武汉大学射频电路第五次作业

第五次作业2014282120188王世杰电子与通信工程1、编程画出平行耦合线设计举例中的S11，S41频率响应曲线。解：对于S11，端口1的输入阻抗为：2000000222oeeoeoininininininineoeoininininZZZZZZZZZZZZZZZZZ其中：00000tantaneeineeZjZZZZjZ，00000tantanooinooZjZZZZjZ，所以：0110ininZZSZZZ0e1=69.371294;Z0o1=36.037961;f0=2.282;Z0=50;f=1:0.01:4;ze=Z0e1*(Z0+j*Z0e1*tan(pi/2*(f./f0)))./(Z0e1+j*Z0*tan(pi/2*(f./f0)));zo=Z0o1*(Z0+j*Z0o1*tan(pi/2*(f./f0)))./(Z0o1+j*Z0*tan(pi/2*(f./f0)));z1=Z0+(2*(ze.*zo-Z0^2)./(ze+zo+2*Z0));S11=(z1-Z0)./(z1+Z0);plot(f,-20*log10(abs(S11)));xlabel('Frequency(GHz)');ylabel('S11(dB)');11.522.533.54-181-180-179-178-177-176-175-174-173Frequency(GHz)S11(dB)X:2.282Y:-173.1对于S41，由于：00000tantaneeineeZjZZZZjZ；00000tantanooinooZjZZZZjZ20(1)()()eineeejjineZVVZZee；20(1)()()oinooojjinoZVVZZee其中：0000()()eeeZZZZ；0000()()oooZZZZ422eoVVV10eineeinZVVZZ；10oinooinZVVZZ;111eoVVV所以：22441111eoeoVVVSVVV程序如下：%参数S41Pe=(Z0-Z0e)/(Z0+Z0e);Po=(Z0-Z0o)/(Z0+Z0o);V2e=(1+Pe)*Zine./((Z0+Zine).*(exp(j*bl)+Pe*exp(-j*bl)));V2o=(1+Po)*Zino./((Z0+Zino).*(exp(j*bl)+Po*exp(-j*bl)));V4=V2e-V2o;figure(2);plot(f,abs(V4));grid;xlabel('频率(GHz)');ylabel('|S41|');%-------------------------------------------------S41的频率特性曲线如图1所示。理想情况下，S11和S41均为零，此处出现非零值是由于00eoZZ并不严格等于20Z的平方所致。11.522.533.543.544.555.566.577.58x10-10频率(GHz)|S41|图1图2是用耦合带状线在ads中的仿真结果。与前面计算结果一致。若用微带线仿真，则曲线形状便不同了，因为其偶模及奇模的传输速度不一致（β不同）。1.52.02.53.03.51.04.01.0E-61.2E-61.4E-68.0E-71.6E-6freq,GHzmag(S(1,1))1.52.02.53.03.51.04.03.0E-73.5E-74.0E-74.5E-72.5E-75.0E-7freq,GHzmag(S(1,4))图22、设计耦合度为-10dB平行线定向耦合器。特性阻抗50Ω。使用的板材参数为相对介电常数εr=4.25，介质厚度h=1.45mm,敷铜厚度t＝0.035mm。频率为2.2+0.137=2.337(GHz)。解：根据耦合度、特性阻抗、板材参数和频率，利用ADS软件可以得到耦合微带线尺寸，如图3所示。图3耦合微带线尺寸计算接着搭建仿真电路，如图4所示。图4仿真得到各参数（插入损耗S12，耦合度S13，隔离度S14，驻波比VSWR）频率特性曲线如图5~8所示。1.52.02.53.03.51.04.0-0.4-0.3-0.2-0.5-0.1freq,GHzdB(S(1,2))1.52.02.53.03.51.04.0-16-14-12-18-10freq,GHzdB(S(1,3))Readoutm1m1freq=dB(S(1,3))=-10.074Max2.379GHz图5图61.52.02.53.03.51.04.0-25-20-30-15freq,GHzdB(S(1,4))Readoutm2m2freq=dB(S(1,4))=-20.9612.379GHz1.52.02.53.03.51.04.01.041.061.081.101.021.12freq,GHzVSWR1图7图8从图中可以看到，设计满足耦合度10dB的要求，且在中心频率附近有10dB左右的方向性；由于微带线中奇偶模传输速度不一致，图7图8中的中心频率处并未出现极大值。