北京邮电大学微波实验报告

信息与通信工程学院微波仿真实验报告班级：姓名：学号：序号：日期：2013年6月9日2目录实验二分支线匹配器---------------------------------------------------3一、实验目的-----------------------------------------------------------------------------------------3二、实验原理-----------------------------------------------------------------------------------------3三、实验内容-----------------------------------------------------------------------------------------3四、实验步骤-----------------------------------------------------------------------------------------3单枝节匹配器----------------------------------------------------------------------------------------------3双枝节匹配器----------------------------------------------------------------------------------------------9五、实验结果分析---------------------------------------------------------------------------------14六、实验中遇到的问题和解决方法------------------------------------------------------------14实验三四分之一波长阻抗变换器-----------------------------------15一、实验目的---------------------------------------------------------------------------------------15二、实验原理---------------------------------------------------------------------------------------15三、实验内容---------------------------------------------------------------------------------------17四、实验步骤---------------------------------------------------------------------------------------18五、实验结果分析---------------------------------------------------------------------------------29六、实验中遇到的问题及解决方法------------------------------------------------------------31实验六功率分配器-----------------------------------------------------32一、实验目的---------------------------------------------------------------------------------------32二、实验原理---------------------------------------------------------------------------------------32三、实验内容---------------------------------------------------------------------------------------33四、实验步骤---------------------------------------------------------------------------------------34五、实验结果分析---------------------------------------------------------------------------------41六、实验中遇到的问题和解决方法------------------------------------------------------------41实验心得与体会----------------------------------------------------------433实验二分支线匹配器一、实验目的1．掌握支节匹配器的工作原理。2．掌握微带线的基本概念和元件模型。3．掌握微带分支线匹配器的设计与仿真。二、实验原理支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+jB形式。然后，此短截线的电纳选择为-jB，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。双支节匹配器，通过增加一个支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。三、实验内容已知：输入阻抗inZ=75Ω负载阻抗LZ=（64+j35）Ω特性阻抗0Z=75Ω介质基片r=2.55，H=1mm，导体厚度T远小于介质基片厚度H。假定负载在2GHz时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离4/1d，两分支线之间的距离为8/2d。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅值从1.8GHz至2.2GHz的变化。四、实验步骤单枝节匹配器1．建立新项目，确定项目中心频率为2GHz。根据实验内容中的要求计算出各参量，写入OUTPUTEQUATION。如下图所示。其中参数说明如下：zl：负载阻抗z0：特征阻抗z1：归一化负载阻抗T1：负载处的反射系数（在圆图上即为负载阻抗）zin：输入阻抗zin1：归一化输入阻抗Tin：输入阻抗对应的反射系数（在圆图上即为输入阻抗）4Rj：大圆Rp：1+jx圆R：负载阻抗处等反射系数圆2．将归一化输入阻抗和负载阻抗所在位置分别标在Y-Smith导纳圆图上。5如上图所示，Tin为归一化输入阻抗（圆心匹配点），T1为负载阻抗（图中最上方的点）。3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离d以及分支线的长度l所对应的电长度，根据d和l的电长度、介质基片的r、H、特性阻抗、频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。此处应该注意电长度和实际长度的联系（360对应二分之一波长）。如图，先从负载阻抗处沿等反射系数圆顺时针旋转至1+jx圆上。转过的电长度：[93.31-（-104.8）]/360*0.5=0.275d/=0.275然后由1+jx圆上沿电导圆旋转至阻抗匹配点，这时应读出电纳的变化值，如下图所示：可见电纳变化为0.528041。找出圆图上b=-0.528041的点，由圆图上的最左点（短路点）沿等反射系数圆顺时针旋转至该点，读出旋转的角度。6如图，转过的电长度：（180-55.7）/360*0.5=0.173l/=0.173根据转过的角度和介质基片的r、H、特性阻抗、频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。如图所示：74．画出原理图，在用微带线画出基本的原理图时，注意还要把衬底添加到图中，将各部分的参数填入。注意微带分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。5．负载阻抗选择电阻和电感串联的形式，连接各端口，完成原理图，并且将项目的频率改为1.8—2.2GHz。原理图如下图所示：其中，MLSC代表单短截线，MLIN中ID=TL2者代表单短截线距负载的距离。6．添加矩形图，添加测量，点击分析，测量输入端的反射系数幅值。调谐之前测量结果如下图所示：87．调谐分支线的长度l以及与负载的距离d。只调节长度，范围为%10，调谐后使输入端口的反射系数幅值在中心频率2GHz处最低。调谐之后的原理图和测量结果如下图所示：9双枝节匹配器1．建立新项目，确定项目中心频率为2GHz。根据实验内容中的要求计算出各参量，写入OUTPUTEQUATION。如下图所示。其中参数说明如下：参数说明：zl：负载阻抗z0：特征阻抗z1：归一化负载阻抗T1：负载处的反射系数（在圆图上即为负载阻抗）Tl：负载阻抗沿等反射系数圆顺时针旋转4/1/1d电长度后得到的阻抗zin：输入阻抗zin1：归一化输入阻抗Tin：输入阻抗对应的反射系数（在圆图上即为输入阻抗）Rj：大圆Rp：1+jx圆R：负载阻抗处等反射系数圆Rf：旋转/8后的辅助圆Rd：过负载阻抗的电阻圆2．将归一化输入阻抗和负载阻抗所在位置分别标在Y-Smith导纳圆图上。如下图所示，归一化负载阻抗为T1，将其沿等反射系数圆顺时针旋转4/1/1d电长10度后得到的阻抗为Tl。归一化输入阻抗等于0，位于圆图中心匹配点。3．设计双枝节匹配网络，在图上确定分支线的长度1l、2l所对应的电长度，用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。如图，先从Tl处（此Tl已是归一化负载阻抗T1沿等反射系数圆顺时针旋转4/1/1d电长度后得到的阻抗）沿等电导圆旋转至由1+jx圆逆时针旋转/8后得到的辅助圆上。电导的变化值：Y1=1.98747-0.463125=1.524再将辅助圆以及圆上的该点顺时针旋转/8，回到1+jx圆上。再从该点（图中最上方点）沿电导圆旋转到圆心阻抗匹配点。电导的变化值：Y2=0-(-2.17245)=2.17245将Y1和Y2对应的电导圆与大圆的交点在圆图上标出。从开路点沿等反射系数圆顺时11针旋转至此二点，如下图所示，从图中可看出转过的角度分别为：113.4、130.6。根据转过的角度和介质基片的r、H、特性阻抗、频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。如图所示：124．画出原理图，在用微带线画出基本的原理图时，注意还要把衬底添加到图中，将各部分的参数填入。注意微带分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。5．负载阻抗选择电阻和电感串联的形式，连接各端口，完成原理图，并且将项目的频率改为1.8—2.2GHz。原理图如下图所示：其中，MLEF代表开路线，MLIN中ID=TL2者代表单短截线距负载的距离。双支节网络分支线与负载的距离4/1d，两分支线之间的距离为8/2d。6．添加矩形图，添加测量，点击分析，测量输入端的反射系数幅值。调谐之前测量结果如下图所示：137．调谐分支线的长度1l、2l。只调节长度，范围为%10，调谐后使输入端口的反射系数幅值在中心频率2GHz处最低。调谐之后的原理图和测量结果如下图所示：14五、实验结果分析从实验中可以看出，调谐是电路设计的一个重要步骤。在调谐之前，由于在Smith圆图上标点时可能存在一定误差等原因，中心频率可能会有所偏移，双枝节匹配时偏移比较明显。调谐的原因在于：理论和实际可能存在差距。在调谐过后，中心频率达到理想值，在实际中会有比较好的性能。六、实验中遇到的问题和解决方法1、这个实验包括单枝节和双枝节匹配两部分，设计方法和我们在做微波习题时所用方法相似。但是用的是导纳圆图。由于对期中以前的