微波电路与系统仿真实验2
Matlab和CST联合仿真在研究生实验教学的应用
246DOI:10.16660/ki.1674-098X.2010-5640-9709Matlab和CST联合仿真在研究生实验教学的应用①林铭团1* 卞立安2(1.国防科技大学电子科学学院 湖南长沙 410073;2.长沙理工大学物理与电子科学学院 湖南长沙 410114)摘 要:基于电磁领域相关实验课程的仿真教学需求,提出了多软件协同仿真的教学改革模式,充分发挥各软件的优势,克服了传统实验课仿真方式的单一性和低效率问题。
所提软件协同仿真实验以贴片天线、天线阵列和编码超材料天线为例子,利用Matlab的编程控制优势,调用CST软件进行建模,可实现大规模各向异性天线阵列的自动化建模,有效提升了复杂系统仿真建模时间。
该方法可促进学生在学习中进一步挑战复杂模型的联合仿真,有效节约时间,提升科研效率。
关键词:电磁仿真 软件协同 CST Matlab 实验教学中图分类号:TN820;G642.0 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2020)10(c)-0246-04Teaching Reform of Co-Simulation Based on Matlab and CSTSoftwareLIN Mingtuan 1* BIAN Li'an 2(1.College of Electronic Science, National University of Defense Technology, Changsha, Hunan Province, 410073 China; 2.School of Physical and Electronic Science, Changsha University of Scienceand Technology, Changsha, Hunan Province, 410114 China)Abstract: Based on the simulation teaching demand of electromagnetics related courses, a teaching reform mode of co-simulation of multiple software is proposed, which gives play to the advantages of each software and overcomes the low efficiency problem of the traditional simulation mode that is based on single software. For example, a co-simulation experiment with Matlab and CST software is made to design a patch antenna, antenna array and a coding metamaterial antenna. With the programming ability of Matlab and the modeling function of CST, students can easily design a large-scale anisotropic antenna array with high efficiency. The proposed method can promote students to do more complex simulation efficiently and improve their ability of research.Key Words: Electromagnetics simulation; Co-simulation; CST; Matlab; Experiment teaching①通信作者:林铭团(1989—),男,汉族,福建南安人,博士,讲师,研究方向为电磁场与微波技术。
微波电路与系统课程介绍
参考资料:《射频/微波电路导论》 雷振亚 西安 电子科技大学出版社 2005.8
参考资料:《微波固态电路》言华 北京理工大学 出版社 1995
参考资料: 《Microwave Solid State Circuits Design》 Inder Bahl A John Wiley & Sons Inc,Publication, 2003
要讲授PIN开关、衰减器和移相器的设计方 法。本章授课学时—4学时。 实践性教学环节 实践性教学环节主要以仿真实验为主。实验 部分学时—4学时。
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考核方式
本课程平时考核占总分20%(以作业和出勤率 综合考核);
实验环节占总分20%(实验报告); 期末考试占总分60%(开卷笔试);
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建议教材及参考资料
微波电路与系统
微波电路与系统课程介绍
电子科技大学 贾宝富 博士
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绪论
前期课:微波技术, 电子线路 内容: 微波电路理论,应用技术,
半导体知识,通信系统概念
2
本课的相关课程与技术
相关课程:
电磁场 -- 基础课, 电场磁场分布,电波传播 微波技术--无源电路, 分布参数、传输线、微波网络、
滤波器、匹配、 阻抗变换 射频电路--有源电路, 放大、振荡、变频、滤波、收发信机
• 第一章:引言 • 简单介绍微该章内容 。本章授课学时—1学时。 • 第二章:微波集成电路基础 • 介绍微波平面集成传输线、微波单片集成电 路。理解微带电路的不连续性。掌握阻抗变 换电路、功率分配器和耦合器。本章授课学 时—5学时。
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教学内容
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教学内容
第五章:微波倍频器 了解微波倍频器的工作机理。本章主要讲授
射频微波实验报告
一、实验目的1. 理解射频微波的基本原理和关键技术。
2. 掌握射频微波元件的特性参数测量方法。
3. 熟悉射频微波系统的搭建和调试技术。
4. 提高对射频微波电路设计和分析能力。
二、实验原理射频微波技术是现代通信、雷达、遥感等领域的重要技术。
本实验主要涉及以下原理:1. 射频微波传输线:了解射频微波传输线的种类、特性及其在射频微波系统中的应用。
2. 射频微波元件:掌握射频微波元件(如衰减器、隔离器、滤波器等)的工作原理和特性参数。
3. 射频微波系统:了解射频微波系统的组成、工作原理和调试方法。
三、实验内容1. 射频微波传输线测量:使用矢量网络分析仪测量微带传输线的特性参数(S参数)。
2. 射频微波元件测量:测量衰减器、隔离器和滤波器的特性参数(如插入损耗、隔离度、带宽等)。
3. 射频微波系统搭建:搭建一个简单的射频微波系统,并进行调试。
四、实验步骤1. 实验一:射频微波传输线测量(1)准备实验设备:矢量网络分析仪、微带传输线、测试夹具等。
(2)设置测试参数:起始频率、终止频率、步进频率等。
(3)连接设备:将矢量网络分析仪、微带传输线和测试夹具连接好。
(4)进行测试:启动矢量网络分析仪,进行S参数测量。
(5)分析结果:根据测量结果,分析微带传输线的特性参数。
2. 实验二:射频微波元件测量(1)准备实验设备:矢量网络分析仪、衰减器、隔离器、滤波器等。
(2)设置测试参数:起始频率、终止频率、步进频率等。
(3)连接设备:将矢量网络分析仪、射频微波元件连接好。
(4)进行测试:启动矢量网络分析仪,进行特性参数测量。
(5)分析结果:根据测量结果,分析射频微波元件的特性。
3. 实验三:射频微波系统搭建(1)设计系统方案:根据实验要求,设计射频微波系统方案。
(2)搭建系统:按照设计方案,搭建射频微波系统。
(3)调试系统:对系统进行调试,确保系统正常工作。
(4)测试系统:对系统进行测试,验证系统性能。
五、实验结果与分析1. 射频微波传输线测量结果:测量得到微带传输线的S参数,分析其特性参数。
微波技术实验报告
微波技术虚拟实验报告一、实验名称微波低通滤波器二、设计要求设计一个切比雪夫式微波低通滤波器,技术指标为:截止频率f c=2.2GHz,在通带内最大波纹L Ar=0.2dB,S11小于-16dB;在阻带频率f s=4GHz处,阻带衰减L As是不小于30 dB。
输入,输出端特性阻抗Z0=50Ω。
方法一:用微带线实现,基片厚度H=800um,T=10um,相对介电常数εr=9.0;高阻抗线特性阻抗Zoh =106Ω,低阻抗线Z01=10Ω。
方法二:用同轴线实现,其外导体直径为D0=16mm;高阻抗线特性阻抗Zoh=138Ω;低阻抗线内,外导体间相对介电常数εr =2.54,低阻抗线特性阻抗Z01=1。
确定滤波器的结构尺寸,测量滤波器的参数S11,S21,进行适当调节,使之达到最佳。
记录滤波器的最终结构尺寸,总结设计,调节经验。
三、实验仪器硬件:PC机软件:Microwave Office软件四、设计步骤1.确定原型滤波器生成原形滤波器时,在参数定义页设置N:5 元件数目为5;FC:2.2 截止频率为2.2GHz;PP:Ripple(dB) 带内参数为波纹衰减PV:0.2 波纹衰减值为0.2dBRS:50 输入端特性阻抗为50ΩRL:50 输出端特性阻抗为50Ω生成名为Fliter的原形滤波器的原理图,以及相关的测量图,优化项。
最终得到电路图,如下所示:设置工作频率,分析后得到滤波器相应结果,包括S11,S21参数。
设置优化目标,即f <2.2GHz时,S11<-16dB,S21 >-0.2dB; f >4GHz, S21<-30Db;目标设定完成后进行优化。
优化结束后,得到滤波器相应结果,包括S11,S21参数,如下图所示:五、实验数据记录1.根据优化结果,将原型滤波器的各个已优化的参数值填入表1,如下所示:2.计算滤波器的实际尺寸(1)微带线结构○1高阻抗线先计算高抗阻线的宽度。
微波电路与系统(放大器稳定性)
双向设计首先了解器件的输入/输出稳定性园
改善稳定性的措施
通过在输入回路添加串联电阻或在输出回路添 加并联电阻可以很容易地改善晶体管的稳定性 使其变为无条件稳定。例如本例中的晶体管在 500MHz时,输入端添加一个R=0.18(50) = 9Ω 或R= 1/(0.117*0.02) = 430 Ω 的并联电 阻就会使输入和输出稳定性园出现在原图之外 。当然对具有一定带宽的放大器,在设计完输 入输出匹配电路以后必须检查在整个频带的稳 定性。如果改善稳定性的电阻包含在匹配网络 中,通常它不会影响增益。
Matching for Specific Gain, NF and In/Out Return Loss
设计实例
利用MMBR941设计一个放大器。
放大器的稳定性
利用S参数法设计放大器,第一步就是确定晶 体管是无条件稳定或潜在不稳定。利用稳定性 系数K和晶体管S参数的 值可以很容易地确 定放大器的稳定性。 放大器无条件稳定的条件是:
U
1 S 1 S
2 2 11 22
S12 S21 S11 S22
利用该参数可以判断RF电路的单向特性。利用U值计算下 列不等式的上、下限。 1/[(1+U)(1+U)]<GT/GTU<1/[(1-U)(1-U)] 其中,GT是传输功率增益,GTU为单向特性S12=0时的 传输功率增益。如果上、下限为1或者U接近0,则认为放 大器是单向的。
输入功率
负载吸收功率
信号源资用功率 输出资用功率
转换功率增益
工作(实际)功率增益
资用功率增益
Amplifier Noise
不同类型放大器设计
微波电路与系统,切比雪夫阻抗变换器
微波电路与系统大作业设计一个4节切比雪夫匹配变换器,以匹配40Ω的传输线到60Ω的负载,在整个通带上最大允许的驻波比值为1.2,求出其带宽,并画出输入反射系数与频率的关系曲线。
1基本理论图1多节匹配变换器上的局部反射系数局部反射系数可在每个连接处定义如下:10010Z Z Z Z -Γ=+ (1a )11n nn n nZ Z Z Z ++-Γ=+ (1b )L NN L NZ Z Z Z -Γ=+ (1c )总反射系数可近似为()242012j j jN N e e e θθθθ---Γ=Γ+Γ+Γ++Γ (2)进一步假定该变化器可制成为对称的,则有0N Γ=Γ,11N -Γ=Γ,22N -Γ=Γ,(注意,这里并不意味着n Z 是对称的),于是式(2)可表示为()(2)(2)01{[][]}jN jN jN j N j N e e e e e θθθθθθ-----Γ=Γ++Γ++ (3)若N 是奇数,则其最后一项是(N 1)/2(e e )j j θθ--Γ+;若N 是偶数,则其最后一项是N/2Γ。
切比雪夫变换器是以通带内的波纹为代价而得到最佳带宽的。
第n 阶切比雪夫多项式n ()T x 是用表示的n 次多项式,前4阶切比雪夫多项式是1(x)x T = (4a )22(x)2x -1T = (4b ) 33(x)4x -3x T = (4c ) 424()881T x x x =-+ (4d )因为cos n θ可展开为cos(n 2)m θ-形式的多项和,所以式(4)给出的切比雪夫多项式能改写为如下有用的形式:1T (sec cos )sec cos m m θθθθ= (5a )22T (sec cos )sec (1cos2)1m m θθθθ=+- (5b )33T (sec cos )sec (cos33cos )3sec cos m m m θθθθθθθ=+- (5c )424T (sec cos )sec (cos44cos23)4sec (cos21)1m m m θθθθθθθ=++-++ (5d ) 现在使用正比于来综合切比雪夫等波纹的通带,此处N 是变换器的阶数。
写一篇用ads进行微波射频滤波器设计与仿真的实验心得100字
写一篇用ads进行微波射频滤波器设计与仿真的实验心得
100字
作为一名电子工程师,我经常使用ADS(Advanced Design System)软件进行微波射频滤波器的设计与仿真。
在此,我想分享我的实验心得。
实验目的在于设计并验证一个微波射频滤波器,以满足现代通信系统的需求。
ADS软件具有强大的微波电路设计和仿真功能,为我们提供了便捷的工具。
首先,在ADS中,我们选择合适的滤波器类型(如Butterworth、Chebyshev等),并根据设计指标设置滤波器的频率响应参数。
接下来,利用ADS内置的微带线模型和射频器件库,构建滤波器的电路结构。
在仿真阶段,我们通过调整滤波器的参数,观察其对频率响应、传输特性等性能指标的影响。
根据仿真结果,优化滤波器的设计,直至满足预设指标。
实验过程中,我深刻体会到ADS软件在微波射频滤波器设计中的优势。
通过仿真,我们能快速评估滤波器设计的可行性,并有效提高设计效率。
同时,实验也提醒我要不断学习和掌握ADS的新功能,以便更好地应对实际工程需求。
总之,运用ADS进行微波射频滤波器设计与仿真,不仅提高了我的技术水平,还使我深刻认识到软件在现代通信技术发展中的重要性。
微波技术试验
微波的传输特性和基本测量1、微波基本知识微波及其特点微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术,它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用,在科学研究中也是一种重要的观测手段,微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。
从图1可以看出,微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间,因此它兼有两者的性质,却又区别于两者。
与无线电波相比,微波有下述几个主要特点图1 电磁波的分类1.波长短(1m —1mm):具有直线传播的特性,利用这个特点,就能在微波波段制成 方向性极好的天线系统,也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号,从而 确定物体的方位和距离,为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。
2.频率高:微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短,已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟,甚至还小,因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中,而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。
另外,微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级,在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重,一般无线电元件如电阻,电容,电感等元件都不再适用,也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。
3.微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流,而是研究微波系统中的电磁场,以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。
4.量子特性:在微波波段,电磁波每个量子的能量范围大约是10-6~10-3eV ,而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。
人们利用这一特点来研究分子和原子的结构,发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科,并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟,原子钟。
(北京大华无线电仪器厂)5.能穿透电离层:微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层,为卫星通讯,宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。
微波技术实验自编讲义
《微波技术》实验指导书第一章《微波技术实验》教学大纲课程编号:06080703213 课程属性:专业必修课学时:12学时学分:1学分开课学期:第五学期先修课程:高频电路适用专业:通信工程课程简介:《微波技术实验》是一门实践性都很强的专业必修课。
本课程主要是使用ADS、HFSS等设计软件进行微波电路的设计与仿真,使用微波测试仪器进行微波特性参数的测量及微波通信系统的组装、调试。
通过该实验课的基本训炼,使学生初步具备微波实验基本知识,掌握常用微波测试仪器、器件的原理和使用方法,掌握常见微波系统的测量方法和常用微波特性参数的测量,具备初步的处理实验故障的能力。
一、实验项目设置及学时分配二、实验内容及教学要求实验项目1:标量网络分析仪的构成及电压驻波比的测试1、教学内容(1)标量网络分析仪的构成原理。
(2)频谱仪的基本操作。
(3)电压驻波比、回波损耗等概念。
(4)使用标量网络分析仪进行电压驻波比测试方法。
2、教学目标(1)掌握频谱仪校准、信号跟踪源参数的设置过程。
(2)掌握使用标量网络分析仪进行电压驻波比测试方法。
(3)掌握插损校准与端口损耗校准的方法。
实验项目2:微波定向耦合器的原理与测试1、教学内容(1)定向耦合器的每个端口的含义。
(2)耦合度、隔离度的定义。
(3)定向耦合器的分类与基本原理。
(4)耦合度、隔离度、驻波比的测试方法。
2、教学目标(1)掌握耦合度、隔离度的概念。
(2)了解定向耦合器的分类与基本原理。
(3)掌握耦合度、隔离度、驻波比的测试原理。
实验项目3:用ADS软件设计阻抗匹配网络1、教学内容阻抗匹配网络的设计原理。
(1)/4(2)并联单端短路微带线匹配网络的设计原理。
(3)并联单端开路微带线匹配网络的设计原理。
(4)ADS软件的基本操作方法。
(5)使用ADS软件进行阻抗匹配网络设计。
2、教学目标(1)了解ADS的基本操作。
(2)理解阻抗匹配网路的设计原理。
(3)熟练掌握使用ADS设计阻抗匹配网路。
微波电路与系统仿真实验
初步仿真
矩形微带天线初步仿真的具体步骤如下: ① 在ADS主窗口下,选择【Window】→【New Layout】
在工程中新建一个布局图。也可单击 按钮新建布局 图。 ② 在新建设计窗口中给新建布局图命名,此处命名为 “rectpatch” 。
微波电路与系统仿真实验
③ 设定Layout的度量单位。在ADS中,度量单位的缺省值为 mil,把它改为mm。方法是:单击鼠标右键→ Preferences… → Layout Units ,如下图所示。
微波电路与系统仿真实验
雷达 传感器
微带天线一般应用在1~50GHz频率范围,特殊的天线也可用于几十 兆赫。和常用微波天线相比,有如下优点:
(1)体积小,重量轻,低剖面,能与载体(如飞行器)共形 。 (2)电性能多样化。不同设计的微带元,其最大辐射方向可以从边射到 端射范围内调整;易于得到各种极化 。 (3)易集成。能和有源器件、电路集成为统一的组件。
微波电路与系统仿真实验
5. 相关参数计算
贴片宽度w
基片选择合适后,根据天线要求的工作频率 f 和基片
介电常数r、厚度h,可用下式设计出高效率辐射贴片天线
的宽度w,即
w c (εr 1)12 2fr 2
其中 c 是光速。
当选用小于上式的宽度时辐射元的效率将降低,当
选用大于上式的宽度时效率虽然提高,但是会产生高次模
引起场的畸变。
微波电路与系统仿真实验
贴片长度L
考虑到边缘缩短效应后,实际上矩形微带天 线的辐射单元长度 L 比原来有所减少为:
L c 2Δl 2fr εe
式中的有效介电常数e 和延伸量l 可以分别用下面的
两个式子计算得到。
微波电路与系统,切比雪夫阻抗变换器
微波电路与系统大作业设计一个4节切比雪夫匹配变换器,以匹配40Ω的传输线到60Ω的负载,在整个通带上最大允许的驻波比值为,求出其带宽,并画出输入反射系数与频率的关系曲线。
1基本理论图1多节匹配变换器上的局部反射系数局部反射系数可在每个连接处定义如下:10010Z Z Z Z -Γ=+ (1a )11n nn n nZ Z Z Z ++-Γ=+ (1b )L NN L NZ Z Z Z -Γ=+ (1c )总反射系数可近似为()242012j j jN N e e e θθθθ---Γ=Γ+Γ+Γ++ΓL (2)进一步假定该变化器可制成为对称的,则有0N Γ=Γ,11N -Γ=Γ,22N -Γ=Γ,L (注意,这里并不意味着n Z 是对称的),于是式(2)可表示为()(2)(2)01{[][]}jN jN jN j N j N e e e e e θθθθθθ-----Γ=Γ++Γ++L (3)若N 是奇数,则其最后一项是(N 1)/2(e e )j j θθ--Γ+;若N 是偶数,则其最后一项是N/2Γ。
切比雪夫变换器是以通带内的波纹为代价而得到最佳带宽的。
第n 阶切比雪夫多项式n ()T x 是用表示的n 次多项式,前4阶切比雪夫多项式是1(x)x T = (4a ) 22(x)2x -1T = (4b ) 33(x)4x -3x T = (4c ) 424()881T x x x =-+ (4d )因为cos n θ可展开为cos(n 2)m θ-形式的多项和,所以式(4)给出的切比雪夫多项式能改写为如下有用的形式:1T (sec cos )sec cos m m θθθθ= (5a ) 22T (sec cos )sec (1cos2)1m m θθθθ=+- (5b )33T (sec cos )sec (cos33cos )3sec cos m m m θθθθθθθ=+- (5c )424T (sec cos )sec (cos44cos23)4sec (cos21)1m m m θθθθθθθ=++-++ (5d )现在使用正比于来综合切比雪夫等波纹的通带,此处N 是变换器的阶数。
微波实验报告
实验2 微带分支线匹配器一、实验目的:1.熟悉支节匹配器的匹配原理2. 了解微带线的工作原理和实际应用3.掌握Smith图解法设计微带线匹配网络二、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Zin=75欧负载阻抗Zl=(64+j35)欧特性阻抗Z0=75欧介质基片εr=2.55,H=1mm假定负载在2G赫兹时实现匹配,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d1=四分之一波长,两分支线之间的距离为d2=八分之一波长。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz的变化四、实验步骤(一)单支节1.在Smith导纳圆图上画出负载ZL所处的VSWR圆,标出其与单位电导圆的交点。
这里可以有两个交点,选择离负载较近的那个点进行计算。
角度为-105.4°。
-105.4°-93.31°=-198.71°198.71°/2=99.35°L=1.4373mm。
3. 再将图中标记改为显示导纳值,由图得出支节的电纳为-j0.5310494.由图求出短路点距离支节接入点的电长度。
角度为(180°-56°)/2=62°5.再由TXLINE,输入角度值,算出微带线的参数。
微波传输线的建模与仿真
微波传输线的建模与仿真随着信息通信技术的不断发展,微波通信成为了当今的重要通信方式。
而微波传输线则是微波通信中不可或缺的一部分。
微波传输线广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域中,因其能够在高频率上传输电磁波信号而闻名。
微波传输线的建模与仿真是微波通信领域中一个重要的研究方向。
它是通过模拟和仿真微波传输线的运行机理和性能,来增强对微波传输线的理解和优化设计。
本文将对微波传输线的建模与仿真进行介绍和探讨。
一、微波传输线的类型微波传输线主要包括两种类型:同轴电缆和微带线。
同轴电缆是通过内外两层金属导体分别作为信号传输和屏蔽的传输线。
而微带线则是通过在介质板上进行金属线铺设,形成一个平面波导结构的传输线。
对于同轴电缆和微带线的建模和仿真,采用的方法也不太相同。
同轴电缆可以通过传输线的基本原理和参数来建模。
而微带线则需要考虑板层模型和基模分析等技术。
二、微波传输线的建模微波传输线的建模过程主要有以下几个步骤:1. 确定传输线的基本参数传输线的基本参数包括电阻、电感和电容等。
这些参数可以通过对传输线结构和材料的了解进行计算和估算。
2. 构建传输线模型传输线模型是建模的基础。
可以使用电路模型或者EM模型来描述传输线。
电路模型通常用于低频电路仿真,而EM模型则适用于高频情况。
3. 建立微波传输线的电路仿真模型在建立微波传输线的电路仿真模型时,需要选择合适的仿真工具,并对仿真参数进行设置和调整,以便得到最佳的仿真结果。
4. 仿真结果分析对仿真结果进行分析和评估,以确定传输线的性能和可能存在的问题。
三、微波传输线的仿真在微波传输线的仿真过程中,需要考虑不同传输线对电磁波的传输损耗、回波损耗和常见的干扰等因素。
同时,还需要考虑传输线所处的环境因素对传输线的影响。
对于微波传输线的仿真,可以采用多种工具和算法。
其中,有限元法、时域有限差分法和时域积分方程法等是常见的仿真方法。
四、微波传输线建模与仿真的应用微波传输线建模与仿真技术在实际应用中具有广泛的应用。
微波技术第2章微波等效电路
传输线概述
微波技术中常用的传输线是同轴线和微带线。 同轴线:由同轴的管状外导体和柱状内导体构成。
分为硬同轴线和软同轴线两种。 硬同轴线又称同轴管,软同轴线又称同轴电缆。 微带线:带状导体、介质和底板构成。 严格说,由于介质(有耗、色散)的引入,微带 线中传输的不是真正的TEM波,而是准TEM波。
电梯电缆
无损耗传输线
一般传输线包含损耗影响,其传播常数和特性阻抗均为复数。 但在很多实际情况下,传输线的损耗可以忽略,从而:
=+j j LC 或 = LC
无损传输线特性阻抗为实数:
Z0
L C
ZC
0
传输线的场分析
一段1米长的均匀TEM波传输线,其上电磁场分布如图所示, S是传输线的横截面。
R jL
R jL G jC
Z Y
ZC
特性阻抗与传输线上电压、电流的关系
V0
I
0
Z0
V0
I
0
波长
= 2
相速
vP
f
电报方程解的讨论
1、一般情况:(有耗)
U ( z) U (0)e z U _ (0)ez
I ( z) U (0) e z U (0) ez
y
,
a
x
b Rs
注意
表1.1 列出了同轴线、双线和平行板传输线的参量。 从下一章将看到,大部分传输线的传播常数,特性阻抗和衰 减是直接由场论解法导出的。 该例题先求等效电路参数(L,C,R,G)的方法,只适用于 相对较简单的传输线。虽然如此,它还是提供了一种有用的直 观概念,将传输线和它的等效电路联系起来。
非线性微波电路与系统.pptx
2、 T or ZT
3、 out
S22
S12S21T 1 S22T
out 1
4、
ZL
X L ( f0 ) X out ( f0 )
RL (
f0 )
1 3
Rout (0,
f0 )
5、 Load matching network
11
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微波振荡器
Example: GaAs FET. f0 8G
3、相位噪声
输出频谱中产生的噪声边带。
Pout
Idear signal
Pout
Noise signal
f0
f
f0
f
20
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微波振荡器
要把相位噪声减至最小,不仅要使用①低噪 声器件,②而且还要使用高的有载Q谐振器, 在电压控制振荡器中,应使用高Q变容二极管。 ③用锁相振荡器也可以实现低的相位噪声,如 晶体振荡器。④由于相位噪声也可由来自直流 电源或耦合到直流偏置电路的噪声引起,所以 直流电源的滤波在减小相位噪声方面是不可忽 视的。
21
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微波振荡器
4、频率牵引和推频 →负载的变化引起输出频率改变
负载阻抗的变化通过Гin的相位改变可以影 响振荡频率。这种现象称为频率牵引。
①在振荡器的输出端加入输出隔离器或缓冲 放大器就可以减小频率牵引。② 采用高Q谐振腔。
直流偏压的变化可以引起FET的S参数和 Гin的变化,因而引起振荡频率变化,这种现 象称为推频。减小推频的直接方法是在振荡器 的偏置电路中采取稳定措施。
简单的反馈电路(一个电感)就 可以在很宽的频率范围内实现负 电导。2)点频振荡器
G L 地
微波技术第6章 微波电路与系统简介2-非线性微波电路
变容二极管
C j (V )
1 V m
C j0
非单频响应 非单频响应 单频激励 单频激励
肖特基势垒二极管时变电流波形
时变电容随泵浦电压周期变化波形
线性器件描述实例——与非线性器件对比
纯电阻
I 1/R I(t)
V I R
纯电容 I jCV
I j 2 C j 1 C I(t )
结论:可抑制偶次谐波分量。
用途: • 奇次倍频器应用,具有低的偶次谐波输出,提高谐波抑制度
• 谐波混频器应用,偶次亚谐波激励本振。
反向串联联接:是反向并联联接的对偶情况
同样偶阶和奇阶分量被分离,奇阶电流分量在环路内环流, 而偶阶电流分量在外电路中环流。 效果:等效于只有偶次非线性的单个元件的工作情况。 结论:可抑制奇次谐波分量。 用途:偶次倍频器应用,具有低的奇次谐波输出,提高谐 波抑制度。
由两个或多个固态器件构成的平衡电路有许多优点,如: • 提高动态范围和输出功率 • 改善电路隔离度
• 抑制偶次或奇次谐波
• 改善带宽及输入、输出驻波比等 借助电桥分配网络连接 多器件电路形式:
直接串联、并联
微波电桥的常见结构
• 波导魔T
从端口1入射的
TE10波从端口2、3 等幅同相输出,端 口4隔离; 从端口4入射的 TE10波从端口2、3 等幅反相输出,端 口1隔离;
镜频是由非线性产生的新频率中,含中频信息最强的高次 混合频率。 镜像匹配时:信号输入功率有一部分会变成镜像功率在信 号源内导上消耗掉——变频损耗大。主要应 用在宽带接收机或双边带接收 镜像开路或短路时:输入信号的镜像频率被短路或开路抑 制,而没有损耗——变频损耗小。主要应用 在窄带接收机或单边带接收
微波电路与系统(谐振腔与耦合)
对称面磁场只有切向 分量---电壁
耦合系数极性的判定(2)
计算公式:
电场奇对称
对称面
fo fe k fo fe
其中, f o 电场沿对称面奇对 称时的谐振频率; fe 电场沿对称面偶对 称时的谐振频率;
电场偶对称
对称面
感性膜片耦合
Mode 1
电场偶对称
通过对称面上的磁场 判断电壁/磁壁
直接耦合; 容性耦合; 磁性耦合; 变换器耦合。
腔体与外电路耦合
腔体与外电路耦合的结构类型主要有:
直接耦合; 容性耦合; 磁性耦合; 变换器耦合。
耦合系数极性的判定1通过对称面上的磁场判断电壁磁壁对称面磁场只有法向分量磁壁对称面磁场只有切向分量电壁通过对称面上的磁场判断电壁磁壁对称面磁场只有法向分量磁壁对称面磁场只有切向分量电壁电场偶对称耦合系数极性的判定2其中电场沿对称面奇对称时的谐振频率
微波电路与系统
谐振腔与耦合
电子科技大学 贾宝富 博士
谐振器
腔体间的耦合结构
腔体间耦合结构的类型有两 种类型。
电耦合; 磁耦合;
耦合系数--电壁/磁壁法
对于对称耦合谐振器的 情况,两个谐振器频率完全 相同,这样可以将耦合谐振 器从对称面劈开,如右图所 示。 在对称面上分别设置为完全导电面(PEW)和完全导磁 面(PMW),在HFSS中用本征模求解器,得到的本征频率分 别对应 fe 和 fm ,耦合系数的模可以用下面的公式计算。
容性膜片耦合
Perfect E
Perfect H
2 fe2 f m 9.938272 9.299392 K 2 0.0663465 2 2 2 fe f m 9.93827 9.29939
微波电路的技术研究与应用
微波电路的技术研究与应用一、微波电路的概述微波电路是一种特殊的高频电路,在通信、雷达、无线电等领域中有着广泛的应用。
微波电路的频率范围一般在300MHz到300GHz之间,其特点是具有高速、大容量等优点,因此在现代通信系统中扮演着重要的角色。
二、微波电路的种类1. 微带线微带线是一种常用的微波传输线路,是用于制作微波集成电路的主要元件。
它由一层金属覆盖在介质基板上构成,嵌入在基板的内部,具有低成本、低损耗、小体积等优点。
2. 高频放大器高频放大器是一种用于放大微波信号的电路,它的主要作用是将输入信号放大到所需的输出幅度。
高频放大器的主要性能指标包括放大增益、频带宽度、可靠性等。
3. 微波滤波器微波滤波器是一种用于滤波微波信号的电路,它的主要作用是将输入信号中某个频率范围内的信号滤去或保留,以实现信号的分离或合并。
微波滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两种类型。
4. 微波混频器微波混频器是一种用于将不同频率的信号混合产生中频信号的电路,它的主要作用是将输入信号的频率转换到新的频率范围内,以实现多路信号的混合和解调。
三、微波电路的应用1. 通信领域微波电路在通信领域中应用广泛,主要包括无线电通信、卫星通信、移动通信等。
无线电通信中,微波电路主要用于收发机、反射器、放大器等电路中,以实现协议通信和广播。
2. 雷达领域雷达是一种用于探测目标位置和速度的设备,微波电路在雷达领域中具有重要作用。
微波电路主要用于雷达天线、放大器和混频器等电路中,以实现雷达信号的发射、接收和处理。
3. 无线通信领域微波电路在无线通信领域中应用广泛,主要包括无线网络、卫星通信、移动通信等。
微波电路主要用于天线、放大器、滤波器等电路中,以实现无线信号的传输和处理。
四、微波电路的制作工艺微波电路制作工艺相对复杂,要求制作精度高,材料的选择和工艺控制也很关键。
一般来说,微波电路的制作工艺包括以下几个方面:1. 材料选择微波电路材料的选择非常重要,主要包括基板材料、电极材料和封装材料等。
微波炉磁控管磁路仿真系统说明书教材
第一章前言1.1 项目背景微波炉作为一种新型的厨具。
它采用电磁感应电流(又称涡流)的加热原理打破了传统的明火烹调方式,微波炉的交变磁场是通过电子线路板组成部分来产生、当用含铁质锅具底部放置炉面时,锅具即切割交变磁力线的交变的电流(即涡流)在锅具底部金属部分产生,电磁感应电流使锅具铁分子无规则高速运动,其热能是因为分子相互碰撞、摩擦产生(故微波炉煮食的热源来自于锅具底部而不是微波炉本身发热传导给锅具,所以热效率要比所有饮具的效率均高出近1倍)来实现器具本身自行高速发热,用来加热和烹饪食物,从而达到煮食的目地。
1.2微波炉简介1.2.1微波炉的基本工作原理微波炉主要由交流进线电路、电源电路、LC振荡电路、功率控制电路、整流电路、EMC防护电路、滤波电路、同步电路、控制及显示电路、电压检测电路、锅具检测电路、过零检测电路、电流检测电路、主控CPU电路、高低压保护电路、IGBT模块等组成。
图1.1为微波炉的工作原理框图图1.1微波炉的工作原理框图1.2.2微波炉的基本组成1.加热部分:微波炉有搁板在锅体下面,也有励磁线圈。
对锅体进行加热是根据电磁感应产生涡电流。
2.控制部分:主要有电源开关,功率选择钮,温度调节按钮等。
由内部的控制电路来控制。
3.冷却部分:采用风冷的方式。
炉身的侧面有进风口和出风口,内部有风扇。
4.电气部分:由整流电路、逆变电路、控制回路、继电器、电风扇等组成。
5.烹饪部分:主要包括各种炊具,供用户使用。
1.2.3微波炉的优缺点微波炉作为一种新型的厨具,具有以下优点。
1.高效节能:微波炉降低了损耗,是因为其使锅具自身发热,大大提高了热效率,热效率可达到85%~99%,与传统加热方式不同,与电炉、液化气炉等炉具相比,节省了大量的能源。
如图1.2所示2.智能烹饪:智能控制是利用单片机进行,无须看管,具有定时预约功能,来实现自动烹饪的功能。
3.安全可靠:通过了国家安全验证,使用安全可靠。
4.环保卫生:锅具可实现自身发热,不会产生热辐射,并且不排放烟尘和一氧化碳等废气,使烹饪环境更加环保卫生。
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实验内容:
2.1 滤波器的设计与仿真 2.2 滤波器S参数的优化 2.3 利用设计向导设计滤波器
2.1 滤波器的设计与仿真
1. 微波滤波器的技术指标
频率范围:滤波器通过或截断信号的频率界限。 通带衰减:滤波器残余的反射及元件引起的损耗。
阻带衰减:决定了滤波器的性能和种类。
寄生通带:分布参数传输线段频响特性的周期性引起。
设置微带器件的参数
双击两端的引出线TL1、TL2,分别将其宽长设置为 1.52mm和2.5mm(其中线长只是暂定,以后制作版图时还 需要修改)。 平行耦合线滤波器的结构是对称的,所以耦合线节1、5 及2、4的参数是相同的。耦合线节的这些参数是滤波器设 计和优化的主要参数,所以要用变量代替以便后面修改和 优化。 双击每个耦合线设置参数,W、L、S分别设为相应的变 量,单位为mm,其中W1、W2表示该器件左右相邻两侧的微 带器件的线宽,在设置W1、W2时为了让它们显示在原理 图上,要把Display parameter on schematic的选项勾上。
生成滤波器的原理图
在原理图设计窗口中选择微带电路工具栏
窗口左侧的工具栏变为右图所示在工具栏 中点击选择耦合线Mcfil 图区放置 。 ,并在右侧的绘
选择微带线MLIN
以及控件MSUB
将电
分别放置在绘图区域中选择画线工具 路连接好,连接方式见下页图。
生成滤波器的原理图
设置微带电路的基本参数
上页图中五个Mcfil表示滤波器的五个耦合线节, 两个MLIN表示滤波器两端的引出线。 双击图上的控件MSUB设置微带线参数 H:基板厚度(0.8mm) Er: 基板相对介电常数(4.3) Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+033) T:金属层厚度(0.03mm) TanD:损耗角正切(1e-4) Rough:表面粗糙度(0mm)
微带带通滤波器的设计
在进行设计时,主要是利用滤波器的S参数作为优化目标
进行优化仿真。
S21(S12)是传输参数,滤波器通带、阻带的位置以及衰减、 起伏全都表现在S21(S12)随频率变化的曲线的形状上。 S11(S22)参数是输入输出端口的反射系数,由它可以换算 出输入、输出端的电压驻波比。如果反射系数过大就会导致 反射损耗增大,并且影响系统的前后级匹配,使系统性能下 降。
实验2 滤波器S参数仿真和优化
School of Electronic Engineering,
University of Electronic Science and Technology of China
S参数仿真和优化
实验目的: 1. 了解微波滤波器的技术指标和设计方法;
2. 掌握使用ADS软件进行微波无源电路的设计、仿真和优
S参数仿真电路设置
优化目标的设置
优化后的仿真曲线
板图仿真窗口
软件仿真注意事项
要有好的软件设计习惯
各种文件的命名
电路的布局以及参数的设置和选择
要有合理的设计顺序
2.3 使用设计向导设计滤波器
在原理图设计窗口执行菜单命DesignGuide→Passive Circuit,在弹出的对话框中选择Control Window如下图 所示:
化,判断其是否达到优化目标。
③比较不同优化方法的优化效果。 ④对优化后的电路结果进行更新显示。 ⑤选择较好的一个仿真结果,保存电路图,并生成布局图。 ⑥使用ADS中自带的设计向导功能,输入相同的技术指标,
比较其仿真结果与自己仿真结果的区别。
优化变量的设置
优化变量的设置
设置好优化变量w1的值,其余的优化 变量设置方式相同
使用设计向导设计滤波器
点选对话框中 左侧会出现右图所示工具栏。 点击CLFltr模型 以及MSUB 放置在绘图 区域中,并对其进行参数的设定。
从对话框SmartComponent中选择添加的模型, 点击Design进行自动设计。
滤波器子电路
如上图所示,设计出子电路后,再通过向导进行 仿真优化可以很快设计出电路。
③设置S参数仿真器。
④对S参数进行仿真,并将测试结果以图形和数据两种方式 显示,在曲线上增加光标,要求光标位置显示技术指标要求 的频率处。 ⑤生成布局图。 ⑥学习使用参数调谐功能,实时观察仿真结果。了解某一参 数变化时对仿真结果的影响。
微带带通滤波器的设计
设计指标
通带频率范围:3.0-3.1GHz; 通带内衰减:<2dB,起伏<1dB; 阻带衰减: 2.8G以下以及3.3GHz以上衰减:>40dB; 端口反射系数:<-20dB。
设置微带器件参数后的原理图
微带带通滤波器的理论依据
下图是一个微带带通滤波器及其等效电路,它由平行的 耦合线节相连组成,并且是左右对称的,每一个耦合线节 长度约为四分之一波长(对中心频率而言),构成谐振电 路。
等电路
2.2 滤波器S参数的优化
低通(带通)滤波器的优化步骤: ①在电路图中添加优化器和优化目标 ②采用不同的优化方法对电路进行优化,并观察S参数的变
仿真结果
软件仿真注意事项
物理概念要明确,不要在无意义的地方花时间
比如:按照加工精度,有些线条太细是不能实现的,
另外追求小数点后面N位的精确也是无聊的。
注意仿真中使用模型的适用范围,
例如:微带线仿真的时候,注意要L>W,软件中的模型 才是对的。等等。
软件仿真注意事项
注意如何规划仿真,才能尽快得到需要的电路
群时延特性:当滤波器作为延时网络时必须考虑。
2.滤波器的设计步骤简介
滤波器的设计步骤简介: ①确定指标。 ②选择结构,包括物理结构和电路结构。 ③电路的仿真设计。 ④三维仿真设计(腔体滤波器)。 ⑤参数优化。 ⑥绘制加工图形文件。
3.低通(带通)滤波器的仿真
低通(或带通)滤波器的仿真步骤: ①创建项目。 ②创建低通(或带通)滤波器电路图。
要按照先局部后整体的优化,切忌直接全局优化,最 好能够预先计算设置优化元件的初值。
要注意仿真的数值稳定性,对于对参数以来敏感的仿 真结果在最后制作的时候是很难实现的。适当的时候 需要考虑改系统拓扑。 布板时要考虑临近相关电路的影响,注意滤波、接地 和外电路设计中要满足电磁兼容设计原则。
养成不明白就多看看帮助文件的习惯