微波实验报告

三．实验内容：
已知：输入阻抗Zin=75Ω
负载阻抗Zl=（64+j75）Ω
特性阻抗Z0=75Ω
介质基片面性εr=2.55 ,H=1mm
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d1=λ/4,两分支线之间的距离为d2=λ/8。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。
n=4时，z3=R/z2，z=1.77392,，故：
z3=R/z2=2.81862，z4=R/z1=4.10775
3．用TXLINE计算相应微带线长度及宽度，选择单位和项目频率2GHz-6GHz。
f=f0=4GHz，εr=9.6，厚度H=1mm，Z0=10Ω，Z1=12.17Ω，Z2=17.74Ω，
之前网上下的学长学姐的报告有很多不靠谱,但是调谐都要调到中心频率上,否则都不对,还有老师验收的时候如果自己心情很不好,只要她发现一点错误就会坚定的认为不是自己做的,所以一定要确保没有错误,原理一定要弄清楚.愿后来人好运~~~
实验2 微带分支线匹配器
一．实验目的：
1．熟悉支节匹配的匹配原理
2．了解微带线的工作原理和实际应用
定义下列公式为变阻器的中心频率和相对带宽：
f0=（f1-+f2）/2
D=(f2-f1)/fo
其中f1和f2分别为频带边界的上下边界，f0为传输线中心波长，D为相对带宽。
取变阻器每段为传输线波长的四分之一，即1=λg0/4.
一般来将，微带变阻器的设计步骤为：
（1）根据给定的指标，查表确定微带变阻器的节数n;
实验麻烦一点的地方在于调谐，可以调整的参数有四个，即TL2、TL3、TL4、TL5的L。当然不用所有的都调，只要通过观察调整各个微带线长度时驻波比的变化情况选取两三个即可。同时要注意让这四个微带线的长度L呈递增或者递减的趋势。经过调谐让驻波比的波形满足给定条件，不超过1.15。
实验4 微带功分器
一、实验目的：
3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络
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GHz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。
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。
3.微带线的模型
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
4.微带线的不均匀性
1．根据给定指标，查表确定微带变阻器的节数n；
中心频率：f0=(f1+f2)/2=4GHz
相对带宽：D=(f2-f1)/f0=1
阻抗变换比：R=Zn+1/Z0=5
驻波比不超过1.15，查表可得n=4
2.查表得各段线的特性阻抗，对等波纹型运用下列公式：
n=2时，z2=R/z1；
n=3时，z2= ，z3=R/z1；
单支节调谐时，其中有两个可调参量：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，然后利用Smith圆图和Txline，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，比单支节匹配器增加了一支节，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，但需要注意的是，由于双支节匹配器不是对任意负载阻抗都能匹配，所以不能在匹配禁区内。
单节λ/4变阻器是一种简单而有用的电路，其缺点是频带太窄。为了获得较宽的频带，可以采用多节阻抗变换器。采用综合设计法进行最佳多节变阻器设计，目前较多使用的是最大平坦度以及契比雪夫多项式。等波纹特性多节变阻器比最平坦特性多节变阻器具有更宽的工作频带。
在微带线形式中，当频率不太高而色散效应可忽略时，各微带线的特性阻抗和相速均与频率无关，因此属于均匀多节变阻器。
Z3=28.19Ω，Z4=41.08Ω，Z=50Ω
各节变阻器设计如下：
Z0=10Ω，L=6.269mm，W=10.614mm
Z1=12.17Ω，L=6.342mm，W=8.434mm
Z2=17.74Ω，L=6.517mm，W=5.297mm
Z3=28.19Ω，L=6.792mm，W=2.798mm
Z4=41.08Ω，L=7.051mm，W=1.518mm
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。
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。
本次实验主要是研究了微带分支线匹配器中的单支节匹配器和双支节匹配器，我都采用了短路模型，这类匹配器主要是在主传输线上并联上适当的电纳，用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波。
多节变阻器的每节电长度均为θ；Z为各节的特性阻抗， 为负载阻抗，并假设Zn+1＞Zn,……Z2＞Z1，Z1＞Z0。其中ρi＝z i/z i-1Γi=(ρi-1)/(ρi-1+1)
变阻器的阻抗由Z0变到Zn+1，对Z0归一化，即由z0＝0变到zn+1＝R，R即为阻抗变换比。其中ρ1，ρ2……ρn+1为相邻两传输线段连接处的驻波比。根据微波技术的基本原理，其值等于大的特性阻抗对小的特性阻抗之比。Γ1，Γ2，……Γn+1则为连接处的反射系数，为了使设计简单，往往取多节变阻器具有对称结构，即使变阻器前后对称位置跳变点的反射系数相等，Γ1＝Γn+1,Γ2=Γn……。
四．实验步骤：
1.建立新项目，确定项目频率，步骤同实验1的1-3步。
2.将归一化输入阻抗和负载阻抗所在位置分别标在Y-Smith导纳图上，步骤类似实验1的4-6步。
3.设计单支节匹配网络，在圆图上确定分支z一与负载的距离d以及分支线的长度1，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。注意在圆图上标出的电角度360度对应二分之一波长，即λ/2。
Z=50Ω，L=7.193mm，W=1.044mm
T=0.001mm
4．原理图：
调谐前：
调谐后：
各节变阻器参数如下：
Z0=10Ω，L=6.269mm，W=10.614mm
Z1=12.17Ω，L=6.212mm，W=8.434mm
Z2=17.74Ω，L=6.518mm，W=5.297mm
Z3=28.19Ω，L=6.372mm，W=2.798mm
1.掌握微波网络的S参数
2.掌握微带功分器的工作原理及其特点
3.掌握微带功分器的设计与仿真
二、实验原理：
1.S参数及其定义：
对于线性双口网络，归一化入射波和归一化反射波之间存在如下关系：
其中a1、a2表示进入网络的入射波，b1、b2表示从网络出来的反射波。写成矩阵形式为：
[b]=[S]·[a]
[S]是双端口网络的散射矩阵，一般来说，他们都是复数，且是频率f的函数。
各参量物理含义：
（1）掌握微带多节变阻器的设计
（2）掌握用VOLTAIRE XL进行仿真及优化设计
二．实验原理：
变阻器是一种阻抗变换元件，它可以接于不同数值的电源内阻和负载电阻之间，将两者起一相互变换作用获得匹配，以保证最大功率的功率：此外，在微带电路中，将两不同特性阻抗的微带线连接在一起时为了避免线间反射，也应在两者之间加变阻器。
点Ang93.66Deg顺时针旋转到Ang-105.7Deg计算得d=28.97mm
原理图：
Rectangular图：
双支节匹配网络：
输出方程：
Y-Smith导纳圆图：
找到归一化负载阻抗，沿等反射系数圆（绿色）旋转180°，过该点做等电导圆（粉色），等电导圆与辅助圆（红色）有两个交点，选择逆时针旋转较近的一个作等反射系数圆（黑色），沿黑色等反射系数圆顺时针旋转得到g=1的一个点，找到这个点的虚部的共轭。
6.在PROJ下添加图，选择Rectangular图，添加测量，测量类型选择PortParameters，测量选项为S参数，单位dB，选择扫频Sweep Proj.Freqs，选择幅度Mag。如果输入端口是1端口，则From Port Index选1，To Port Index选1，代表输入端口的反射系数幅值。进行分析。
根据点Ang 17.92Deg到短路点计算l2=23.555mm
Ang-4.513Deg与Ang-86.78Deg两点的虚部之差得到Ang 49.08Deg，根据这个点到短路点计算l1=19.03mm
原理图：
未调谐：