射頻電路實驗

1、射頻電路設計理論及應用實驗1實驗一、微帶低通濾波器設計一、實驗目的1、了解微帶低通濾波器之設計方法。2、學會使用微波軟件設計低通濾波器的流程，并分析結果。2b)波紋：描述通帶內信號響應的平坦度c)3dB帶寬：定義為通帶內衰減3dB處上邊帶頻率和下邊帶頻率之間的差值(分數(shù)帶寬)d)帶外抑制（阻帶抑制):在理想的情況下，希望濾波器在阻帶中具有無窮大的衰減量，但實際中只能使用有限的元件數(shù)目來實現(xiàn)濾波器，因此通常將60dB作為阻帶計算的設計值2.技術指標a)插入損耗：定量描述功率響應幅度和0dB基準的差值33歸一化低通原型:兩種歸一化低通濾波器的實現(xiàn)方式如下圖所示，其中串聯(lián)電感和并聯(lián)電容交替出現(xiàn)。g0

2、為電路的源電阻或電導，gi為串聯(lián)電感或并聯(lián)電容，gN+1為負載電阻或電導等波紋切比雪夫低通原型的值可以通過下面的公式來求取4階梯阻抗低通濾波器設計近似理論對于長度為l，特性阻抗為Z0的傳輸線，其負載阻抗為ZL,則輸入阻抗公式為：對于負載阻抗為ZL特性阻抗為Z0的傳輸線，則輸入阻抗公式為：對應的輸入導納為：由上式可以看出，當負載阻抗遠大于傳輸線特性阻抗的時候，傳輸線端接以負載阻抗，近似于一個電容和負載ZL并聯(lián)。6綜上所述，低通濾波器可以由級聯(lián)的微帶高、低阻抗線構成。通常高阻抗線取大于100歐，低阻抗線取小于20歐。電感段、電容段微帶線的長度可以通過下面的公式近似求得：通過linecalc工具求出

3、對應高低阻抗微帶線的有效介電常數(shù)，根據(jù)上面的公式求出對應的導播波長,以及相應的高低阻抗線的長度.電感段微帶線的長度電容段微帶線的長度其中Ro為阻抗阻抗變換值，L，C為低通原型參數(shù)值微帶線的導波波長:7四、設計的流程1 、確定設計的指標2.選擇合適的低通原型3.根據(jù)選擇的基板,計算對應的微帶高、低阻抗線的寬度、長度4 .建立濾波器仿真模型/仿真8例子：設計一個階梯阻抗低通濾波器，其通帶波紋為0.5dB，截止頻率為2GHz,要求在4GHz頻率處插入損耗小于30dB，濾波器的特性阻抗為50歐，高阻抗線取120歐，低阻抗線取20歐，基板的高度h=1.58mm,相對介電 常數(shù)為4.2,微帶厚度為0.5m

4、il.解:(1)根據(jù)指標，選擇合適的低通原型:由及下面的圖可以知道，濾波器的階數(shù)為59通帶波紋為0.5dB低通原型的衰減和歸一化頻率的關系10(2)根據(jù)Linecalc工具可以知道20歐，120歐微帶線的寬度分別為：11.27mm,0.4mm. 120歐微帶線對應的有效介電常數(shù)為2.84,20歐微帶線對應的有效介質常數(shù)為3.65(lincal工具求解)(實際的工程設計中，一般是采用軟件工具來求微帶線的寬度)(3)對應的5階濾波器的低通原型參數(shù)為：g0=g6=1,g1=g5=1.7508,g2=g4=1.2296,g3=2.5408(4)選擇低通原型的第一個元件為串聯(lián)電感，求對應高、低阻抗線的長

5、度：gC=300/(2*3.650.5)=78.53mmgL=300/(2*2.840.5)=89.02mm11由由1213設計任務:設計一個奇數(shù)階的低通濾波器,截止頻率自選,階數(shù)自選,選擇的基板:介電常數(shù)2.2,厚度1mm;或介電常數(shù)9.8,厚度1mm.14Chebyshev型附錄：低通原型值：15實驗二、微帶帶通濾波器設計一、實驗目的1、了解微帶帶通濾波器之設計方法。2、學會使用微波軟件設計帶通濾波器的流程，并分析結果。16二、設計的流程微帶帶通濾波器的設計步驟：(1)根據(jù)設計的指標選擇合適的低通原型(2)確定歸一化帶寬、上邊帶和下邊帶。根據(jù)濾波器特性對上、下邊帶以及中心頻率的要求，可以確

6、定其分數(shù)帶寬為：(3)根據(jù)分數(shù)帶寬、低通原型計算導納變換器的值。17三、實驗原理設計方程(1)求解導納變換器的值使用0.25個導波波長耦合諧振器構成的微帶帶通濾波器18(2)求出導納變換器的值后，可以根據(jù)下面的公式計算奇模、偶模阻抗(3)根據(jù)lincalc工具計算耦合微帶線的尺寸19(1)考慮到微帶線本身的損耗選擇的低通原型為通帶波紋為0.2dB的5階低通原型，其值如下。例子：濾波器的設計指標為：通帶5000MHz6000MHz,帶內波紋小于0.5dB，帶外頻率4500MHz以及6500MHz處衰減大于30dB，基片介電常數(shù)為2.8,厚度為1mm。20(3) 計算導納變換器的值(2)確定分數(shù)帶

7、寬21(4) 計算奇模、偶模阻抗：22 L1=9.03mm，L2=8.93mm，L3=8.9mms1=0.188mm，s2=0.635mm，s3=0.863mm w1=0.935mm，w2=1.345mm，w3=1.404mm(5) 綜合微帶線的尺寸：根據(jù)上面計算的耦合微帶線的奇模/偶模阻抗,利用Lincalc工具得到第一級的線寬W=1.682mm，縫隙S=0.092mm，太細了不能保證加工的 精度，因此將特性導納變?yōu)?/70來提高縫隙的寬度。由于主線的阻抗為50，所以濾波器中做要一段阻抗變換線來連接主線和濾波器 由于終端電容效應，L要減去大約0.33h ，得到的濾波器微帶耦合線的尺寸為：23

8、為了將70歐和50歐匹配，加入了一段寬為2mm,長為9.0mm的/4阻抗變換器。如圖所示2425設計任務:根據(jù)附錄的低通原型,設計一個中心頻率為4GHz,分數(shù)帶寬自定1,或選擇合適的Ts，使得Tout的模150設計實例：采用AT41411設計一個共基極的2GHz的振蕩器。該管子工作在漏-發(fā)電壓5V,基發(fā)電壓0.8V可以看出諧振端口的反射系數(shù)幅度較小。51基極串聯(lián)一個6.5nH的電感的S11，對下面的電路進行13GHz頻率掃描，得到S11的幅度信息52可以看出在頻率為2GHz處振蕩最強 53 對上面的電路進行定點掃描，得到2GHz情況下的S參數(shù)和K，如圖所示54 將上面得到的基極串聯(lián)電感的S參數(shù)

9、，輸入Smith原圖，得到輸入穩(wěn)定性圓，并在圓圖上將1/S(1,1)點表示出來，由于S111,因此穩(wěn)定性圓內，所有的點均滿足振蕩條件.1、通常是源反射系數(shù)選擇靠近1/S(1,1)的點，但不能等于，否則對應的負載端接應該匹配即負載反射系數(shù)為0，而實際情況非常難做到完全匹配，因此源反射系數(shù)選擇等于1/S(1,1）容易導致振蕩停止 。2、為了使諧振電路沒有電阻元件，因此將源反射系數(shù)取為1-450,其對應的阻抗為一個容抗，并且從后面的振蕩測試可以看出選擇該點，可以使得其振蕩頻率為2GHz左右。如圖所示55 對于諧振器端，采用源反射系數(shù)為11，相位等于0，表明該電路在2GHz處于振蕩狀態(tài)。58 3）諧波平衡仿真(加入HB控件，HB noise控件，以及OSCport控件)59 相位噪