电磁场和微波技术znjn

——电磁场与微波技术实验报告

班级：06

姓名：张妮竞男

学号：84

序号：31#

日期：2014年5月31日

邮箱：

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

1、支节匹配器

随着工作频率的提高及相应波长的减小，分立元件的寄生参数效应就变得更加明显，当波长变得明显小于典型的电路元件长度时，分布参数元件替代分立元件而得到广泛应用。因此，在频率高达以上时，在负载和传输线之间并联或串联分支短截线，代替分立的电抗元件，实现阻抗匹配网络。常用的匹配电路有：支节匹配器，四分之一波长阻抗变换器，指数线匹配器等。

支节匹配器分单支节、双支节和三支节匹配。这类匹配器是在主传输线并联适当的电纳（或串联适当的电抗），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。此电纳或电抗元件常用一终端短路或开路段构成。

2、微带线

从微波制造的观点看，这种调谐电路是方便的，因为不需要集总元件，而且并联调谐短截线特别容易制成微带线或带状线形式。微带线由于其结构小巧，可用印刷的方法做成平面电路，易于与其它无源和有源微波器件集成等特点，被广泛应用于实际微波电路中。

W为微带线导体带条的宽度；εr为介质的相对介电常数；T为导体带条厚度；H为介质层厚度，通常H远大于T。L为微带线的长度。微带线的严格场解是由混合TM-TE波组成，然而，在绝大多数实际应用中，介质基片非常薄（H<<λ），其场是准TEM波，因此可以用传输线理论分析微带线。

微带线的特性阻抗与其等效介电常数εr、基片厚度H和导体宽度W有关，计算公式较为复杂，故利用txline来计算。

微带线元件模型

3、元器件库里包括有：

MLIN：标准微带线

MLEF：终端开路微带线

MLSC：终端短路微带线

MSUB：微带线衬底材料

MSTEP：宽度阶梯变换

MTEE：T型接头

MBENDA：折弯

微带线的不均匀性

上述模型中，终端开路微带线MLEF、宽度阶梯变换MSTEP、T型接头MTEE 和折弯MBENDA，是针对微带线的不军训性而专门引入的。一般的微带电路元件都包含着一些不均匀性，例如微带滤波器中的终端开路线；微带变阻器的不同特性阻抗微带段的连接处，即微带线宽度的尺寸跳变；微带分支线电桥、功分器等则包含一些分支T型接头；在一块微带电路板上，为使结构紧凑及适应走线方向的要求，时常必须使微带弯折。由此可见，不均匀性在微带电路中是必不可少的。由于微带电路是分布参数电路，其尺寸已可与工作波长相比拟，因此其不均匀性必然对电路产生影响。从等效电路来看，它相当于并联或串联一些电抗元件，或是使参考面发生一些变化。在设计微带电路时，必须考虑到不均匀性所引起的影响，将其等效参量计入电路参量，否则将引起大的误差。

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

1、建立新项目，项目中心频率为2GHz；

2、求出归一化输入阻抗和负载阻抗，标在Smith导纳圆图上；

3、设计单支节匹配网络，用TXLINE计算微带线的物理长度和宽度；

4、选择适当元件模型作电路原理图；

5、连接各元件端口，项目频率改为1.8—2.2GHz；

6、在工程里添加测量图并分析；

7、调节微带线的长度l及与负载的举例d，调节范围为10%，输入端口反射系数幅值在中心频率2GHz处最低；

8、设计双支节匹配网络，重复步骤4—7；

五、实验过程及结果

1、单支节的Smith圆图

图片 1 单支节smith图导纳形式

在实验中根据已知计算出各参量，写入Output Equations。

Zl为归一化负载阻抗；Zin为归一化输入阻抗；Sl为负载处反射系数；S2 为输入端反射系数；a为以0.01为步长扫描0~2*PI； T1为阻抗处等反射系数圆；R为匹配圆；R2为大圆。

图片 2 角度和模形式

1)确定单支节分支线与负载距离d

由于负载走向支节位置是向源的方向移动，所以从负载顺时针转动，第一次与Ang-104.9的点相遇,由于软件2π~λ，所以算得角度需除2.

计算电长度:[93.31-（-104.9)]/2=99.103

2)确定单支节长度L

由第一张图得到负载的导纳为-0.53*j，画在smith图上，得到Ang55.84的点，由于用短路线当支节，所以从左边开路点顺时针转到此点，得到微带线参数电长度的角度并联直接的导纳为jb=0.53j。

计算电长度:（180-55.87）/2=62.065

3)带入相关参数计算微带线参数。

结果如图所示

图片 3 负载的微带线参数

图片 4 支节微带线参数

图片 5 接口匹配微带线参数

4)相关实验电路图

根据上述步骤，设计出的参数为

负载到支节的微带线（TL2）：L=28.805mm W=1.4373mm

支节的微带线（TL3）： L=18.04mm W=1.4373mm

端口处接的微带线（TL1）： L=26.159mm W=1.4373mm

MSUB是衬底材料，MLSC是终端短路微带线MLIN是标准微带MTEE 是标准T型接头SRL表示负载。

5)实验结果图

图片 5 调谐前

在该条件下同时调节d与l得到在中心频率2Ghz处的反射系数最小

图片 6 调谐后

图片7 调谐后（以DB为单位）

调谐后可得到S参数在2GHz处最小的电长度。