北京郵電大學(xué)微波實(shí)驗(yàn)報告

1、信息與通信工程學(xué)院微波仿真實(shí)驗(yàn)報告班級：姓名：學(xué)號：序號：日期： 2022年6月9日目錄實(shí)驗(yàn)二 分支線匹配器 3一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3二、實(shí)驗(yàn)原理 3三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3四、實(shí)驗(yàn)步驟 3單枝節(jié)匹配器 3雙枝節(jié)匹配器 9五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 14六、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題和解決方法 14實(shí)驗(yàn)三 四分之一波長阻抗變換器 15一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?15二、實(shí)驗(yàn)原理 15三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 17四、實(shí)驗(yàn)步驟 18五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 29六、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決方法 31實(shí)驗(yàn)六 功率分配器 32一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?32二、實(shí)驗(yàn)原理 32三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 33四、實(shí)驗(yàn)步驟 34五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 41六、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題和解決方法 41實(shí)驗(yàn)心得與體會

2、 43實(shí)驗(yàn)二 分支線匹配器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握支節(jié)匹配器的工作原理。 2掌握微帶線的根本概念和元件模型。 3掌握微帶分支線匹配器的設(shè)計與仿真。二、實(shí)驗(yàn)原理支節(jié)匹配器是在主傳輸線上并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娂{或者串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娍?，用附加的反射來 抵消主傳輸線上原來的反射波，以到達(dá)匹配的目的。單支節(jié)匹配器， 調(diào)諧時主要有兩個可調(diào)參量： 距離 d 和由并聯(lián)開路或短路短截線提供的 電納。匹配的根本思想是選擇d，使其在距離負(fù)載 d處向主線看去的導(dǎo)納 Y是YO+jB形式。然后，此短截線的電納選擇為-jB，根據(jù)該電納值確定分支短截線的長度，這樣就到達(dá)匹配條件。雙支節(jié)匹配器，通過增加一個支節(jié)，改進(jìn)了單支節(jié)匹配器需要調(diào)節(jié)支節(jié)

3、位置的缺乏，只 需調(diào)節(jié)兩個分支線長度， 就能夠到達(dá)匹配 但是雙支節(jié)匹配不是對任意負(fù)載阻抗都能匹配的， 即存在一個不能得到匹配的禁區(qū) 。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:輸入阻抗Zin =75 Q負(fù)載阻抗ZL=64+j35Q特性阻抗Z0=75 Q介質(zhì)基片r , H=1mm，導(dǎo)體厚度T遠(yuǎn)小于介質(zhì)基片厚度 H。假定負(fù)載在 2GHz 時實(shí)現(xiàn)匹配，利用圖解法設(shè)計微帶線單支節(jié)和雙支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，假設(shè) 雙支節(jié)網(wǎng)絡(luò)分支線與負(fù)載的距離 d1/4 ，兩分支線之間的距離為 d2/8。畫出幾種可能的電路圖并且比擬輸入端反射系數(shù)幅值從至的變化。四、實(shí)驗(yàn)步驟單枝節(jié)匹配器1建立新工程，確定工程中心頻率為2GHz。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的要求計算出各參量

4、，寫入 OUTPUT EQUATION 。如以下列圖所示。其中參數(shù)說明如下：zl :負(fù)載阻抗zO:特征阻抗zl:歸一化負(fù)載阻抗T仁負(fù)載處的反射系數(shù)在圓圖上即為負(fù)載阻抗zin :輸入阻抗zinl：歸一化輸入阻抗Tin :輸入阻抗對應(yīng)的反射系數(shù)在圓圖上即為輸入阻抗Rj :大圓Rp: 1+jx 圓R:負(fù)載阻抗處等反射系數(shù)圓丘1=瑋工35z0=75z1=zlAzOT1=(z1-1)zin-75zin1: 1zin1 =zin/zOTin=(zin1-1X(zin1 + l)btsppedtOPl.O 01)R=TV&xpa*b)B! Rj=exp(j*b)Rp=d .Sex p(j K，5 ： z1:

5、 (0 85S3.0 4667)T1: (-0 0148,0.2555)(：nq)h 1RjTinWnp MinMag 0256 Ang 93 31 Deg62B1Mag 0Ang 90 DegEqRp匕iR2將歸一化輸入阻抗和負(fù)載阻抗所在位置分別標(biāo)在Y-Smith導(dǎo)納圓圖上。a 匚lT1577.7Mag 0.2553Ang -104.8 Deg如上圖所示，Tin為歸一化輸入阻抗 圓心匹配點(diǎn)，T1為負(fù)載阻抗圖中最上方的點(diǎn) 3.設(shè)計單枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)， 在圖上確定分支線與負(fù)載的距離 d以及分支線的長度I所對應(yīng)360對應(yīng)二分之一波長的電長度，根據(jù)d和I的電長度、介質(zhì)基片的r、H、特性阻抗、頻率用 TX

6、LINE計算微帶線物理長度和寬度。此處應(yīng)該注意電長度和實(shí)際長度的聯(lián)系(Llpll IMag 0Ang 90 DegMag 0 256Ang 93.31 Deg577.7Mag 0 2553Ang -104 8 Deg如圖，先從負(fù)載阻抗處沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)至1+jx圓上。轉(zhuǎn)過的電長度：93.31-104.8/360*0.5=0.275 d/如以下列圖所示:然后由1+jx圓上沿電導(dǎo)圓旋轉(zhuǎn)至阻抗匹配點(diǎn)，這時應(yīng)讀出電納的變化值,Gm|)1i 1J 0希。Mi iEqn REqn TirEqnT1-=h Eqnftp315.3 g 6 63536 b 1084 7B1g 0 902086b -0.

7、49332898,22g 5 39769e-O06b -0.528367bO577.7 g 1 00001 b 0 528041可見電納變化為 0.528041。找出圓圖上 b=-0.528041的點(diǎn)，由圓圖上的最左點(diǎn)短路點(diǎn) 沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)至該點(diǎn)，讀出旋轉(zhuǎn)的角度。3153Mag 1Ang -179 9 Deg1Mag 0 256Ang 93.31 Deg9822Mag 1Ang 55.7 Deg根據(jù)轉(zhuǎn)過的角度和介質(zhì)基片的r、H、特性阻抗、頻率用 TXLINE計算微帶線物理長度和寬度。如下列圖:一 Eqn577.7Mag 0 2553Ang -104.8 DegEqn Tin如圖，轉(zhuǎn)過

8、的電長度：180-55.7/360*0.5=0.1731/4畫出原理圖，在用微帶線畫出根本的原理圖時，注意還要把襯底添加到圖中，將各 局部的參數(shù)填入。注意微帶分支線處的不均勻性所引起的影響，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?負(fù)載阻抗選擇電阻和電感串聯(lián)的形式，連接各端口，完成原理圖，并且將工程的頻 率改為。原理圖如以下列圖所示：MUNFORTP-1W=1MUM -I D=TL2 心:他L-28 陽 mmIND IDtLI .L-27B nHRESID-R1R-04 OtimOhrn L= IQ mm D其中，MLSC代表單短截線，MLIN中ID=TL2者代表單短截線距負(fù)載的距離。 6添加矩形圖，添加測量，點(diǎn)擊分

9、析，測量輸入端的反射系數(shù)幅值。調(diào)諧之前測量結(jié)果如以下列圖所示：；raph 27調(diào)諧分支線的長度I以及與負(fù)載的距離d。只調(diào)節(jié)長度，范圍為10%，調(diào)諧后使輸入端口的反射系數(shù)幅值在中心頻率2GHz處最低。調(diào)諧之后的原理圖和測量結(jié)果如以下列圖所示：雙枝節(jié)匹配器1建立新工程，確定工程中心頻率為2GHz。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的要求計算出各參量,入OUTPUT EQUATION。如以下列圖所示。其中參數(shù)說明如下：參數(shù)說明：zl :負(fù)載阻抗z0：特征阻抗zl:歸一化負(fù)載阻抗T仁負(fù)載處的反射系數(shù)在圓圖上即為負(fù)載阻抗Tl :負(fù)載阻抗沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)dj 1/4電長度后得到的阻抗zin :輸入阻抗zinl ：歸一

10、化輸入阻抗Tin :輸入阻抗對應(yīng)的反射系數(shù)在圓圖上即為輸入阻抗Rj :大圓Rp: 1+jx 圓R:負(fù)載阻抗處等反射系數(shù)圓Rf :旋轉(zhuǎn) /8后的輔助圓Rd:過負(fù)載阻抗的電阻圓z1=zl/z0,Irir-Ii:iisiT1=(z1-1)/(a1+1)ie1rir-iieri faclLdI.-fah.1hJzin1=Ein/zOzin 1: 1Tin=(dn1-1)/(2in1 +1)b=stepped(0,2*_PI0.01)R=T1*exp(jTb)TIB WPI) aleirif:a.1kdI.-&fa.1hJRj=expQtb)Rp=0.5*exp(j*b)-0.5Rf=0 57exp(j

11、tb)-D5tjp=0.854Rd=(1 /(1 +p)Texp(j*b)-p/(1 + p)El; (0.8533,0.4667)T1: (-0.0148,0.2555)1/4電2將歸一化輸入阻抗和負(fù)載阻抗所在位置分別標(biāo)在Y-Smith導(dǎo)納圓圖上。如以下列圖所示，歸一化負(fù)載阻抗為T1,將其沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)d1/-S-EqnRp166.3g 1 00002yrb -2.17245/ 629g 1b 0 00338406-s- EqnTI+ EqnR316 6g 0.847661 b 0.463125401.4g 3.44578e-005 b 2.17342-M3T4g 1.93618e

12、-005b 1 52281邊4g 0.842356 b 198747長度后得到的阻抗為 TI。歸一化輸入阻抗等于 0,位于圓圖中心匹配點(diǎn)。Eq nRjRp；忖 ph 11663匚 g 1 00002 b -2.17245401.4g 3.44578e-005 b 2,17342-S- Eqn TIEqnRf-Eqn Rd+ Eqn R629g 1b 0 00338406316 6g 0.847661 b 0.453125431.4g 1.93618005b 1 522813231g 0.842356 b t987473.設(shè)計雙枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，在圖上確定分支線的長度 l1、l2所對應(yīng)的電長度，用T

13、XLINE計算微帶線物理長度和寬度。如圖，先從TI處此TI已是歸一化負(fù)載阻抗 T1沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn) d1 /1/4電長度后得到的阻抗沿等電導(dǎo)圓旋轉(zhuǎn)至由1+jx圓逆時針旋轉(zhuǎn) /8后得到的輔助圓上。電導(dǎo)的變化值：Y再將輔助圓以及圓上的該點(diǎn)順時針旋轉(zhuǎn)/8,回到1+jx圓上。再從該點(diǎn)圖中最上方點(diǎn)沿電導(dǎo)圓旋轉(zhuǎn)到圓心阻抗匹配點(diǎn)。電導(dǎo)的變化值：Y將Y1和Y2對應(yīng)的電導(dǎo)圓與大圓的交點(diǎn)在圓圖上標(biāo)出。從開路點(diǎn)沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)至此二點(diǎn)，如以下列圖所示，從圖中可看出轉(zhuǎn)過的角度分別為:113.4、130.6。166.3Mag 0.7357Ang 137.4 Deg：629-Mag 0 001692Ang

14、 -90.11 Deg子EqnTI-i- EqnR1. LA 1316,6Mag 0 2559Ang -85.86 Deg401 4Mag 1Ang -130 6 Deg431.4Mag 1Ang -113.4 Deg323.4Mag 07357Ang -132.6 Deg根據(jù)轉(zhuǎn)過的角度和介質(zhì)基片的r、H、特性阻抗、頻率用 TXLINE計算微帶線物理長度和寬度。如下列圖:Gniph IJ TXLlIE 20DL - licrostripMHoMG Sliiplino CPW | CPWGrourtd j Aound Coaxial Slotlino Ccuplod MSLho CcLplodS

15、liiplinoMaterial ParametssOidecbic GaAiniplprtric CnnsnLoss T angert| D. 3005SheiT14E7匚 nnductiyiljiCorduclHEleclricdl ChaacteristicsPhysica Ckwracteristc4畫出原理圖，在用微帶線畫出根本的原理圖時，注意還要把襯底添加到圖中，將各 局部的參數(shù)填入。注意微帶分支線處的不均勻性所引起的影響，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?負(fù)載阻抗選擇電阻和電感串聯(lián)的形式，連接各端口，完成原理圖，并且將工程的頻 率改為。原理圖如以下列圖所示：其中，MLEF代表開路線，MLIN中I

16、D=TL2者代表單短截線距負(fù)載的距離。雙支節(jié)網(wǎng)絡(luò)分支線與負(fù)載的距離 di/4，兩分支線之間的距離為 d2/8。6添加矩形圖，添加測量，點(diǎn)擊分析，測量輸入端的反射系數(shù)幅值。 調(diào)諧之前測量結(jié)果如以下列圖所示：7調(diào)諧分支線的長度11、|2。只調(diào)節(jié)長度，范圍為 10%，調(diào)諧后使輸入端口的反射系數(shù)幅值在中心頻率 2GHz處最低。調(diào)諧之后的原理圖和測量結(jié)果如以下列圖所示:MUMi D-T43 - ni.43TmnL-3.1 it inH1INEH 址.-W-i.nrftTi emniiFW-I 477 Tin僭旳Bftrnn嚇疋winT-afflutnLr 常, pnoo:1UTEri0-T12-l ij

17、亠2琵 HR三 l- h Ikait- X 110-10圉醫(yī)吏曲凸缶刁 軌電蜃囲O咎EC二醫(yī)tl. WMnE MIla岀 inmsft4I陽vrStematic 1rBjj204BGrauh21.e1922.122FineijuenCy (Gt-te)五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析從實(shí)驗(yàn)中可以看出，調(diào)諧是電路設(shè)計的一個重要步驟。在調(diào)諧之前，由于在 Smith 圓圖 上標(biāo)點(diǎn)時可能存在一定誤差等原因， 中心頻率可能會有所偏移， 雙枝節(jié)匹配時偏移比擬明顯。 調(diào)諧的原因在于：理論和實(shí)際可能存在差距。 在調(diào)諧過后，中心頻率到達(dá)理想值， 在實(shí)際中 會有比擬好的性能。六、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題和解決方法1、這個實(shí)驗(yàn)包括單枝節(jié)和

18、雙枝節(jié)匹配兩局部，設(shè)計方法和我們在做微波習(xí)題時所用方 法相似。 但是用的是導(dǎo)納圓圖。 由于對期中以前的知識遺忘較多， 而且本來對導(dǎo)納圓圖和阻 抗原圖之間的關(guān)系等等不熟悉， 剛開始時花費(fèi)了很多時間研讀實(shí)驗(yàn)教材、 回想以前做題的步 驟。而且由于疏忽， 誤以為圓圖最左方點(diǎn)為開路點(diǎn)，第一次得出的圖不正確。后來改正了錯 誤將開路線改為了短截線 ，得到了正確的結(jié)果。2、對于如何在圓圖上畫出負(fù)載阻抗點(diǎn)、輸入阻抗點(diǎn)，開始時我直接畫Rl、Rin ，后來在老師的指導(dǎo)下明白了， 史密斯圓圖上的坐標(biāo)是反射系數(shù)， 要標(biāo)阻抗點(diǎn)需要將其先轉(zhuǎn)化成對應(yīng) 的反射系數(shù)。這樣才正確地畫出了各點(diǎn)。 關(guān)于如何畫反射系數(shù)圓、 電阻圓等，也

19、花了很多時 間思考。 不過正是在這個過程中， 我們逐漸熟悉了 Microwave Office 的使用及微波電路設(shè)計 方法。實(shí)驗(yàn)三四分之一波長阻抗變換器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握單節(jié)和多節(jié)四分之一波長變阻器的工作原理。2了解單節(jié)和多節(jié)變阻器工作帶寬與反射系數(shù)的關(guān)系。3掌握單節(jié)和多節(jié)四分之一波長變阻器的設(shè)計與仿真。二、實(shí)驗(yàn)原理1單節(jié)四分之一波長阻抗變換器四分之一波長阻抗變換器是一種阻抗變換元件，它可用于負(fù)載阻抗或信號源內(nèi)阻與傳輸線的匹配，以保證最大功率的傳輸； 此外，在微帶電路中，將兩不同特性阻抗的微帶線連接 在一起時為了防止線間反射，也應(yīng)在兩者之間加四分之一波長變阻器。1負(fù)載阻抗為純電阻 Rl假設(shè)主傳

20、輸線特性阻抗為Zo，但是RlZo,那么可以在Rl與主傳輸線之間接入一段特性阻抗為乙的四分之一波長的傳輸線，使得該線段輸入?yún)⒖济娴妮斎胱杩古c主傳輸線的特性阻抗相等。這樣就實(shí)現(xiàn)了匹配。根據(jù)傳輸線理論得：ZyRl Zo。由于無耗傳輸線的特性阻抗 Zo、乙均為實(shí)數(shù)，所以四分之一波長變換器一般用來匹配 電阻性負(fù)載。顯然，/4線段只能對頻率 f0得到理想匹配。當(dāng)頻率變化時，匹配將被破壞，主傳輸線上的反射系數(shù)將增大。當(dāng)f fo時，主傳輸線在任意頻率下反射系數(shù)的模為：1 口淆修11/於1)2 噲ta%?f?*定義以下公式為變阻器的中心頻率和相對帶寬：fo (fl f2)/2Wq (f2 fl)/fo式中，f2

21、和fi分別為頻帶的上下邊界，fo為中心頻率， Wq為相對帶寬。假設(shè)m為可容許的最大反射系數(shù)幅值，當(dāng)f 仇 fm時，| | m，代入式*中得：arccos22、. ZoRl1m2 Zo|*由于*式中的響應(yīng)在中心頻率 f0處是對稱的，變阻器的相對帶寬近似變?yōu)?再將式*代入上式得:Wq另外對應(yīng)于頻率fm對應(yīng)Wq2(fofm)2- arccos2.、ZRlmm2 I RL Z0lm的相位 m為:()，因此Wq也可表示為:2 fo4Wq = 2-2負(fù)載阻抗為復(fù)數(shù)Zl我們知道實(shí)現(xiàn)匹配之前線上會存在駐波。在電壓波腹和波節(jié)位置的輸入阻抗為純電阻，他們分別是RmaxZo，RminZ。/ ，其中為駐波比。這時可以

22、把電壓波節(jié)處的輸入阻抗作為等效負(fù)載阻抗，即：乙ZZ。/Z。1/而將一變換器接在電壓波節(jié)位置離負(fù)載lm處，也可把電壓波腹的輸入阻抗作為等4效負(fù)載阻抗，求得而將一變換器接在電壓波腹處離負(fù)載Ln處。42、多節(jié)四分之一波長阻抗變換器單節(jié)四分之一波長變阻器是一種簡單而有用的電路，其缺點(diǎn)是頻帶太窄。為了獲得較寬 的頻帶，可以采用雙節(jié)或多節(jié)阻抗變換器。如以下列圖所示，Zl ZaZb-I-R*1連接處駐波比 P i* , 反射系數(shù)r1T r2f，圖中顯示了 N節(jié)阻抗變換器，Z,乙上2，乙為各節(jié)的特性阻抗， Zn1為負(fù)載阻l, l為在中心頻率抗，并假設(shè)Zn1 Zn Zn1，,Z2 Z1 Z0，每節(jié)點(diǎn)長度均為處四

23、分之一波長。設(shè)計多節(jié)四分之一波長變阻器時，通常采用二項(xiàng)式最平坦相應(yīng)和切比雪夫等波紋響應(yīng)。兩種設(shè)計方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，二項(xiàng)式阻抗變換器具有最平坦的通帶特性，而工作帶寬較切比雪夫變換器窄； 與二項(xiàng)式阻抗變換器相比， 切比雪夫阻抗變換器是以通帶內(nèi)的波 紋為代價而得到最正確帶寬的。1二項(xiàng)式多節(jié)阻抗變換器二項(xiàng)式多節(jié)阻抗變換器的近似設(shè)計公式：lnleN NCnZ。式中,F面討論二項(xiàng)式變阻器的帶寬:WqCnN(N1arccos 一2N!n)! n!1/N|A|4arccos 2 |A|1/Nm2切比雪夫多節(jié)阻抗變換器切比雪夫阻抗變換器的設(shè)計方法是：使它的反射系數(shù)的模隨按切比雪夫多項(xiàng)式變化。附錄6中給出了切

24、比雪夫阻抗變換器的設(shè)計表格，其中R為阻抗比,RlZo，n為節(jié)數(shù)。當(dāng)阻注意表中給出的是駐波比，帶內(nèi)最大駐波比與反射系數(shù)的模的關(guān)系為:抗比r和相對帶寬wq 一定時，節(jié)數(shù)越多，帶內(nèi)最大的駐波比越??；同理當(dāng)阻抗比r和帶內(nèi)最大的駐波比一定時，變阻器的帶寬越寬，所需節(jié)數(shù)越多。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1：負(fù)載阻抗為純電阻Rl =150 ，中心頻率fo=3GHz，主傳輸線特性阻抗Zo =50，介質(zhì)基片r=4.6，厚度H=1mm，最大反射系數(shù)模不應(yīng)超過0.1，設(shè)計1、2、3節(jié)二項(xiàng)式變阻器以及 3節(jié)切比雪夫阻抗變換器，在給定的反射系數(shù)條件下比擬它們的工作帶寬，要求用微帶線形式實(shí)現(xiàn)。2負(fù)載阻抗為復(fù)數(shù)：ZL=85-j45，中心頻

25、率f0 =3GHz，主傳輸線特性阻抗Z=50 ，在電壓駐波波腹或波節(jié)處利用單節(jié)四分之一波長阻抗變換器，設(shè)計微帶線變 阻器，微帶線介質(zhì)參數(shù)同上。四、實(shí)驗(yàn)步驟1對于純電阻負(fù)載, 特性阻抗：根據(jù)條件,確定單節(jié)和多節(jié)傳輸線的特性阻抗及相對帶寬。二節(jié)：.乙In - Z。22CoIrRli 一Zo.Z2 In - 乙2 2C12InRLZo解得：乙65.8乙113.96二節(jié)：ln乙2 3C： In-RIn乙2 3 G3 InRlInZ32Z。Zo乙ZoZ2解得：乙57.36乙86.6oZ313o.75相對帶寬：NRlZo115o5o單節(jié)：A2 N2 -o.25RlZo15o5o1/N1/141m41o.1

26、Wq2arccos-2 arccos -2|A|2|o.25|RlZo215o5o二節(jié):A2 N2o.125RlZo15o5o1/N1 /241m-41o.1Wq2arccos2 arccos 一2|A|2|o.225|NRlZo315o5o二節(jié):A2 N2o.o625RlZo15o5o1 /N1,4141o.1Wq2arccos2 arccos 一2|A|2|o.o625|單節(jié):86.610.2550.4322根據(jù)各節(jié)傳輸線的特性阻抗，利用計算相應(yīng)微帶線的長度及寬度。每段TXLINE變阻器的長度為四分之一波長在中心頻率，即I/3乙RlZog。/4，go為對應(yīng)頻率fo處微帶線噲0.795的等效

27、波長。計算結(jié)果如下:節(jié)：Z0=50Z1=65.8Z2=113.96Z3=150ZLW三節(jié)：Z0=50 Z仁 57.36Z2=86.60Z3=130.75Z4=150ZLW57.3613.4130.751503對于復(fù)數(shù)負(fù)載ZL，根據(jù)負(fù)載阻抗ZL、特性阻抗Zo ,計算歸一化負(fù)載阻抗和反射 系數(shù)，將負(fù)載反射系數(shù)標(biāo)在 Smith圓圖上，從負(fù)載點(diǎn)沿等駐波系數(shù)圓向源方向旋轉(zhuǎn)， 與Smith 圓圖左半實(shí)軸交點(diǎn)，即電壓駐波波節(jié)處，旋轉(zhuǎn)過的電長度為Lm，計算變換器的特性阻抗；向源方向旋轉(zhuǎn)與 Smith圓圖右半實(shí)軸交點(diǎn)，即電壓駐波波節(jié)處，旋轉(zhuǎn)過的電長度為Ln，計算變換器的特性阻抗。在OUTPUT EQUATION

28、 中輸入以下公式：bIkadaii4ZL=85-jM5tBiianutianZ0=50ie4ii：4fzl=ZL/Z0 b=stepped(0T2*_PI,0.01) TL=(ZL-ZO)/(ZL+ZO)HI：saiiasaT=TL*expG*b)IIB411-14IF4其中TL為負(fù)載反射系數(shù)，T為過此點(diǎn)的等反射系數(shù)圓。標(biāo)在圓圖上如以下列圖所示。分別從負(fù)載處沿等反射系數(shù)圓旋轉(zhuǎn)到電壓波節(jié)和波腹點(diǎn)，即圓圖最左和最右方的兩個點(diǎn)。 轉(zhuǎn)過的電長度Lm和Ln對應(yīng)的角度分別為：=146.31、=326.31。現(xiàn)在要匹配的負(fù)載:二* M 1十11.7x-0 959 89r 2.33S75x0.092CX)00

29、2374.10.427944X -0 000428932反歸一化得：RmRn 。利用R和Zo，代入單節(jié)四分之一波長變換器的公式中，可得：Zim I Rm Zo 32.67Zin, rn Zo 76.434根據(jù)傳輸線的特性阻抗，利用TXLINE計算相應(yīng)微帶線的長度及寬度，以及對應(yīng)電長度為Lm、Ln的微帶線長度。J TXLlIE 20DL - licrostripMHoMG Sliiplino CPW | CPWGrourtd j Aound Coaxial Slotlino Ccuplod MSLho CcLplodSliiplinoMaterial ParametssOidecbic GaAi

30、niplprtric CnnsnLoss T angert| D. 3005SheiT14E7匚 nnductiyiljiCorduclHPhysica CkwracteristcImpedance |3267| Oh恨創(chuàng)Frequency |3|oi= Efectiical Length )90|呵二|Kropagaton Consiart |7C15dtg/m 、Effective Die. Ccnst. |3-7918ILqss 1.0407dB/m 二Eleclricdl ChaacteristicsPhMicsl Leidlh fL】Haghl HThicknessll J3.G37

31、如上圖所示，對于四分之一波長變換器，將算出的特性阻抗Zlm、Zln和90度的電長度輸入TXLINE中進(jìn)行計算。對于電長度為Lm、Ln的微帶線，將電長度LM、LN和50 的特性阻抗輸入TXLINE中進(jìn)行計算。計算結(jié)果如下：電壓駐波波節(jié)處的一組解：ZdegWL509032.67905073.155電壓駐波波腹點(diǎn)處的一組解：ZdegWL509076.439050163.155第一行為第一節(jié)微帶線，只是為了提供與Z。的接口；第二行為四分之一波長變換器，其電長度為90度，特性阻抗是根據(jù)公式計算所得；第三行為第三節(jié)微帶線，目的是將復(fù)數(shù) 負(fù)載轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)負(fù)載，因此電長度為在 Smith圓圖上轉(zhuǎn)過的電長度，特性

32、阻抗與傳輸線的特性阻抗相同。5在Microwave Office下完成單節(jié)變阻器、二項(xiàng)式多節(jié)變阻器原理圖，要考慮微帶線的不均勻性，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，如微帶線阻抗跳變點(diǎn)處。如下列圖，分別為單節(jié)、二項(xiàng)式二節(jié)、二項(xiàng)式三節(jié)變阻器、復(fù)數(shù)負(fù)載時的單節(jié)變阻器原理圖：單節(jié)：NUMpF!D=TL呂I打l.BSSirirtiMSTEP1Z=0 Ohm -=13.25 mm ID-TL4 wn.in1D-TL2 Aji 6279 rifn恫獷EP$L*13.H3 mm ID=TL1-JLir10=T L6飾 R 1029 mm L14.31 mmYPORTF-2 “ 2 150 Ohm二節(jié)二項(xiàng)式:paRi-f二 a

33、Ll h*MSUB Ef4.6制1 mrnf=Q,00l Kin - RhD=1Tard - Ej Nom-52-SHamsSU BlWUH tlg- yi/=i.8：ag 仍mL皀1占.丄也EEMF=rEP -|= Il41 irLtiN4XTG W = l 153 mmL=*藝內(nèi)*5芯席MSrTEP1& 4IUNLIM-44ftl=TU- 調(diào)町EH林mmL= 12 4 mrnMLIN .MUINID T- - - - - ID- 1-LO- -mrn 呂TEPj Vr-C.JTO mm- -0 B3 mm 口二 TL3 , r . .14 72 WHvlAtJtEl斗莊 - U= 1 mm

34、 Pfi.PiInin- Fhs-1-TEriil=fl - -(Errin* 12.ML IN IMLUEJ陽 mmL* 1 imm單節(jié)復(fù)數(shù)負(fù)載:-Its RT-m-T11- ! IC bmU3T EP F ID-TL2ULINID-n ftj -3 sS-7 m rfiffl3EP50訶L* UNin-nVt 1 n mL-IIUT II精Q|.m. ., ,C=1 15|pFEIfl RT T z*5g ci-imiBtlr D-n- IWoi lmm L* 13.25 ai miUtiN-in-ns - nnL*13 JI mmUM EPf p-TLT - acrtn3砂- - l+*

35、+ ra n - - W.uuimn-.r3 liOvt . rT3bd-CEzn巴 0 - MsbiaUII- - uu&3/V亠.片你叩 .W. .C-H 1lCpF6在Proj下添加圖，測量反射系數(shù)。 分別測量結(jié)果如下調(diào)諧前： 單節(jié)：二項(xiàng)式二節(jié):Graph 2Freutnc : GHz)-10*20*30M0-旳Graph 2D&ISTUIF2/533 5Frequent/(GHz)二項(xiàng)式三節(jié):Crraph 1單節(jié)復(fù)數(shù)負(fù)載:Frqu#ncy(GH2Grinph 27調(diào)諧各微帶線的長度。只調(diào)節(jié)長度，范圍為10%，調(diào)諧后使輸入端口的反射系數(shù)幅值在中心頻率 3GHz處最低。調(diào)諧之后的原理圖和測

36、量結(jié)果如以下列圖所示：單節(jié)：MLINW-1 BK mm!= 13 2S mm r I T，氣iD=fLrt4_NQTl&沖-0 1D39mmLeI4 Ji I；.frIPORTp=a 卜他Dhffiwgue - - T DQIi rflru -T5fTMam=F2.90欣Eut J陽,1d. e.Owjnr fiL-ViKBria節(jié)二項(xiàng)式:弭UH -IPTLC- wr= ii-.sM&TP$L15.25 nn ID.I A POR T - K=1：I-50 UhuMl I fl J Mt JN -r I4LIM - = Ti-2- -| -ID 二TL - -ur = 口.EKf imm -J

37、l=1lda3 IFliffl|展TM薄.-.訶j-ClID曲啊血.jj!l jUjrydIP-TL1 n L1_04 (HIT ，U TLc L* 14.31 mmST2-160 Ohm血帕-匸尸吟-H=1 mu-1*0.051-mm - RhC1! Ta-rwl=D .=IE nN 4-N Jifnw U&1- * -Graph 2-DB(|S1,1|)*Schematic 1-60Freqcency (GHz)PORT P*1 -MtlH m=T4S-W-1 J9IJ9 mm L=l?.15 fftrnMl STEP?IEJ = -1 L4MLNIJ3gTLJ-W-1.5 mm L2 4

38、4Fim-MLNIRcTLZ- -Wl .6 29 mm L= -3.*0 曲節(jié)M5TEF$iTl$ M-LlilN - ID-TL5 VU=!ii .1 ：S m mLi4.O no扣霽UM Er W J&中 I nm . T 0 (W l fnm Rih*- 1Tiidl-0 - - - - ErNkmi12 0luTLih !IID= TL9 =D.1C29rnm nmiiFORT1F = 2 -I-g l0 Ohflf Graph 2復(fù)數(shù)負(fù)載:pdriti：滋P1 -】-Ji1!* USSITH U&T EPS Ep- 4.6- - -ti n -F-O.CH1 mn 4!b沁1- T

39、d-cUL4iD-r煜n mUQTEflF 1-L IS 7 Vi *- ID-TL4 - HUM IC-TLiUV1 MB 師 1-11177 mm -rn . 一.ID-T1& It-TLIU W3li1p n nU$TEFFam-L* ij Jb n h ib-tLi - - - uJ em i匸.i rHES,Ohn .CJi 0-C1 C-1JPF.HdHdB圖:Eielt (Io*11PlltB也 SerLjtific：Grtiph 208(15(1.11)*Copy of Schematic 1 -DB(|S2.2|)*Copy of Schematic 1，-so1幅度圖:3F

40、requency (GHz)抗變換器，利用1求出帶內(nèi)容許的最大駐波比，查閱附錄6,確定其相對帶寬和特性阻抗。計算得阻抗比R與Wq的關(guān)系1 1=1.22。查帶內(nèi)駐波比和m 0.9表，得相對帶寬為1。又根據(jù)Wq與R查各節(jié)歸一化特性阻抗表，得Z11.24988，、R 1.732，Z3R/z1 =2.400。反歸一化得：Z1 62.494，Z286.6，Z3120據(jù)傳輸線的特性阻抗，利用TXLINE計算相應(yīng)微帶線的長度及寬度。得到的結(jié)果如下:ZWL5062.49486.6120150畫出原理圖如下：其中中間三段分別為乙、Z2、Z3。測量得反射系數(shù)隨頻率的變化如下:調(diào)諧各微帶線的長度。 只調(diào)節(jié)長度，范圍

41、為 10%，調(diào)諧后使輸入端口的反射系數(shù)幅值 在中心頻率3GHz處最低。調(diào)諧之后的原理圖和測量結(jié)果如以下列圖所示：Graph 2五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析在做完整個試驗(yàn)后，將原理圖移到同一個工程中，并仿真，以便進(jìn)行比照。所得結(jié)果如 以下列圖所示：原理圖： IlPT： A八. . *ROHZ-4CG)!mHOHI*4-4IQTlS.百於護(hù) iT*fiP 41 l?wi- U3 rrv測量結(jié)果幅度圖0 50 40 30.2*Xtl1Frequency (GHz)二曲荷j|iSc h e ma Lie 1 m |St3.3|Schematic 1 十 |S5,5J|Schematic 1 壬 |S(7.71IS

42、chematic 1由圖中可見，隨著變阻器節(jié)數(shù)的增加，m 0.1處帶寬逐漸增加，與理論計算結(jié)果根本相同。比擬二項(xiàng)式變阻器與切比雪夫阻抗變換器的通帶特性可發(fā)現(xiàn)，二項(xiàng)式阻抗變換器具有最平坦的通帶特性，而工作帶寬較切比雪夫變換器窄；與二項(xiàng)式阻抗變換器相比，切比雪夫阻抗變換器是以通帶內(nèi)的波紋為代價而得到最正確帶寬的，因此帶內(nèi)平坦度不如二項(xiàng)式變阻器。測量結(jié)果dB圖如下:六、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決方法1、這個實(shí)驗(yàn)包括的內(nèi)容較多，做起來也有一點(diǎn)難度。例如負(fù)載為復(fù)數(shù)時的二項(xiàng)式變阻器，需要先將復(fù)數(shù)負(fù)載利用一段傳輸線轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)負(fù)載，剛開始時我就沒有太明白。后來仔細(xì)看書、與同學(xué)討論后才理解了原理，在此根底上很快做出

43、來了。2、第一次做時我分別建了多個工程，實(shí)現(xiàn)單節(jié)、二三節(jié)二項(xiàng)式、三節(jié)切比雪夫變阻器。后來發(fā)現(xiàn)這樣做不利于比擬變阻器的帶寬以及平坦特性等，因此將它們都挪到了一個原理圖中，測量結(jié)果畫在同一張圖里。這樣能夠比擬清楚地對結(jié)果進(jìn)行分析比擬。實(shí)驗(yàn)六功率分配器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握功率分配器的工作原理和分析方法。2 掌握微帶線功率分配器的設(shè)計與仿真。二、實(shí)驗(yàn)原理功分器是一種功率分配元件，它是將輸入功率分成相等或不相等的幾路功率，當(dāng)然也可以將幾路功率合成， 而成為功率合成元件。 在電路中常用到微帶功分器。圖中為兩路微帶線功分器。對功分器的要求是：兩端口的功率按一定比例分配，并且兩端口之間互相隔離。當(dāng)兩個 輸出端口

44、接匹配負(fù)載時，輸入端口無反射。功分器的技術(shù)指標(biāo)為：功分比、插入損耗和隔離度。如下列圖，當(dāng)1端口輸入功率 P時，2端口和3端口的輸出功率分別為 P2和P3，如果功分比為k2，那么P3 k2 F2或P2 k2P3；當(dāng)1端口接匹配負(fù)載時，2端口到3端口或3端口到2端口的傳輸系數(shù)表示功分器的隔離度；當(dāng) 3端口或2端口接匹配負(fù)載時，1 端口到2端口或3端口的傳輸系數(shù)為功分器的插入損耗。在圖中，功率從1端口輸入，分為兩路，經(jīng)過一段四分之一波長的微帶線傳輸后，到達(dá)2端口和3端口。1端口的特性阻抗為 Z0 , 1到2端口、1到3端口的微帶線特性阻抗分別為Zo2、Z03，線長為g/4。R2、R3分別為從2端口、3端口向負(fù)載看過去的阻抗。R為2端口、3端口之間的隔離電阻。下面確定Z02、Z03、r2、R3的計算式。如下列圖，1端口的輸入功率為 P , 2端口、3端口的輸出功率分別為 F2和P3，對應(yīng)的電壓為V2和 V。根據(jù)對功分器的要求，那么有 P3 k2P2:IV3 |2/R3 k