4GHZ微帶漸變阻抗變換器設(shè)計報告材料

1、實用標(biāo)準(zhǔn)文檔2.4GHZ微帶漸變阻抗變換器設(shè)計報告一、設(shè)計任務(wù)1.1 名稱：設(shè)計一個工作頻率為2.4GHZ；輸入阻抗為50Q,輸出阻 抗為30 Q的阻抗變換器.1.2 主要技術(shù)指標(biāo)：S11-20dB,S21-0.7dB,re(Z0)=50 Q ,VWA也量 接近于1.二、設(shè)計過程2.1 原理：2.1.1 阻抗匹配的概念阻抗匹配元件在微波系統(tǒng)中用的很多,匹配的實質(zhì)是設(shè)法在終端負(fù)載 附近產(chǎn)生一新的反射波,使它恰好和負(fù)載引起的反射波等幅反相,彼此抵消,從而到達(dá)匹配傳輸?shù)哪康?一旦匹配完善,傳輸線即處于行 波工作狀態(tài).在微波電路中,常用的匹配方法有：(1)電抗補償法：在傳輸線中的某些位置上參加不消耗的

2、匹配元件, 如純電抗的膜片、銷釘、螺釘調(diào)配器、短路調(diào)配器等,使這些電抗負(fù) 載產(chǎn)生的反射與負(fù)載產(chǎn)生的反射相互抵消,從而實現(xiàn)匹配傳輸,這些 電抗負(fù)載可以是容性,也可以是感性,其主要有點是匹配裝置不耗能, 傳輸效率高.(2)阻抗變換法：采用入/4阻抗變換器或漸變阻抗變換器使不匹配 的負(fù)載或兩段特性阻抗不同的傳輸線實現(xiàn)匹配連接.(3)發(fā)射吸收法：利用鐵氧體元件的單體傳輸特性(如隔離器等)文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔將不匹配負(fù)載產(chǎn)生的反射波吸收掉.傳輸線的核心問題之一是功率傳輸. 對一個由信號源、傳輸線和負(fù)載構(gòu)成的系統(tǒng),希望信號源在輸出最大功率的同時負(fù)載能全部吸收,以實現(xiàn)高效穩(wěn)定的傳輸.這就要求信號源內(nèi)阻與傳輸

3、線阻抗實現(xiàn)共鈍匹 配,同時要求負(fù)載與傳輸線實現(xiàn)無反射匹配.2.1.2 阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法是在負(fù)載與傳輸線之間接入匹配器,使其輸入阻抗作 為等效負(fù)載與傳輸線的特性阻抗相等. 匹乙4 一配Q A 器圖3-1阻抗匹配匹配器是一個兩端口的微波元件, 要求可調(diào)以適應(yīng)不同負(fù)載,其本身 不能有功率損耗,應(yīng)由電抗元件構(gòu)成.匹配阻抗的原理是產(chǎn)生一種新 的反射波來抵消實負(fù)載的反射波二者等幅反相,即“補償原理.常用的匹配器有有入/4阻抗變換換器和支節(jié)匹配器.本論文主要采用入/4阻抗變換器.2.1.3 入/4阻抗變換器入/ 4阻抗變換器是特征阻抗通常與主傳輸線不同、長度為入 / 4的傳輸線段,它可以用于負(fù)載

4、阻抗或信號源內(nèi)阻與傳輸線的匹配, 以保文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔證最大功率的傳輸；此外,在微帶電路中,將兩段不同特性阻抗的微 帶線連接在一起是為了防止線間反射,也應(yīng)在兩者之間加四分之一波 長變阻器.當(dāng)負(fù)載阻抗與其傳輸線的波阻抗不相等,或兩段波阻抗不同的傳輸線 相連接時,在其間接入阻抗變換器可以消除或減少傳輸線上的反射波 以獲得匹配.對某些傳輸線如金屬波導(dǎo),因其封閉性和制品的標(biāo)準(zhǔn)性, 阻抗變換器要做成準(zhǔn)用元件；而對于微帶線那么可根據(jù)負(fù)載情況設(shè)計微 帶阻抗變換階段,并與微帶電路一同光刻腐蝕或真空鍍膜的方法 一次形成.阻抗變換器的最根本形式是利用四分之一波長線的阻抗變 換特性.在兩個特性阻抗不同的傳輸線之

5、間插入一段或多段不同特性阻抗的 傳輸線,余中選取其長度、特性阻抗的值和節(jié)段數(shù),就可以在一 定帶寬內(nèi)駐波比低于某個給定的值.這種變換裝置成為階梯式阻抗變 換器.入/4阻抗變換器由一段特性阻抗為 Z01的入/4傳輸線構(gòu)成.如圖 3-2-1所示-4 ZE 7 / N圖3-2-1入/4阻抗變換器原理性示意圖文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔假設(shè)負(fù)載為純電阻,即0=1匕那么有;ZZOlRl* jZoitan(/? 2/4) _ ZoiZoi+/及的n(尸 Z / 4)Rl(3-1)為了使口實現(xiàn)匹配.那么必須使Zql- x Z o J2z|由于無耗線的特性阻抗為實數(shù),故/4阻抗變換器只能匹配純電阻負(fù)載. 假設(shè)當(dāng)ZLR+

6、jXt為復(fù)數(shù)時,根據(jù)行駐波的電壓波腹和波節(jié)點處的輸入阻抗為純 組：Rti工二 P g R二KN.可將入/4阻抗變換器接在靠近終端的電壓波腹或波1,點處來實現(xiàn)阻抗匹配,假設(shè)A/4線在電壓波腹點接入,那么入線的特性阻抗即假設(shè)A/4線在電壓波節(jié)點接入,那么入線的特性阻抗為J-二叁P單節(jié)/4阻抗匹配器的主要缺點是頻帶窄.當(dāng)工作波長為10卜出1=AJ%時單一工作頻率當(dāng)2M=怎1可實現(xiàn)PL配,/即當(dāng)工作頻率f偏離?時,15J4HA/4, 81不,HO,而是:p Zu No _Z01 + JR tail 僅Zin + 了0(3-2)二文案大全Zoi + /K tan piR-Zq(724-Zo)-2jVzo

7、ian實用標(biāo)準(zhǔn)文檔在中央頻率附近：二 R 1= 21,個=2,.三 z 4 A 22那么 secgr0從而|-巴當(dāng) cos8|3-4I4ZqR當(dāng)0=0,相當(dāng)丁TR.此時阻抗變換器不存在,I 最大.I r I _| A - Zo|rvr max-3-5|K + Zo|由3-4、3-5可畫出| T|隨0 或f變化的曲線；曲線作周期為兀的變化.設(shè)允許| r| Z2t國為漸變線中 心位置的阻抗,那么ZO=7Z1Z2 q在設(shè)計之前有必要先了解一下微帶線端口設(shè)計,如下列圖給出了微帶線端口設(shè)計模型:Ww whor5附例依w h假設(shè)微帶線的寬度為w,介質(zhì)基片的厚度為設(shè)一般口高度為6h-10h之兩 口寬度的設(shè)置

8、 假設(shè)臉耳那么端口寬度為10w,假設(shè)wh那么口寬度為5w并且高度為311-411,接著,進(jìn)入特性網(wǎng)抗為50 Q微帶線.特性阻抗為30Q的微帶線的設(shè)計階段口給定介 質(zhì)基片填充的介質(zhì)材料為FR七斗oxy.也就是e 1-4.4,介班基片的印度為H-L&mn,微帶線 的厚度忽略不計,嬖求工作頻率為2 4GHz0根據(jù)給定的要求,首先川第二堂的公式2-4分別計兌了 卜特性阻抗為50.微帶線和 30口微帶畿的覺度,修出來的結(jié)果大約為2.99mm和4.18iiini：再根據(jù)公式l A f.計兌出微 帶線的波長為125mm,器后用HFSS軟件進(jìn)行設(shè)計仿真,過程如下:文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔5m 口.SOOD啊0.5

9、2.0.2302.332.352.3B2.102.432J52M2.KI所面晌HZJ ,乂1 1400d50Q微帶線的特性阻抗實部由圖可以看出在2.4GHz時,微帶線阻抗的實部約為49.9069 Q,接近50Q,此時微帶線的寬度約為3.15mmS論值2.99mm相差不文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔大.(2) 30 Q微帶線3A.5D M.OD ?9.5D0D；2北51.50 J3.0D 3-2.50 30Q微帶線模型AT KNOT J閭fcEiif!D .O T :L 既文案大全/皿那么二麗口 1 SF*eeprZtHI)S*lvp1 ： &*p一印明5與用*1 : 5*ftpW1-16 2223322

10、22m8*1up1 . %電電口的 U&933355SS和閻X 5 T 蝎* 1UiE *n VT -f. a a J J J8阿2里埔Z： 1 - -1=而區(qū)海返區(qū)4fgT-印NUiijpl : Swaep1-5A 1b百_rEjoHjWI-nETrnmr(HnSetup 1 - SvieepA1-fe HFHFH蹣nm1ra-HSUisigni Frag jHz|mxi2俱10|30Q微帶線的特性阻抗實部實用標(biāo)準(zhǔn)文檔由圖可以看出在2.4GHz時,微帶線阻抗的實部約為29.9607 Q, 接近30Q,此時微帶線寬度為6.7m標(biāo)口理論值4.18相差不大.所以建模型時50Q的寬度為w13.15m

11、m長度為l110mm, 50 Q的寬度為w26.7mm,長度為l215mm,漸變線長度為l331.25mm.2.2 關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化：L3 漸變線長度:32.2mm-32.7mm,count 5優(yōu)化圖三、設(shè)計結(jié)果3.1 仿真結(jié)果：3.1.1 結(jié)構(gòu)截圖文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔3.1.2 參數(shù)列表PfoperfaheMiu岫Ivalmtel L._脈55卅5膈供山3,15附3,麻制11 -19腑曲副1 6.T岫Him崛孤1215IND麻制13S廝32 5 檢m他i快1,6INDL防忸對w:基板寬度w1:50 Q微帶線寬度11:50 Q微帶線長度文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔W2:30.微帶線寬度12:30 Q微帶線

12、長度 阻抗變換器長度ht:基板高度3.1.3指標(biāo)圖XY Plot 3-30.00-32.50-35.0037 50-40 0.42.50-45.0Q47.S0-50.00235 230之舊243Freq GHlz| 加猴|?5Q=L 7/三口S11 回波損耗圖S21(插入損耗圖文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔XYPlot4|MX17$0DdVWSR(駐波比)圖SHOD2J05Q.S20 50810 完地如刖口 2.33AT KIOI &2.3B2.432.452.48Freo|MXT 2 M解- - ffi二qnbe2.50Re(Z0)(3.2測試結(jié)果：輸入阻抗)圖文案大全實用標(biāo)準(zhǔn)文檔如上圖所示,S11 回波損耗在2.4GHZ時為-50.0745dB-20dB,符 合設(shè)計要求.S21插入損耗在2.4GHZ時為-0.7785dB根本等于-