北邮 微波仿真 实验报告 2014最新

微波仿真实验报告

班级：17班

学号：

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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

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。

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。

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。

4.在设计环境中将微带线放置在原理图中。将微带线的衬底材料放在原理图中，选择MSUB 并将其拖放在原理图中，双击该元件打开ELEMENT OPTIONS 对话框，将介质的相对介电常数、介质厚度H、导体厚度依次输入。注意微带分支线处的不均匀性所引起的影响，选择行当的模型。

5.负载阻抗选电阻与电感的串联形式，连接各元件端口。添加PORT，GND，完成原理图，并且将项目频率改为扫频1.8-2.2GHz.

6.在PROJ下添加图，添加测量，进行分析。

7.设计双支节匹配网络，重新建立一个新的原理图，在圆图上确定分支线的长度l1、l2，重复上面步骤3~5。

五、实验图

（1）单枝节匹配相关的图

输出方程：

史密斯导纳圆图

角度图：

电路图：

测量图：

输出方程：

史密斯阻抗圆图：

角度的显示方式：

电路原理图：

测量图：

六、实验结果分析

从实验中可以看出，调谐是电路设计的一个重要步骤。在调谐之前，由于在Smith圆图上标点时可能存在一定误差等原因，中心频率可能会有所偏移，双枝节匹配时偏移比较明显。调谐的原因在于：理论和实际可能存在差距。在调谐过后，中心频率达到理想值，在实际中会有比较好的性能。

七、实验中遇到的问题和解决方法

1、这个实验包括单枝节和双枝节匹配两部分，设计方法和我们在做微波习题时所用方法相似。但是用的是导纳圆图。由于对期中以前的知识遗忘较多，而且本来对导纳圆图和阻抗原图之间的关系等等不熟悉，刚开始时花费了很多时间研读实验教材、回想以前做题的步骤。而且由于疏忽，误以为圆图最左方点为开路点，第一次得出的图不正确。后来改正了错误（将开路线改为了短截线），得到了正确的结果。

2、对于如何在圆图上画出负载阻抗点、输入阻抗点，开始时我直接画Rl、Rin，后来在老师的指导下明白了，史密斯圆图上的坐标是反射系数，要标阻抗点需要将其先转化成对应的反射系数。这样才正确地画出了各点。关于如何画反射系数圆、电阻圆等，也花了很多时间思考。不过正是在这个过程中，我们逐渐熟悉了Microwave Office的使用及微波电路设计

方法。

实验三四分之一波长阻抗变换器

一、实验目的

（1）掌握单枝节和多枝节四分之一波长变换器的工作原理。

（2）了解单节和多节变换器工作带宽和反射系数的关系。

（3）掌握单节和多节四分之一波长变换器的设计和仿真。

二实验原理

（1）单节四分之一波长阻抗变化器

四分之一波长变阻器是一种阻抗变换元件，它可以用于负载或信号源内阻

与传输线的匹配，以保证最大功率的传输；此外，在微带电路中，将两端

不同特性阻抗的微带连接在一起时为了避免线间反射，也应在两者之间加

四分之一波长变换器。

（2）负载阻抗为负数Zl

Z1=sqrt（Z0*Z0/p）

将入/4变换器接在电压驻波波节位置（离负载为Lm处）。

（3）切比雪夫多节阻抗变换器

切比雪夫阻抗变换器的设计方法是：使它的反射系数的模随角度按切比雪夫多项式

变化，参数见书上的表格

三、实验内容

（1）已知：负载阻抗为纯电阻RL=150欧姆，中心频率f0=3Ghz，主传输线特性阻抗Z0=50欧姆，介质基片面性εr=2.55 ,H=1mm，最大反射系数不应超过0.1，设计1,2,3节二项式变阻器，在给定的反射系数条件下比较它们的工作带宽，要求用微带线形式实现。

（2）已知负载阻抗为复试：Zl=85-j*45欧姆，中心频率f0=3Ghz，主传输线特性阻抗Z0=50欧姆，在电压驻波波节处利用单节四分之一波长阻抗变换器，设计微带线变阻器。

四、实验步骤

（1）按照书上的公式进行1,2,3节的电阻的计算，然后再用Txline进行计算，标注到电路原

理图即可

（2）对于负载阻抗是复数的，首先在史密斯圆图上标注在出阻抗和反射系数，从负载点沿

等驻波系数圆向源方向旋转，与史密斯圆图左半实轴的交点。

（3）查阅相关的系数，设计切比雪夫变阻器。

五、相关的实验图

（1）1,2,3节四分之一波长变换器

1节的电路原理图：