微波无源电路仿真技术(01平面电路)资料
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微波无源电路仿真技术(01波导滤波器)
对于本案例，由于现有结构参数的对应结果已经比较理想，因此优化 的时间会很短。 在 Analyze 窗口内更改 step 的数值为 500，提高优化精度 点击Analyze窗口内的“Optimize”按钮 打开优化窗口
添加优化目标
点击 S11，再点击“Add”按钮，这样S11 就被列入优化目标 选择合适的符号（<，>，=），输入合适的频率范围、权重等信息 点击“Apply values”按钮 优先选择快速稳定的优化方式 “Extreme” 设置合适的优化终止条件最大迭代次数、最大仿真时间。
注意：
Default settings 设置Ⅳ：Dim.
尺寸单位设置：
点击“Dim”按钮， Geometry、 Frequency 和 Angle 栏中分别采用默认设置 （“mm”、“GHz” 、“deg”）即可.
完成基本设置后的窗口
滤波器综合向导
点击主菜单中的Tool，选择Filter wizard，打开设置窗口
具体设置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在对话框右侧选择 Chebyshev 或者 Butterworth 型 ，本案例中选择前者 输入滤波器名称为 f2 如果需要还可以通过点击“Load filter”按钮载入已 有滤波器工程文件 提示：如果需要，可以将带通指标放宽一点，以便于 综合后的进一步优化，使得结果更为理想。例如，本 案例中，可将带宽指标14.3 GHz -14.7GHz ，放宽为 14.26 GHz -14.71GHz 。 点击“Next”按钮，窗口显示如下
注意：
Default settings 设置Ⅲ：Planes
《微波电路》课件
高频段、大带宽
随着信息技术的不断发展，微 波电路的工作频率和传输带宽
也在不断增大。
集成化、小型化
随着微电子技术的发展，微波 电路的集成化程度越来越高， 体积越来越小。
多功能化
微波电路正向着多功能化的方 向发展，如同时处理多种信号 、实现多种功能等。
低成本、低功耗
随着市场竞争的加剧，低成本 、低功耗的微波电路成为研究
测试技术
微波电路的测试包括信号源测试、接 收机测试和系统测试等。信号源测试 主要是测试信号源的频率、功率和调 制等特性；接收机测试主要是测试接 收机的灵敏度、动态范围和抗干扰能 力等特性；系统测试主要是将微波电 路与其他系统进行集成测试，验证整 个系统的性能和功能。
05
微波电路的典型应用案例
微波通信系统中的微波电路
微波电路与生物医学工程 的融合
生物医学工程中的无损检测、生物传感器等 技术需要利用微波电路进行信号传输和处理 ，这种交叉融合有助于推动两个领域的共同
发展。
THANKS
感谢观看
系统误差
系统误差是由测量系统的硬件设备、线路损耗、连接器失 配等因素引起的误差。这些误差可以通过校准和修正来减 小。
方法误差
方法误差是由测量方法本身引起的误差，如信号源的频率 稳定度、测量接收机的动态范围等。这些误差可以通过选 择合适的测量方法和条件来减小。
微波电路的调试与测试技术
调试与测试的重要性
新型微波半导体材料
新型微波半导体材料如宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮 化镓）具有高电子迁移率和化学稳定性，为微波电路的发展 提供了新的可能性。
新型微波器件在微波电路中的应用
新型微波电子器件
随着微电子技术的不断发展，新型微波 电子器件如微波晶体管、微波集成电路 等不断涌现，这些器件具有体积小、重 量轻、可靠性高等优点，在雷达、通信 、导航等领域得到广泛应用。
随着信息技术的不断发展，微 波电路的工作频率和传输带宽
也在不断增大。
集成化、小型化
随着微电子技术的发展，微波 电路的集成化程度越来越高， 体积越来越小。
多功能化
微波电路正向着多功能化的方 向发展，如同时处理多种信号 、实现多种功能等。
低成本、低功耗
随着市场竞争的加剧，低成本 、低功耗的微波电路成为研究
测试技术
微波电路的测试包括信号源测试、接 收机测试和系统测试等。信号源测试 主要是测试信号源的频率、功率和调 制等特性；接收机测试主要是测试接 收机的灵敏度、动态范围和抗干扰能 力等特性；系统测试主要是将微波电 路与其他系统进行集成测试，验证整 个系统的性能和功能。
05
微波电路的典型应用案例
微波通信系统中的微波电路
微波电路与生物医学工程 的融合
生物医学工程中的无损检测、生物传感器等 技术需要利用微波电路进行信号传输和处理 ，这种交叉融合有助于推动两个领域的共同
发展。
THANKS
感谢观看
系统误差
系统误差是由测量系统的硬件设备、线路损耗、连接器失 配等因素引起的误差。这些误差可以通过校准和修正来减 小。
方法误差
方法误差是由测量方法本身引起的误差，如信号源的频率 稳定度、测量接收机的动态范围等。这些误差可以通过选 择合适的测量方法和条件来减小。
微波电路的调试与测试技术
调试与测试的重要性
新型微波半导体材料
新型微波半导体材料如宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮 化镓）具有高电子迁移率和化学稳定性，为微波电路的发展 提供了新的可能性。
新型微波器件在微波电路中的应用
新型微波电子器件
随着微电子技术的不断发展，新型微波 电子器件如微波晶体管、微波集成电路 等不断涌现，这些器件具有体积小、重 量轻、可靠性高等优点，在雷达、通信 、导航等领域得到广泛应用。
微波无源电路仿真技术(02EM)
平面仿真器(EM Sight)适用领域
Typical Board, Package, IC Planar Structures
Planar layers of metal and dielectric.
Planar Antennas Structures with well defined ground planes
Microstrip Coplanar
Typical Structures of Interest to RF, Microwave Designers
Methods Use Green’s Functions
Assumes have parallel layers of materials solve for currents on the metal
Linear Simulator
S parameters are output at the ports specified. No active devices are allowed. ME are solved for the currents on the metal.
Materials Allowed
1. 0
Many Formats
Available
S,Y,Z
Image Currents and E-Fields
- 10
0
10 20
- 20
30
30
40
-
40
50
-50
60
-60
70
-70
800
110 -110
120 -120
130
-130
-
14
14 0
-
微波无源电路仿真技术(04)复习过程
‘删除’理想电边界，但允许存在切向电场 。
其作用为在理想导电平面开了一个 ‘孔’ 。
Boundary/Excitations Overview
Perfect E 应用实例
不考虑损耗的金属平面
地平面
腔体表面
微带线导带
Perfect H应用实例
对Outer定义Perfect H相当 于理想开路
N 3.5 0.875 4
Rsheet
Rlumped N
35 40 / square .875
Length (电流方向) Width = number of ‘squares’
Impedance per square = Desired Lumped Impedance number of squares
微波无源电路仿真技术
边界与端口设置
电子科技大学 贾宝富 博士
HFSS中的边界条件
Perfect E Perfect H Finite Conductivity Impedance Layered Impedance Radiation Symmetry Master & Slave Lumped RLC Screen Impedance PML (Perfect Matched Layer)
Radiation
Boundary is /4 away from horn aperture in all directions.
Parameters: None
A Radiation boundary is an absorbing boundary condition, used to mimic continued propagation beyond the boundary plane
其作用为在理想导电平面开了一个 ‘孔’ 。
Boundary/Excitations Overview
Perfect E 应用实例
不考虑损耗的金属平面
地平面
腔体表面
微带线导带
Perfect H应用实例
对Outer定义Perfect H相当 于理想开路
N 3.5 0.875 4
Rsheet
Rlumped N
35 40 / square .875
Length (电流方向) Width = number of ‘squares’
Impedance per square = Desired Lumped Impedance number of squares
微波无源电路仿真技术
边界与端口设置
电子科技大学 贾宝富 博士
HFSS中的边界条件
Perfect E Perfect H Finite Conductivity Impedance Layered Impedance Radiation Symmetry Master & Slave Lumped RLC Screen Impedance PML (Perfect Matched Layer)
Radiation
Boundary is /4 away from horn aperture in all directions.
Parameters: None
A Radiation boundary is an absorbing boundary condition, used to mimic continued propagation beyond the boundary plane
电子科大HFSS(01)微波仿真技术与微波仿真软件
CST Design Studio界面
Ansoft Serenade
Ansoft Serenade 设计环境为现代的射频以及微波设计者们提供了一个强大 的电路、系统和电磁仿真的工具。简易的使用环境允许使用者们在仿真器和 其他的工具（如文字处理器）最大程度的产生数据资料的转移。简单的说， 它主要包括Harmonica电路仿真 和 Symphony系统仿真部分。 Symphony 可以在Serenade 文件夹（一种计算机标原理图获取、布局、和 仿真环境）下面运行。它是一个可以仿真有射频、微波和数字部分组成的通 信系统的软件工具。Symphony 添加了针对外围环境的高效的模拟、数字混 合方式（模拟和数字）和系统分析能力。使用者能够很快的构建一个系统包 括大量元件的库里的射频部分的模拟和数字信号处理。像信道编码，模拟和 数字信号处理滤波器，放大器，晶体震荡器衰减信道模型。这些都能使设计 者们迅速的组建有线的或者无线系统。由于系统自带了那么多模型，因此设 计者只需要对元器件键入很少的关键特征。它也能够对线性或非线性系统进 行彻底的操作。 它也能输出例如增益、噪声和在时域或者频域上的误码率。针对不同的设计 方法，在早期阶段的时候它就能够迅速的检查，以减少设计周期时间和避免 由于射频和数字信号处理系统之间的互相干扰而造成的高成本的重新设计。 一旦一个设计系统结构被确认了那么一个自上而下的设计流程就能被完成。 一个系统的误码率能够基于完整的系统分析而计算出来。对射频的描述，例 如阻抗不匹配，晶体震荡器的相位噪声和群延迟，在系统中（当然包括噪声， 输入功率，S参数和其他的输入信号扫描分析）把误码率的计算作为一个任何 参数的函数。
ADS主要应用
ADS功能非常强大，对整个现代通信系统及其子系统 的设计和仿真提供支持。主要应用有以下几个主要方 面：
微波工程第五章无源微波电路资料
图 5. 2 大功率匹配水负载
7
5.3 波导接头和同轴接头
各种波导器件连接起来构成微波系统，这种连接主要 依靠波导接头来实现。在此只限在TE10模的矩形波导，由 TE10模波导内壁表面电流的分布可知，波导宽壁中线附近 有较强的纵向电流，因此要求波导在该处应有良好的接触。
典型的波导接头有两种，一种称为平接头，或叫平法 兰，如图5. 3(a)所示。两个平接头相对连接，要保证两者 之间相互对准和良好的机械接触，否则连接处会产生反射 波和微波功率泄漏。
微波谐振腔和低频电路中的谐振回路是非常相似的，但 又有所区别。 本章讨论谐振腔的基本参数，分析金属矩形腔、圆柱腔和同 轴腔的特点， 微扰法是一种广泛应用的近似方法， 空腔微扰 如何应用微扰法研究空腔的微小形功能，在微波系统中得到了广泛的应 用。按功率衰减的频率特性分类，可分为低通、高通、带通和 带阻滤波器;按传输线类型分类，可分为波导型、同轴线型、 微带线型等不同结构类型的滤波器。 微波滤波器的综合设计。
缺点是工作频带不够宽。除了上面分析的a-b-c这条路外， 还有a′-b′-c′，这条路，它的原理是一样的。
14
图5. 6 S形扼流活塞等效电路
15
根据上述阻抗变换关系，如能设法使得两段传输线的特性
阻抗之间满足关系式
,即使Za并不等于零，只要其数
值比较小，仍能使Zc≈0。另一类可移短路器就是根据这样的原
11
图 5. 4 接触式短路活塞 (a) 波导结构 (b) 同轴结构
12
图5. 5为同轴线S形扼流活塞结构，在此结构中，主要是 利用传输线归一化阻抗1/4波长的倒置性来实现等效短路。
图5.5 同轴线S形扼流活塞
13
S形扼流结构，a点是短路点,a-b间是一段特性阻抗为Zc1 的同轴线，其长度是1/4波长，所以b点是开路点,b-c 间又是一段同轴线，其特性阻抗为Zc2，长度仍是1/4波 长，所以c点是等效短路点。c点虽无机械接触，但等 效短路，由于无机械接触，因而移动活塞时不会磨损 金属内壁，这是它最大的优点。
7
5.3 波导接头和同轴接头
各种波导器件连接起来构成微波系统，这种连接主要 依靠波导接头来实现。在此只限在TE10模的矩形波导，由 TE10模波导内壁表面电流的分布可知，波导宽壁中线附近 有较强的纵向电流，因此要求波导在该处应有良好的接触。
典型的波导接头有两种，一种称为平接头，或叫平法 兰，如图5. 3(a)所示。两个平接头相对连接，要保证两者 之间相互对准和良好的机械接触，否则连接处会产生反射 波和微波功率泄漏。
微波谐振腔和低频电路中的谐振回路是非常相似的，但 又有所区别。 本章讨论谐振腔的基本参数，分析金属矩形腔、圆柱腔和同 轴腔的特点， 微扰法是一种广泛应用的近似方法， 空腔微扰 如何应用微扰法研究空腔的微小形功能，在微波系统中得到了广泛的应 用。按功率衰减的频率特性分类，可分为低通、高通、带通和 带阻滤波器;按传输线类型分类，可分为波导型、同轴线型、 微带线型等不同结构类型的滤波器。 微波滤波器的综合设计。
缺点是工作频带不够宽。除了上面分析的a-b-c这条路外， 还有a′-b′-c′，这条路，它的原理是一样的。
14
图5. 6 S形扼流活塞等效电路
15
根据上述阻抗变换关系，如能设法使得两段传输线的特性
阻抗之间满足关系式
,即使Za并不等于零，只要其数
值比较小，仍能使Zc≈0。另一类可移短路器就是根据这样的原
11
图 5. 4 接触式短路活塞 (a) 波导结构 (b) 同轴结构
12
图5. 5为同轴线S形扼流活塞结构，在此结构中，主要是 利用传输线归一化阻抗1/4波长的倒置性来实现等效短路。
图5.5 同轴线S形扼流活塞
13
S形扼流结构，a点是短路点,a-b间是一段特性阻抗为Zc1 的同轴线，其长度是1/4波长，所以b点是开路点,b-c 间又是一段同轴线，其特性阻抗为Zc2，长度仍是1/4波 长，所以c点是等效短路点。c点虽无机械接触，但等 效短路，由于无机械接触，因而移动活塞时不会磨损 金属内壁，这是它最大的优点。
主题微波无源电路实践
SPA 固态大功率 合成放大器
功率合成 基础模块
主题SP微A 波无源电路
导弹 固态 导引头
固态 发射机
导引头固态发射机实例
主题微波无源电路
Ka波段相控阵导引头解剖
172×105mm 重量4Kg 功率＞150W Ka 34G-36G
天线面
768阵元
收发模块
八合一空间合成器
波控电路板 电源电路板 和差合成网络
测量系统存在误差： ❖系统误差：
是由测试设备和测量装置的不完善所引起 ❖随机误差：
以随机方式随时间而变，不可通过校准来消除。 主要影响：噪声、开关重复性、连接重复性。 ❖漂移误差：频率漂移、温度漂移
主题微波无源电路
5.3 误差修正
网络分析仪的测量准确度受外部因素的影响较 大。误差修正是提高测量准确度的过程。
r
避雷器
GSM/CDMA
天线 Antenna
Connector电缆C源自ble移动通
讯
系
统
接地卡口
Grounding bar
微波系统在通讯领域的应用
GSM/CDMA移动通讯系统的天线
微波系统在通讯领域的应用
GSM/CDMA
微波系统在通讯领域的应用
移 动 通 讯 系 统
微波系统在通讯领域的应用
7/8G、13/15G、18/23G
误差修正是对已知校准标准进行测量，将这些 测量结果贮存到分析仪的存储器内，利用这些数据 来计算误差模型。然后，利用误差模型从后续测量 中去除系统误差的影响。
主题微波无源电路
5.4 校准
• 用网络分析仪进行传输或反射测量，必须先进
行仪器的校准。校准就是将传输或反射损耗测 量系统中固有的损耗存储在内存中，以后再从 测试数据中减去这些损耗，其结果反映的就只 是被测部件的特性。
微波无源电路仿真技术(03低通滤波器)
低通滤波器的实现方法（一）
高、低阻抗传输线法：
X βl βl = Z 0tg ≈ Z 0 2 2 2
βl π
4
= B Y0 Sin ( β l ) ≈ Y0 β l β l π
4
= X Z 0 Sin ( β l ) ≈ Z 0 β l β l π B βl βl = Y0tg ≈ Y0 2 2 2
微波无源电路仿真技术
微波低通滤波器设计
电子科技大学 贾宝富 博士
微波低通滤波器的设计方法
微波低通滤波器的设计过程大致可分为3个步骤： (1)根据滤波器的预先给定的技术指标，设计出一 个LC梯型网络低通原型滤波器； (2)通过低通变换得到LC低通滤波器。 (3)选择合适的微波结构用微波网络元件来实现LC 低通滤波器中串联电感和并联电容。 实现微波网络元件的结构有：波导，同轴线，带 状线，微带线等。相对应的低通滤波器分别被称 作波导低通滤波器，同轴线低通滤波器，带状线 低通滤波器和微带线低通滤波器等。
技术指标
截止频率： f1 = 2GHz 通带最大插入损耗：LAr ≤ 0.1dB 4GHz 阻带最大衰减：La ≥ 30dB @ f a = 输入、输出阻抗： 50Ω
确定滤波器级数
如选择切比雪夫滤波器，根据公式，
= LA (ω ′) 10 log10 2 −1 ω ′ ′ = LA (ω ) 10 log10 1 + ε cosh n cosh ′ ω 1 ω ′≤ω1′ −1 ω ′ 2 1 + ε cos n cos ′ ω 1 ω ′≤ω1′
微波无源电路仿真技术(03Layout)
MTRACE2 ID=X4 W=50 mil L=1144 mil BType=2 M=0.5
MTRACE2 ID=X1 W=50 mil L=990.2 mil BType=2 M=0.5 1
MTEE$ ID=TL1
使用关联参数设计
MTRACE2 ID=X4 W=50 mil L=1144 mil BType=2 M=0.5
微波无源电路仿真技术
先进的版图设计
电子科技大学 贾宝富 博士
先进的版图技术
目标… 创建一个智能版图
注: 这个版图将自动对应于 编辑后的 MTRACE2元件
先进的版图技术
开始 MWO 并创建一个新的电路原理图 添加下述元件 …
MTRACE2 ID=X1 W=50 mil L=400 mil BType=2 M=0.5 1 3 MTEE$ ID=TL1 2 MTRACE2 ID=X2 W=50 mil L=400 mil BType=2 M=0.5
先进的版图技术
在MTRACE X2的参数中添加下述方程 …
“W@MTRACE2.X1” 为宽度参数 “L@MTRACE2.X1” 为长度参数 “DB@MTRACE2.X1” 为弯曲位置阵 “RB@MTRACE2.X1” 为弯曲角度阵
MTRACE2 ID=X1 W=W@MTRACE2.X1 mil L=L@MTRACE2.X1 mil BType=2 M=0.5 DB=DB@MTRACE2.X1 m RB=RB@MTRACE2.X1
注: 详情请看下一幅幻灯片
先进的版图技术
用方程定义MTRACE X2 的参数L,W,DB 和 RB。
先进的版图技术
编辑 MTRACE X1并观察X2的行为!
微波无源电路仿真技术(07功率分配与合成)
6
Wilkinson功分器的频率特性
通常单级Wilkinson功分 器的工作带宽只能达到一 个倍频程左右。 为了扩大工作带宽需要多 级级联。 采用级联方式以后，隔离 度也可以提高。
Wilkinson功分器的实际结构
Wilkinson功分器设计举例
设计微带二路功分器，各路引出线的特性阻抗ZC=50Ω， 比例系数k=2，工作频率f=1.8GHz，微带基片的相对介 电常数εr=2.5，高度h=0.8mm。
Wilkinson功率分配与合成器的特点是同相输出。通常， 单级Wilkinson功率分配与合成器的工作带宽不太宽。但 是通过级联方式可以扩大Wilkinson功率分配与合成器的 工作带宽。
等分Wilkinson功分器
单级工作带寛大约1个倍频程。
4
不等分Wilkinson功分器
5
N路Wilkinson功分器
Gysel功分器
Z1 = Z 0 2; Z2 = Z0 Z0 = R 2;
MWO仿真模型
使用前例的基片和中 心频率设置。计算出 各线段的线长和线宽 。 Z（Ω） 50 70.7 1.24 29.43
W（mm） 2.22 L（mm） 28.85
35.4 3.68 56.68
MWO仿真结果
多路功分器的讨论
微波无源电路仿真技术
平面功率分配与合成电路简介
电子科技大学 贾宝富 博士
前言
在微波电路中，功率分配／合成器是非常 重要的器件，它被广泛应用于馈线系统、 混频及功率放大器中。功率分配与合成的 电路形式很多。这里，我们结合平面电路 仿真介绍几种常见的功率分配与合成的电 路形式和基本分析方法。
微波无源电路仿真技术(02微带滤波器)
dB(S(2_1,1_1)) Import5 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass08
dB(S(1_1,1_1))_1 Import7 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass12
dB(S(2_1,1_1))_1 Import7 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass12
XY Plot 1
AW R
HFSSDesign2
Curve Info
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1
dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1
dB(S(Port1,Port2)) Import2 : Fingu_BPF_Filter_1(t5)
dB(S(Port2,Port2)) Import2 : Fingu_BPF_Filter_1(t5)
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1 dis='1.322mm' p0='0.1625mm' p1='0.209mm' p2='0.3353mm' s1='1.224mm' s2...
dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 dis='1.322mm' p0='0.1625mm' p1='0.209mm' p2='0.3353mm' s1='1.224mm' s2...
第二步：设置优化
用微波办公室打开 原理图文件，设置优化。设置 完成后，开始优化。
在优化目标中
输入通带和阻 带要求
在优化自变量 中，设置L0为
适当的值（频 率高可减小）。
dB(S(1_1,1_1))_1 Import7 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass12
dB(S(2_1,1_1))_1 Import7 : Fingu_BPF_Filter_1(t5) pass12
XY Plot 1
AW R
HFSSDesign2
Curve Info
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1
dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1
dB(S(Port1,Port2)) Import2 : Fingu_BPF_Filter_1(t5)
dB(S(Port2,Port2)) Import2 : Fingu_BPF_Filter_1(t5)
dB(S(1,1)) Setup1 : Sw eep1 dis='1.322mm' p0='0.1625mm' p1='0.209mm' p2='0.3353mm' s1='1.224mm' s2...
dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep1 dis='1.322mm' p0='0.1625mm' p1='0.209mm' p2='0.3353mm' s1='1.224mm' s2...
第二步：设置优化
用微波办公室打开 原理图文件，设置优化。设置 完成后，开始优化。
在优化目标中
输入通带和阻 带要求
在优化自变量 中，设置L0为
适当的值（频 率高可减小）。
微波技术与天线 无源电路
微波技术与天线-第五章无源微波电路
5.4 短路器
不吸收入射波的任何能量而使其产生全反射。实用的短 路器都作成可调的，称为可调短路活塞。
要求： (1)保证接触处损耗小，其反射系数的模值应接近于1； (2)当活塞移动时，接触损耗的变化要小； (3)大功率运用时，活塞与波导(同轴线内外壁)间不应发生打 火现象。
性质:3端口激励，1、2端口反相输出
设在端口3上将网络本身调好匹配：s33 0
s11 则： s s12 s13
s11* * s12 s13*
s12 s11 s13
s12* s11* s13*
s13 s13 0
s13* s11 s13* s12 0 s13 s12 s11 s13
微波技术与天线-第五章无源微波电路
5.5 衰减器
一、 吸收式矩形波导衰减器 (a)横向可调：吸收片移向波导中央时衰减量加大； (b)垂直可调：吸收片从波导宽壁中央深入到波导中时衰减量加大； 吸收式衰减器指标：起始衰减量，最大衰减量、衰减器的输入驻波 系数和工作频带。
微波技术与天线-第五章无源微波电路
1 1 [ s] 1 2 2 2 2 0
1 j s13 e 2 s s 1 e j 12 11 2
1端口激励
1 1 2
调节参考面，使 0
1 1 2 s11 , s21 , s31 2 2 2
于是在S12，S13，S23至少有两个为0，但这与振幅条件相矛盾。
无耗、互易和全匹配三个条件只能同时满足两个
微波技术与天线-第五章无源微波电路
5.7波导T型分支
微波无源电桥原理_概述说明以及解释
微波无源电桥原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述微波无源电桥是一种重要的测试和测量设备，广泛应用于微波频段的信号调制、频率测量和相位平衡等领域。
它通过使用两个平衡的无源元器件，实现了精确的相位检测和电压比较，在微波无线通信、雷达系统以及天线设计等领域有着重要的作用。
本文旨在对微波无源电桥的原理进行概述说明，并详细解释其工作原理、组成部分以及优点和应用领域。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，以下是各部分主要内容：- 引言：介绍文章的背景、目的和结构。
- 微波无源电桥原理：概述微波无源电桥的基本原理，包括其工作原理、组成部分以及优点和应用领域。
- 微波无源电桥的详细说明：详细介绍微波无源电桥的系统架构和工作原理，并对关键组件进行介绍。
- 实验结果和讨论：描述实验设置和方法，进行数据分析，并对结果进行讨论。
- 结论：总结研究成果，并展望未来的研究方向。
1.3 目的本文的目的是探讨微波无源电桥的原理和应用，并通过详细的说明和实验结果分析，对其工作原理和性能进行深入解释。
通过阅读本文，读者将能够全面了解微波无源电桥在微波领域中的重要性和应用价值，并为相关领域的研究提供参考。
2. 微波无源电桥原理2.1 原理概述微波无源电桥是一种测量微波频率、功率和阻抗参数的重要仪器。
它基于电桥原理，利用平衡与不平衡的比较来实现测量目标参数的功能。
在无源电桥中，没有主动元件（如放大器或振荡器），而是将待测信号与参考信号进行相互比较。
2.2 无源电桥的组成部分微波无源电桥由四个主要部分组成：换能器、方向耦合器、检波装置和环境控制装置。
- 换能器：通常采用驻波型换能器，它负责将待测信号和参考信号进行电能之间的转换。
- 方向耦合器：用于将传输线上的微波信号引入到无源电桥中，并保持其相对相位关系。
- 检波装置：通常使用二端口或四端口微波单元，用于检测并量化微波单元之间的差异，从而得出待测信号的参数值。
- 环境控制装置：包括温度控制系统、噪声消除系统等，用于保持系统的稳定性和精准度。
微波电路与系统仿真实验
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。
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。
微波工程第五章无源微波电路
传输线特性
传输线的特性参数包括电导、电 感、电容、电导波速等，这些参 数决定了传输线的性能和传输信 号的特性。
微波网络理论
1 2 3
网络基本概念
微波网络是一种抽象的模型，用于描述微波元件 和系统中的电磁波传输、散射和变换。
网络元件与元件网络
微波网络由各种元件组成，如电阻、电容、电感、 变压器等，这些元件按照一定的规则连接构成网 络。
微组装技术
总结词
微组装技术是一种将多个小型化元件和电路组装在一起的方法。
详细描述
微组装技术包括表面贴装、混合微组装和三维集成等技术。通过微组装技术，可以将多个小型化元件和电路集成 在一起，实现高性能、小型化的无源微波电路。微组装技术具有高密度、高可靠性和低成本的特点，广泛应用于 现代通信和雷达系统的制造。
厚膜工艺
总结词
厚膜工艺是一种使用丝网印刷技术在衬底上制造电路的方法。
详细描述
厚膜工艺使用导电和介质材料作为墨水，通过丝网印刷技术在衬底上形成电路 和元件。厚膜工艺适用于制造低成本、大批量生产的微波元件和电路。
LTCC工艺
总结词
LTCC工艺是一种使用低温共烧陶瓷技术制造多层电路的方法。
详细描述
LTCC工艺使用低温烧结的陶瓷材料作为基板，在陶瓷基板上制造多层电路和元件 。LTCC工艺具有高可靠性、低损耗和高频率性能的特点，适用于制造高性能的无 源微波电路。
谐。
波导
波导是无源微波电路中 常用的传输线之一，主 要用于传输微波信号。
02 无源微波电路的原理与设 计
传输线理论
传输线基本概念
传输线是微波工程中用于传输电 磁波的媒介，由两条平行导体组 成，用于信号传输和控制。
传输线种类
微波无源电路仿真技术(01平面电路)
优化结果
徆快将得到结果
七 、误差分析
待分析癿参数
选择电容值C为待分析癿参数，设置误差为10%
■ 接地、端口以及子电路模块可在菜单栏中找到
快捷键： 接地（GND） - Ctrl + P 端口（PORT） - Ctrl + G 子电路（SUB） - Ctrl + K
电路图——左半部分
连接好癿元件如下图所示（整个电路图癿左半部分）
注意： 对于MTRACE2元件，有标记 癿端口（Port 1）必须按此 顺序摆放
1. 双击 MTRACE2元件
3.布线， 双击完成 2.移动至1端口， 再双击
自动衔接
选择工具栏中癿“Snap to fit”可自动衔接元件
先选择线，再进行“Snap to fit”操作，就可以自动 衔接至SMA接头
3D 视图
通过工具栏上癿按钮可方便查看3D视图
旋转3D视图
在3D视图中，按住鼠标左键丌放并移动可进行旋转观察 注意到SMA接头和不之连接癿MTRACE2一端収生了短接 ，这是因为它们目前都设置在PCB癿顶层，而实际上此条 线应位于PCB癿底层。
设置频率范围
在“Project Options”右键可设置仿真频率
丌要忘记点 Apply按钮
在左侧“Current Range”中显示 癿是仿真癿频率点及范围
仿真
单击工具栏癿“Analyze”按钮可进行仿真
如果改变了基板 STUB癿参数显示癿 仿真图将产生变化
四 、调谐
调谐设置
单击工具栏上癿“Tune Tool”可选择需要调谐癿参数戒 变量
保存电路图名称中丌建议使用空 格，尤其在封装库名称中建议使 用下划线”_”代替
平面无源电路
对脊鳍线—微带巴仑过渡
边缘耦合鳍线—共面线—悬置微带 过渡
双介质对脊鳍线—悬置微带过渡
双介质对脊鳍线—悬置微带过渡
双介质对脊鳍线—倒置微带过渡
单侧鳍线—共面线接头
单侧鳍线—耦合槽线（共面线）过渡
§5.2 耦合电路
定向耦合器
一种用于在特定方向提取一定功率的四端口网络。 基本结构由一定方式耦合在一起的两条传输线组 成，其中一条传输线的入射波以特定方向转移部分 功率到另一条传输线
1-输入端 2-直传端 3-隔离端 4-耦合端
耦合器常用参量
工作频带 耦合系数
输入功率 耦合端输出功率
C(dB)=10lg(P1/P4)
耦合系数越小，耦合越紧
方向性系数 D(dB)=10lg(P4/P3) 隔离端输出功率 隔离度 I(dB)=10lg(P1/P3) =C(dB)+D(dB)
参量C、D、I的定义是在2、3、4 端接匹配负载的条件下作出的
§5.1 匹配网络
过渡器（模式变换器）的基本作用
模式变换
各种传输线所传输的主模并非一致，过渡器要完成模式变 换，即由一种传输线的某个模式通过过渡器变换到另一种 传输线的不同模式
阻抗变换
不同种类、不同形状、不同尺寸的传输线的特性阻抗也各 不相同，过渡器要完成不同特性阻抗传输线间的阻抗变 换，保证信号能顺利通过过渡器往需要方向传输
模式变换与激励
过渡器的模式变换涉及到激励问题
已知时变电磁场是由时变电流产生的，为了在波导 中产生电磁波，必须在其内放置时变电流。如何放 置时变电流和分析产生的电磁波就是所谓波导的激 励问题。 激励所期望模式的同时要尽可能避免其它不需要的 模式出现
基本激励方法
电激励
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元件类别
本教程所涉及的元件包含以下类别
Interconnects (互连结构) Lumped Element > Capacitor (集总元件> 电容) Lumped Element > Inductor (集总元件> 电感) Microstrip > Junctions (微带线> 连接结构) Microstrip > Lines (微带线> 线) Simulation Control (仿真控制) Substrates (衬底)
使用变量
Via 元件有两个参数没有直接赋数字值，而是用变量表示 。变量在电路图中赋值
在电路图中，变量可通过工具栏中的”Equation”按钮定 义
如果在元件中使用了变量，不要忘记为变量赋值。ห้องสมุดไป่ตู้
Euqation的快捷键为Ctrl + E
设置封装
鼠标左键双击元件，在弹出的“Element Options”（元 件选项）对话框中，选择“Layout”（板图）标签
仿真设计实例-陷波滤波器
一、文件库导入
设置工作环境
与ADS不同，MWO在做具体仿真计算之前需要设置工作 环境。具体地讲就是导入PDK（Process Designe Kit） 文件。
需要创建四种文件
LPF 文件– 特定工艺配置，包括默认单位、分辨率、线的类型、 结构类型、电容类型、PAD 类型、过孔类型、Airbrage等
Common_PCB_Models.dll Common_PCB_Cells.dll – 物理模型 AWR_Module.ini – PDK 的初始化文件
简单PDK的四个文件
[Foundry] Name=AWR_Training Description=Example PDK for AWR Training Classes Version=1.0.0
微波无源电路仿真技术
平面无源电路仿真
电子科技大学 贾宝富 博士
前言
平面无源电路仿真软件可以分为两类，一类是专门用于平 面无源电路电磁（EM）仿真的软件，例如：Sonnet和 IE3D。这类软件通常计算精度比较高，但图形输入界面不 太友好；功能单一。因此，这类软件的使用者不是很多。 另外一类平面无源电路仿真软件是既可以做电路仿真、又 可以做EM仿真的软件，例如：Agilent ADS、AWR Microwave Office、Agilent Genesys 和 Ansoft Designer等。这类软件既可以做无源电路的仿真又可以做 有源电路的仿真。因而用户较多。比较这些软件，其中 ADS和MWO是两款不错的软件。ADS的培训资料比较多 ，比较容易找到。MWO的资料比较少。而且根据我的使 用经验，MWO在做无源平面电路仿真时在优化手段和计 算精度上有其独到之处。因此，我们在这里给大家介绍 MWO在平面无源电路中的使用。
放置元件
先选择左下角的”Elements”标签 所有的元件按不同的类别呈树形排列 左键单击元件（按住左键不放），并拖拽至电路视图中
右键单击元件， 选择”Show Details”， 可切换至显示详 细信息
旋转元件
在放置元件之前，可以通过单击鼠标右键旋转
也可以对元件进行翻转操作： • 按水平方向翻转：Shit+鼠标右键 • 按垂直方向翻转：Ctrl+鼠标右键
不要忘记给电感指定封装
确认该元件为 MTEE$
可通过Ctrl+Z，进行撤 销操作
[FilePathMacros] GDS_LIB=Library
[File Locations] ModelPath=$DEFAULT;Models CellPath=$DEFAULT;Cells SymbolPath=$DEFAULT;Symbols LayerProcessFile=Library/AWR_Train ing_FR4.lpf AdditionalXML=AWR Training;Library/AWR_Training.xml DefaultTemplate=Library/AWR_Traini ng.emt EM_Models_Dir=$DEFAULT;NPorts
导入库文件
进入AWR 集成环境，菜单栏File > New With Library >Browse
找到后缀为INI 的文件（在此为教程所给目录下的 AWR_Training.ini 文件）
导入封装库
先选择左下角的”Layout”标签 右键单击Cell Libraries > Import GDSII Library 找到后缀为.gds的文件（在此为教程所给目录下的
Generic_Board_Lib.gds文件）
查看封装图
双击元件名可查看封装的图示
保存项目
菜单栏File > Save Project As
二 、创建、编辑电路图 和PCB图
新建电路图
先选择左下角的”Project”标签 右键单击”Circuit Schematics”，选择“New
可浏览并选择需要的封装
在此选择库名为”Generic Board Lib”，为电容指定封
装为”Cap AVX AccuP 0603”，为代表SMA接头特性
的电感指定封装为”Connector CoTron Top PCB
SMA”
先选择库名，
再选择封装
电路图——右半部分
连接好的元件如下图所示（整个电路图的右半部分）
■ 接地、端口以及子电路模块可在菜单栏中找到
快捷键： 接地（GND） - Ctrl + P 端口（PORT） - Ctrl + G 子电路（SUB） - Ctrl + K
电路图——左半部分
连接好的元件如下图所示（整个电路图的左半部分）
注意： 对于MTRACE2元件，有标记 的端口（Port 1）必须按此 顺序摆放
Schematic”， 键入电路图名称”Notch Filter”
保存电路图名称中不建议使用空 格，尤其在封装库名称中建议使 用下划线”_”代替
电路图编辑环境
可自定义工具栏：在工具栏内空白区域单击右键可自行选择
公式工具栏
标准工具栏
电路设计工具栏
每个电路图分别有一个电路视图与一个PCB视图与 之对应