射频实验报告

西安交通大学射频专题实验报告

（一）匹配网络的设计与仿真

实验目的

1.掌握阻抗匹配、共轭匹配的原理

2.掌握集总元件L型阻抗抗匹配网络的匹配机理

3.掌握并(串)联单支节调配器、λ/4阻抗变换器匹配机理

4.了解ADS软件的主要功能特点

5.掌握Smith原图的构成及在阻抗匹配中的应用

6.了解微带线的基本结构

基本阻抗匹配理论

信号源的输出功率取决于U s

、R s

和R L

。在信号源给定的情况下，输

出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比k 。当R L

=R s

时可获得最

大输出功率，此时为阻抗匹配状态。无论负载电阻大于还是小于信号源内阻，都不可能使负载获得最大功率，且两个电阻值偏差越大，输出功率越小。

匹配包括：共轭匹配，阻抗匹配，并(串)联单支节调配器。

练习

1.设计L 型阻抗匹配网络，使Zs=(46－j ×124) Ohm 信号源与ZL=(20+j ×100) Ohm 的负载匹配，频率为2400MHz.

仿真电路图

2. 设计微带单枝短截线线匹配电路，使MAX2660的输出阻抗ZS=（126-j*459）Ohm与ZL=50Ohm的负载匹配，频率为900MHz.

微带线板材参数：

相对介电常数：2.65

相对磁导率：1.0

导电率：1.0e20

损耗角正切：1e-4

基板厚度：1.5mm

导带金属厚度：0.01mm

仿真电路图

仿真结果

思考题

1.常用的微波/射频EDA仿真软件有哪些？

2.ADS, Ansoft Designer，Ansoft HFSS，Microwave Office， CST MICROWAVE STUDIO

2.用ADS软件进行匹配电路设计和仿真的主要步骤有哪些？

放置元件，连接电路图，参数设定，计算仿真。

3.给出两种典型微波匹配网络，并简述其工作原理。

L型阻抗匹配网络，π型阻抗匹配网络在RF理论中，微波电路和系统的设计（包括天线，雷达等），不管是无源电路还是有源电路，都必须考虑他们的阻抗匹配（impedance matching）问题。阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。其根本原因是微波电路传输的是电磁波，不匹配会引起严重的反射，致使严重损耗。所以在设计时，设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。根据最大功率传输定理，要获得信号源端到负载端的最大传输功率，需要满足信号源阻抗与负载阻抗互为共轭的条件。

此定理表现在高频电路上，则是表示无反射波，即反射系数为0.值得注意的是，要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹

配，此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。当RL=Rs 时可获得最大输出功率,此时为阻抗匹配状态。无论负载电阻大于还是小于信号源内阻,都不可能使负载获得最大功率,且两个电阻值偏差越大,输出功率越小. 阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间，等等。为了使信号和能量有效地传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态，即信号源或功率源的内阻等于电路的输人阻抗，电路的输出阻抗等于负载的阻抗。在一般的输人、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件，由它们所组成的电路称为电抗电路，其中只含有电阻的电路称为纯电阻电路。 L型匹配网络通常不用于高频电路中，以及如果在窄带射频中选用了L型匹配网络，也应该注意他的匹配禁区，在这个禁区中，无法在任意负载阻抗中和源阻抗之间实现预期的匹配，即应选择恰当的L型匹配网络以避开其匹配禁区。

4.画出微带线的结构图，若导带宽度w、εr增大，其特征阻抗Z0如何变化？

减小

5.实验体会和建议

通过本次实验，我初步掌握了ads软件，了解了大概的功能，也知道了如何利用smith圆图和单支短截线设计匹配网络

实验二衰减器的仿真设计

一、练习：设计10dB П型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰减器。仿真电路：

仿真结果：

二、衰减器的测量——AV36580A 矢量网络分析仪

(一)测失配负载在600～2600MHz 的驻波比（S11、回损）S11 对数幅度

三、思考题

1、用矢网测元件的回波损耗时为什么要做开路、短路和匹配三项校正？

待测元件特性=全体特性-测定系统特性

进行开路、短路、匹配三次校正称为solt法，在测量两端口器件的反射测量时可以消除反射测量中三项系统误差（方向性，源配性和反射跟踪）

2、画出PIN的正、反向偏置等效电路

3、给出P33仿真结果的等效电路，并说明衰减原理

由rs和r构成分压器，由于二极管正向偏压时的阻抗随偏执电压而变，可起自动衰减作用。

4、举例说明衰减器的应用

控制电平，去耦元件，用于雷达抗干扰中的控制衰减器。

5、实验体会和建议。

通过本次实验我知道了衰减器设计方法和理论仿真的步骤；用SOLT法测定二端口器件的参数，对二端口器件的回波损耗，隔离度，插损的物理意义有了更进一步的了解。

（三）威尔金森功分器的设计与仿真

一、设计指标要求：

中心频率：2.45GHz

带宽：60MHz

频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB，S22<-20dB

频带内插入损耗：S21>-3.1dB, S31>-3.1dB

隔离度：S32<-25dB

二、板材参数：

H:基板厚度(1.5 mm)， Er:基板相对介电常数(2.65)

Mur:磁导率(1)， Cond:金属电导率(5.88E+7)

Hu:封装高度(1.0e+33 mm) T:金属层厚度(0.035 mm)

TanD:损耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm)

三、威尔金森功分器原理：

如下图为威尔金森功分器的结构图，其输入、输出特性阻抗均为。若P2和P3所得功率平分，则在输入口P1与输出P2之间、输入P1 与输出P3之间的分支线上特性阻抗均为=，波长为四分之一其上波长。若在输出P2和P3之间跨接阻值为2。当P2与P3口接匹配负载时，P1无发射，且P1功率被平分至P2和P3，而且P2与P3 口间隔离。