2022年西交大射频实验报告 .pdf

射频专题实验实验报告实验一匹配网络的设计与仿真实验目的1. 掌握阻抗匹配、共轭匹配的原理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 40 页 - - - - - - - - - 2. 掌握集总元件 L型阻抗抗匹配网络的匹配机理3. 掌握并 ( 串) 联单支节调配器、 /4 阻抗变换器匹配机理4. 了解ADS 软件的主要功能特点5. 掌握Smith 原图的构成及在阻抗匹配中的应用6. 了解微带线的基本结构基本阻抗匹配理论信号源的输出功率取决于Us、Rs和RL。在信号源给定的情况下，输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比k。当 RL=Rs时可获得最大输出功率，此时名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 40 页 - - - - - - - - - 为阻抗匹配状态。 无论负载电阻大于还是小于信号源内阻，都不可能使负载获得最大功率，且两个电阻值偏差越大，输出功率越小。匹配包括：共轭匹配，阻抗匹配，并(串) 联单支节调配器。练习1. 设计 L型阻抗匹配网络，使Zs=(46 j 124) Ohm信号源与ZL=(20+j 100) Ohm的负载匹配，频率为2400MHz. 仿真电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 40 页 - - - - - - - - - 2. 设计微带单枝短截线线匹配电路，使MAX2660 的输出阻抗 ZS=（126-j*459 ）Ohm 与ZL=50Ohm 的负载匹配，频率为900MHz. 微带线板材参数：相对介电常数： 2.65 相对磁导率： 1.0 导电率： 1.0e20 损耗角正切： 1e-4 基板厚度： 1.5mm 导带金属厚度： 0.01mm 仿真电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 40 页 - - - - - - - - - 仿真结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 40 页 - - - - - - - - - 实验二衰减器的仿真设计一、练习：设计10dB 型同阻式（ Z1=Z2=50 ）固定衰减器。仿真电路：仿真结果：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 40 页 - - - - - - - - - 二、衰减器的测量AV36580A 矢量网络分析仪(一) 测失配负载在 6002600MHz 的驻波比（ S11、回损）S11 对数幅度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 40 页 - - - - - - - - - 实验三威尔金森功分器的设计与仿真一、设计指标要求：中心频率： 2.45GHz 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 40 页 - - - - - - - - - 带宽： 60MHz 频带内输入端口的回波损耗：S11-20dB，S22-3.1dB, S31-3.1dB 隔离度： S32-25dB，没有达到指标要求，还需进一步优化。（5）版图仿真结果：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 40 页 - - - - - - - - - （6）优化仿真结果：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 40 页 - - - - - - - - - 五、结果分析：优化之后结果达到指标要求：S11-20dB，S22-20dB S21-3.1dB，S32-25dB。功分器的测量用 PNA 网络分析仪驻波图像名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 40 页 - - - - - - - - - 各支路幅相特性各支路隔离度测量功分器参数测量记录表频率0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 40 页 - - - - - - - - - 回损-21.89 -28.66 -40.11 -28.78 -24.76 -22.11 -22.10 -22.89 驻波1.175 1.007 1.018 1.074 1.112 1.155 1.666 1.155 支 路1损耗-25.33 -35.99 -34.54 -27.00 -24.67 -23.88 -23.77 -24.89 支 路一 相移-147.6 -168.5 172.9 154.8 133.9 113.0 100.9 85.0 支 路2损耗-3.89 -3.45 -3.40 -3.30 -3.29 -3.20 -3.19 -3.03 支 路2相移-148.9 -169.9 170.9 154.7 120.9 112.9 90.99 85.00 隔 离度-25.45 -33。7 -34.78 -27.00 -24.99 -23.99 -23.65 -23.11 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 40 页 - - - - - - - - - 实验四 微波射频滤波器设计与仿真一实验目的1. 掌握低通原型滤波器的结构2. 掌握最平坦和等波纹型低通滤波器原型频率响应特性3. 了解频率变换法设计滤波器的原理及设计步骤4. 了解利用微带线设计低通、带通滤波器的原理方法5. 掌握用 ADS进行微波滤波器优化仿真的方法与步骤。二滤波器原理1 滤波器的技术指标中心频率通带最大衰减阻带最小衰减通带带宽插入损耗、群时延带内纹波回波损耗、驻波比2. 滤波器的设计步骤（1）由衰减特性综合出低通原型（2）再进行频率变换，变换成所设计的滤波器类型（3）计算滤波器电路元件值( 集总元件 ) （4）微波结构实现电路元件，并用微波仿真软件进行优化仿真。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 40 页 - - - - - - - - - 三实验内容?作业 1： 对下面结构的微带枝节低通滤波器的两种设计进行原理图和版图仿真，并分析其特性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 40 页 - - - - - - - - - 版图及仿真结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 40 页 - - - - - - - - - 作业 2：设计一平行耦合线带通滤波器，其设计指标为：通带2.42.5GHz，带内衰减小于 2dB，起伏小于 1dB，2.3GHz以下及2.7GHz以上衰减大于 40dB，端口反射系数小于-20dB。板材参数：H:基板厚度 (1.5 mm) ， Er: 基板相对介电常数 (2.65) Mur: 磁导率 (1) ， Cond: 金属电导率 (5.88E+7) Hu:封装高度 (1.0e+33 mm) T:金属层厚度 (0.035 mm) TanD:损耗角正切 (1e-4) Roungh:表面粗糙度 (0 mm) 原理图及优化结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 40 页 - - - - - - - - - 2、版图及仿真结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 40 页 - - - - - - - - - 基本达到设计要求。通带2.4 2.5GHz，带内衰减小于2dB，起伏小于 1dB，2.3GHz 以下及 2.7GHz 以上衰减大于40dB，端口反射系数小于 -20dB。 但由于优化并不能达到最优以及版图与原理图存在误差，因此优化结果并不非常理想。滤波器的测量 AV36580A 矢量网络分析仪名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 40 页 - - - - - - - - - 支路 1：3dB带宽 f1=2.238GHz，f2=2.295GHz，W=57MHz 支路 2：3dB带宽 f1=2.435GHz，f2=2.487GHz，W=52MHz 实验五 微带天线设计、仿真、制作与测试作业要求设计、制作一中心频率为2.45GHz 的微带天线 ,天线采用 50Ohm微带线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 40 页 - - - - - - - - - 馈电，扫频范围： 2.2GHz-2.7GHz 。板材参数：H:基板厚度 (1.5 mm)， Er:基板相对介电常数 (2.65) Mur:磁导率 (1)， Cond:金属电导率 (5.88E+7) Hu:封装高度 (1.0e+33 mm) ， T:金属层厚度 (0.035 mm) TanD: 损耗角正切 (1e-4)， Roungh:表面粗糙度 (0 mm) 微带天线工作原理微带天线在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。微带天线分2 种：贴片形状是一细长带条，则为微带振子天线。贴片是一个面积单元时，则为微带天线。如果把接地板刻出缝隙， 而在介质基片的另一面印制出微带线时，缝隙馈电，则构成微带缝隙天线。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 40 页 - - - - - - - - - 微带天线的版图尺寸版图仿真结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 28 页，共 40 页 - - - - - - - - - 天线实测结果回波损耗：驻波比：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 29 页，共 40 页 - - - - - - - - - 输入阻抗：天线在 2.45GHz处的接收峰值：实验记录：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 30 页，共 40 页 - - - - - - - - - 实验六射频放大器的设计与仿真一、实验目的1. 了解描述射频放大器的主要性能参数及类型2. 掌握放大器偏置电路设计方法3. 了解最小噪声、最大增益放大器的基本设计方法4. 掌握放大器输入、输出网络的基本结构类型5. 掌握用 ADS 进行放大器仿真的方法与步骤二、基本理论常用的微波晶体管放大器有低噪声放大器、宽带放大器和功率放大器。目的是提高信号的功率和幅度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 31 页，共 40 页 - - - - - - - - - 低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，减小噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。功率放大器一般在系统的输出级，为天线提供辐射信号。三、低噪声放大器设计的依据与步骤1、设计依据：满足规定的技术指标：噪声系数、功率增益、增益平坦度、工作频带、动态范围等；2、设计步骤：（1）依据具体要求选定放大器级数；（2）选择所用的晶体管；（3）确定电路拓朴结构；（4）电路具体结构的初步设计；（5）CAD 软件实现设计；（6）在优先满足噪声小的前提下，提高电路增益。即根据输入等增益圆、等噪声圆，选取合适的S ，作为输入匹配电路的设计依据；（6）输出匹配电路设计以提高放大器增益为主；（7）满足稳定性条件。四、具体操作过程以利用 ATF-34143设计2.4GHz低噪声放大器为例， 设计步骤如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 32 页，共 40 页 - - - - - - - - - 步骤一：在频率、增益、噪声指标条件下选择器件，得到偏置条件下器件的 S 参数。步骤二 : 满足稳定判据 , 则进入步骤三；不满足判据， 在圆图中画出稳定区，必要时画出等增益圆和等噪声圆。步骤三：确定输入输出反射系数in 及out 步骤四 : 设计输入输出匹配网络。1、晶体管直流工作点分析2、晶体管偏置电路设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 33 页，共 40 页 - - - - - - - - - 3、稳定性分析查看稳定曲线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 34 页，共 40 页 - - - - - - - - - 通过在源级加小电感抑制负反馈修改后名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 35 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 36 页，共 40 页 - - - - - - - - - 实验七混频器的仿真设计一、实验目的1. 了解描述混频器的主要性能参数及类型2. 了解混频器的基本设计方法3. 掌握用 ADS 进行混频器仿真的方法与步骤二、基本工作理论混频器是三端口非线性器件（两个输入端一个输出端），它可以将两个不同频率的输入信号变为一系列的输出频谱，输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及其谐波。三、主要技术指标噪音系数和等效相位噪音( 单边带噪音系数、双边带噪音系数) ；变频增益，中频输出和射频输入的比较；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 37 页，共 40 页 - - - - - - - - - 动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；双频三阶交调与线性度；工作频率；隔离度；本振功率与工作点。四例子：设计 C波段微带镜像抑制混频器，分析其非线性特性。技术指标：射频信号（ RF） ：3.6 GHz 本振频率（ LO） ：3.8 GHz 中频频率（ IF ） ：200MHz 噪音系数： 15dB 镜像抑制度： 15dB 原理图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 38 页，共 40 页 - - - - - - - - - 端口 1的驻波系数很小，表明端口反射很小，这是单平衡混频器的优点之一。混频器的三阶交调分析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 39 页，共 40 页 - - - - - - - - - 实验结果：实验总结：首先感谢老师不知厌烦的教我们实验，有错误的地方细心纠正。通过这几次实验我大概了解了天线的设计方法，理论计算然后原理图仿真，再版图仿真，若不满足要求再设置变量不断优化，最终达到目标。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 40 页，共 40 页 - - - - - - - - -