口無反射，則兩分支線在1處的總輸入阻抗應等于引出線的，即 Y0=1/Z0=R2/Z022+R3/Z032若電路無損耗，則

13、|V1|2/Zin3=k2|V1|2/Zin2式中V1為1口處的電壓所以 Zin=K2Z03 Z02=Z0(1+K2)/K30.5 Z03=Z0(1+K2)K0.5下面確定隔離電阻R的計算式?？缃釉诙丝?、3間的電阻R，是為了得到2、3口之間互相隔離得作用。當信號1口輸入，2、3口接負載電阻 時，2、3兩口等電位，故電阻R沒有電流流過，相當于R不起作用；而當2口或3口得外接負載不等于R2或R3時，負載有反射，這時為使2、3兩端口彼此隔離，R必有確定的值，經計算R=Z0(1+K2)/K圖1中兩路線帶之間的距離不宜過大，一般取23帶條寬度。這樣可使跨接在兩帶線之間的寄生效應盡量減小。實驗內容用VO

14、LTERRA設計仿真一個微帶功分器，指標為中心頻率 f0=2GHZ耦合度 K=2引出線 Z0=50介質基片 r=2.55,h=1mm實驗步驟1 按照指標要求用公式計算各阻抗值。計算結果：Z02=158.1Z03=39.53 Z04=70.71 Z05=35.36 R=125 R2=100 R3=252 根據(jù)TXLINE得出對應的W和LZ0=50,W=2.834mm,L=25.58mmZ02=158.1,W=0.2117mm,L=27.144mm,L1=y,L2=x1mmZ03=39.53,W=3.989mm,L=25.265mm,L3=ymm,L4=x2mmR=125,W=0.4484mm,L

15、=8.5023mmR2=100,R3=25Z04=70.71,W=1.6012mm,L=26.073mmZ05=35.36,W=4.6492mm,L=25.125mm由于圖中變量很多，且相互約束，為了減少調諧時的麻煩，采用全局變量的方法，全局變量申明為：因為要求兩路線帶之間的距離不宜過大，一般取23帶條寬度，且寬度相等，設電阻的長度為3mm,則得等式：x1+x2=a+b+3;即b=x1+x2-3-a;3 畫原理圖4 添加矩形圖，添加測量，觀察各端口數(shù)據(jù)是否滿足要求。調諧電路。調諧后：可以看出：在2Ghz時，S2,1, S3,1的差小于6.1db,隔離度S3,2小于-17.5db，符合要求。心得

16、體會通過幾次課上的微波實驗和自己課后的練習，很順利地完成了實驗內容，收獲很大。本次實驗完成了第24這三個實驗，分別對單雙直接支節(jié)匹配、微帶多節(jié)阻抗匹配和微帶公分器進行了復習和上機操作，加深了理解。在操作過程中，也出現(xiàn)了很多問題。在剛開始的時候，對軟件使用不熟，第一個實驗反復改了很多遍，還是不能達到預期效果。課后重新溫習了有關的微波知識，尤其書本第五章的幾個例題，把原理搞清楚再做就快很多了。接著，對于一些不太明白的軟件使用，請教了老師。還有一些細節(jié)問題，如端口要加引出線，微帶線和其他電阻等的連接需要專門的連接器，仿真過程中要考慮微帶線的不均勻性并選擇合適的模型。在實際的操作中，由于剛開始的時候感覺第一個實驗較為復雜，就轉而先做后面的實驗三四。相對而言，實驗三四較為容易，實驗原理也是最近新學，能很快地畫出原理圖，給了自己很大的信心。實驗三主要是查表計算阻抗值，然后畫出原理圖并調諧。需要注意的是，調諧各段微帶線的長度時，調諧范圍不超過10，同時要保證其變化