2023年微波仿真实验报告北邮.pdf

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1、北 京 邮 电 大 学微波仿真实验报告实验名称：微波仿真实验姓名：刘梦颉_ _ _ _ _ _ _ _班级:学号:班内序号:1 1日期：2023年 1 2 月 2 0 日一、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S m ith 图解法设计微带线匹配网络。4、掌握ADS,通过SmithChart和M om e nt u m设计电路并仿真出结果。二、实验规定1、使用软件：ADS2、实验通用参数：FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6m m,损耗角正切为0.02特性阻抗：5 0 欧姆3、根据题目规定完毕仿真，每题截取3 张截图。三、实验过程及结果第一、二

2、次实验实验一：1、实验内容L ine c a l 的使用（工作频率1GHz）a）计算FR 4基片的5 0 欧姆微带线的宽度b）计算F R 4 基片的5 0 欧姆共面波导（C P W）的横截面尺寸（中心信号线宽度与接地板之间的距离）2、相关截图（a ）根据实验规定设立相应参数窗 LineC alc/untitledI=I 回File Simulation Options Help0|B|百宣ComponentType|MLIN-13 I D|M U N:MLIN DEFAULT j J|PhysicalW 13.053360|mm _vjL 1104.770000 1mmI|N/Ai2二jSyn

3、thesize Anaze囚 H(Values are consistent（b）根据实验规定设立相应参数茴 LineCalc/untitledFile Simulation Options Helpl=i 回 7 M lD&tt ComponenlType|CPW3 ID|CPW:CFW_DEFAULTWSUB_DEFAlirn*i=,Synthesize Analyze_JS_ EComponent ParametersFLO O DCalculated ResultsK_Eff=1.427A_DB-0.042SkinDepth-0.097GH 3NZA 3N/A 3三I(Values a

4、re consistent实验二1、实验内容了解A D S Sc h e ma t i c 的使用和设立2、相关截图：打开ADS软件，新建工程，新建Schem atic窗口。file Edit$let View Insert Option*Tool*Uyout Simulate Window Dynamic Unit DmiynGuidt Hdp已 自 膏Q MHO TO：&RIP/。即 晟 含 伤 陪 襁 妾闻:、dC宜展真庭国家e,T lT囿鱼后*CAN一 Gm oo”O Q瑟也HSelect Enter ihe sUrting poim0 item*wir 4375.1000in*/RF

5、$mi$ch在 Schemat i c 中的to o I s 中打开1 ineC a 1 c,可以计算微带线的参数。untrtled2($chematic):3View Inrt Options|Tools|Layout Simulate Window DynamicGnk DesignGuide HelpGENESYS Syrrthck-SPECTRASYS.匕 步 陪 襁 圉 电:；、Electronic Notebook-Custom LibraryDigital FilterEncode Designs1C-CAP ImportUneCalcSmith C lw t-lmpda Ter

6、m W=3.05336 mm2 7erm1 L=81.9943 mm Num=1I Z=50 Ohmm lfreq=1 OOOGHzS(1,1)=0.945 7-0.179impedance=ZO*(34.994-j1.920)m2freq=3.490GHzS(1,1)=0.814/179.791impedance=ZO*(0.103+j0.002)freq(1 OOOGHz to 10.00GHz)3、实验分析由图可知，由于是一半波长开路线仿真，所以1 G H z点在开路点上。微带线和抱负传输线相比存在误差，所以微带线仿真的曲线在S m i t h 上不完全在单位圆上。实验六1、实验内容分别

7、用抱负传输线和微带传输线在F R4基片上，仿真一段特性阻抗为50 欧姆二分之波长短路线的性能参数，工作频率为1 G H z。观测S m i th 圆图变化。2、相关截图（1）抱负传输线m2freq=10.00GHzS(1,1)=1.000/-180.000impedance=Z0*(5.000E-11-j1.225E-15)m lfreq=9.500GHzS(1,1)=1.000/-7.024E-14impedance=ZO*(2.000E10-j2.452E5)(2)微带线MSubS-PARAMETERS|MSUB S_ParamMSubl SP1H=1.6m m+Start=1.0 GHz

8、Er=4.4 Stop=10.0 GHzMur=1 Step=0,01 GHzCond=1.0E+50Hu=1.0e+033 mmT=0 mmTanD=0.02Term.lerm lNum=1Z=50OhmHZZHMLSCTL1Subst=MMSub1HW=3.05336 mmL=81.9943mmRough=0 mmm lfreq=1 000GHzS(1,1)=0.945/179.761impedance=Z0*(0.029+j0.002)m2freq=2 500GHzS(1,1)=0.866/-0.620impedance=Z0*(13.862 j1.040)freq(1 000GHz t

9、o 10 00GHz)2、实验分析由图可知，由于是一半短路线仿真，所以1 G H z 点在短路点上。微带线和抱负传输线相比存在误差，所以微带线的仿真曲线不完全在S m i th 圆图的单位圆上。实验七1、实验内容用一段抱负四分之一波长阻抗变换器匹配10欧姆到5 0 欧姆,仿真S 参数,给出-2 0 dB带宽特性,工作频率为IGHzo2、相关截图S-PARAMETERSS_ParamSP1.Start=0.5 GHzStop=1.5 GHzStep=O.OO1 GHzlermTerm1Num=1Z=50OhmTLINTL1Z=22.3607 OhmE=90F=1 GHzTerm2Num=2Z=1

10、0OhmSI 1 的-2 0 dB带宽特性曲线，如下的:m2freq=1.070GHzdB(S(1,1)=20.204-oooo-4-6-s(二wmpmlfreq=929.0MHzdB(S(1,1)=20.082-100freq,GHz3、实验分析由图可计算出，系统带宽为1 0 7 0-9 3 0=1 40 M H z。回波损耗最低点为1 G H z,且在 S m i t h 圆图上1 G H z 点在圆心处，所以阻抗匹配成功。实验八1、实验内容用一段F R4基片上四分之一波长阻抗变换器匹配1 0 欧姆到50 欧姆,仿真S参数，给出一 2 0 d B 带宽特性，工作频率为1 G H z,分析7

11、 和 8 结果。2、相关截图|Value$ae consistentS-PARAMETERSS ParamSP1Sta5t=0.5 GHzStop=1.5 GHzStep=O.OO1 GHzlerfnlermlNum=1Z=50 Ohm士一MLINTL2Subst=HMSub1W=9.65335 mmL=38.8275mmMSubTermTerm2Num=2Z=10 OhmMSUBMSublH=1.6 mmEr=4.4Mur=1Cond=1.0E+50Hu=1.0e+033 mmT=0 mm7anD=0.02Rough=0 mmm 1freq=934.0MHzdB(S(1,1)=-20.001

12、ssmpm2freq=1.078GHzdB(S(1,1)=-20.1384 0 I|i|I|i|I|I|I|i|I I I0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5freq,GHz由图可计算出，系统-2 0 d B 带宽为1 0 7 8 -9 3 4=1 44M H zo与实验七相比较可知，微带线与抱负传输线相比存在误差，所以回波损耗最低点不在1 G H z 点处,而是稍微偏大一点。一2 0 d B 带宽也比抱负传输线的稍大一点。并且抱负传输线匹配的回波损耗最低点为T 2 O d B,而微带线匹配的回波损耗最低点为-3 7.2 d B。实验九1、实验

13、内容设计一个3节二项式匹配变换器，用于匹配1 0欧姆到5 0欧姆的传输线,中心频率是1 G H z,该电路在F R 4基片上用微带线实现,设计这个匹配变换器并计算,”=0.1的带宽，给出回波损耗和插入损耗与频率的关系曲线。2、相关截图根据所学的理论知识，先依题意算出三节匹配微带线的阻抗值,然后通过L ine C al c计算出相应微带线的长和宽,修改电路图中M L I N的相关参数。Z 1 =40.8 9。W=4.1 9 8 48 0 mmL =4 0.40 450 0 m mZ 2=2 2.3 6 GW=9.6 2 0 9 7 0 m mL=3 8.8 3 3 7 0 0 m mZ 3=1

14、2.2 3 QW=1 9.8 3 0 8 0mm L =3 7.648 4 0 0 m m。TerrnIerm1 MLIN MLINNum=1 TL1 TL2Z=50 Ohm Subst=MSub1 Subst=MSub1+W=4.198480 mm W=9.620970 mm+L=40.404500 mm L=38.833700 mmMLIN TL3 SSubst=MSub1W=19.830800mnt L=37.648400 mm 工Term7erm2Num=2Z=10OhmS-PARAMETERSMSUBMSublH=1.6 mmEr=4.4Mur=1Cond=1.0E+50Hu=3.9

15、e+034 milS_ParamSP1T=0 mil7anD=0.02Start=O GHzStop=2 GHzStep=10MHzRough=0 mil回波损耗与频率（SU）的关系曲线，如下图:m3freq=680.0MHzdB(S(1,1):20.256m2freq=1.330GHzdB(S(1,1)-19.914：5-插入损耗与频率（S 1 2）的关系曲线，如下图:mSfreq=S80.0MHz03(S(1.2)A03543、实验分析计算4=0.1 的带宽,即-2 0 d B 带宽,可知,带宽为 1 3 3 0-68 0 =6 5 0 G H z。由回波损耗与频率（S 1 1）的关系曲线

16、实验十1、实验内容例 题 9,若 用 3 节切比雪夫匹配变换器实现，比较同样情况下的带宽，回波损耗和插入损耗与频率的关系曲线。2、相关截图根据所学的知识可以计算出切比雪夫变换器匹配的三个微带线的阻抗，然后通过L i ne C al c 计算出相应微带线的长和宽，修改电路图中MLIN的相关参数。W=4.9 4 8 710mm L=40.0 9 10mmW=9.6 519mm L=38.8278mmW=1 7.5771 Omm L=37.8 2 4 1 m m。MSubMSUBMSublH=1 6 mmMur=1Cond.=1.0E+50.Hu=3,9e+034milT=0m ilTanD=0.0

17、2Rough=0 mil羸 S-PARAMETERS S二 P a r a m.S P 1.Start=O GHzStop=2.0 GHzMLINTL3Subst=1V1Sub1W=17.57710 m r t-L=37,8241 mm 工Term.Term 2Num=2Z=10 OhmStep=001GHzMLINTL2Subsf=MSub1nW-9.6519 mmL=38.8278 mmMLINTL1Subst=MSub1rt3 m w =4.948710 mmTerml.=4 0 9 1 0 m mNum=1Z=50 Ohm回拨损耗与频率的关系曲线,如下图:mlfreq=700.0MHz

18、dB(S(1,1)=22.486m2freq=1.200GHzdB(S(1,1)=-21.105m3freq=1.010GHzdB(S(1,1)=-44.505Min插入损耗与频率(S I 2)的关系曲线，如下图:ssmpo3、实验分析计算,“=0.1 的带宽，即-20dB带宽，根据回波损耗与频率(S 1 1)的关系曲线可以计算出，带宽为150 0-5 0 0=1000GHz。实验十一1、实验内容导出S参数数据，比较7 10题的-2 0d B带宽特性。2、相关截图将数据导入到Ex c e 1表格中:J WPS-haodej(国一 5 W)W ftE)线同V)*人(D ttO)IIK D M(D

19、)CW)W0(H)*S 皮SW)d 血/二第,c/而 0 X 1 ：.；一 ICO%-v T【1 3.，,分 演 中。=*12 Bin段 密 云 回 DD%片 方 丞 至 ，6，A，AAN12fr e q5.00EH)85.10E+085.20E+085.30E+085.406+085.5 s+085.606+085.706*085.806*085.9066086.00E+02B如第七题-5.44E+00-5.54E+00-5.64E+00-5.75E+00-5.86E+00-5.98B+00-6.10E+006 23B+OO.3GB+00Y.-6.64B+00 .MM m il I-dM+B

20、-0 u 乜时，_ _ _ _ _ _ .中。，健晶3、实验分析匹配的好坏重要在与工作频率点的回波损耗是否足够小。通过在同一个坐标系中比较S 1 1特性曲线，可以看出抱负传输线仿真出的结果是匹配最成功的,而F R4基板次之，二项式匹配变换器更次之,最不好的是切比雪夫匹配变换器。实验十二1、实验内容对于一个负载阻抗ZL=6 0-j 8 0欧姆,运用S m i th Ch a r t U t i 1 i ty功能，分别设计并联短路单枝节和并联开路单枝节匹配，并 将S m i th Ch a rtU ti li ty给出的匹配结果在S c h em a t i c中仿真，给 出b 3 G H z的回

21、波损耗与频率的关系曲线，并 给 出 的 带 宽。2、相关截图（1）并联短路单枝节a；Smith Chart Utility在S m i t h C h a rt中进行匹配,如下图:i-i.-St Default(u vaCU“中 c o,M$-12.n t 1-0 0C212 1 0.22056得到实现匹配的两个传输线参数:T li n el：Z=5 0,V a lue=4 0.0 1 1T li n e2：Z=50,Vla ue=3 3.8 3 8根据匹配结果得到电路图仿真，如下图:E 1)1202 (ScbemM.c/1Edit$Wct V z lmrt Opbent Tools 14yo

22、5 Window Dynamiclink OvtignGa H，p囱 昌Q川同口 仁 二4&观.QQ晟 喜 好 哈 豳 胡 也X)土 里 也 儡 之 空 砂 口 魔，！”8lerm7erm1Num=1Z=50 OhmRefTLSCTL2Z=50.0 OhmE=33,838F=2 GHzTLINTL1Z=50.0 OhmE=40.011F=2 GHzS-PARAMETERSS_ParamSP1Start=1.0 GHzStop=3 GHzStep=1O MHz0 itemsTermTerm2Num=2Z=60-j*802.250,2750 2.750,1.750A/RF SimSchcmhS H

23、仿真,如下图:F*lette 9Q Hrle tdit View S e t MArker Hiitorv Cptiorv；ge Wirdcs He p的图0 t)r年R-99街 1国口 鼓 图 匐 匐 圆 理X A/V A V/广mlfreq=2.000GHzdB(S(1,1)=-41.637m2freq=2.000GHzS(1,1)=0.008/143.882impedance=Z0*(0.987+iO.010)S H的-20d B带宽特性曲线，如下图:(L-L)smp（2）并联开路单枝节在Smith Ch a r t中进行匹配，如下图:ru.u.旦品；Smith g r t 5，kyMi

24、me 3oure/Leu Mttvuk.Lxk Sowc Ipdvsn3.91096Bu14 A D S Circut|MW i-I lw a t，&Slt4 Coaan，Z。50 0 Valve 39 475得到实现匹配的两个传输线参数:Tli ne 1:Z=5 0,Value=3 9.7 1 6T li ne2:Z=50,V a lu e=1 23.8 5 7根据匹配结果得到电路图仿真，如下图：e I 4 加q J 7,(SdwmMkXIOWe EM Select View Insert Optiom loo*Uyout SunuUtv Window 0wnicLink g a g*t M

25、 M)O t l r .：%二 郎 晶 上 百 陪 卷S3 T L n i-I4*l-*l.,iJ _=Term7erm1Num=1T C T 5 CTL2Z=50.0 OhmE=123.857F=2 GHzTLINTL1Z=50 OhmE=39.716F=2 GHzTerm7enn2Num=2Z=60-jw80 OhmS-PARAMETERSS_ParamSP1Start=1 GHzStop=2.5 GHzStep=10MHz2.625,-1.750 m S F m S c iS U 仿真，如下图:，o q ：g _-i 图 因 国 圆|x A/v A v i/bf r eq (1.000G

26、 H z t o 3 000G H z)m2freq=2.000GHzdB(S(1)=-39.960S U 的-2()dB 带宽特性曲线。如下图:(Llw)copm2freq=1.960GHzdB(S(1,1)=-19.7253、实验分析由S 1 1的-20dB带宽特性曲线可知：并联开路单枝节带宽：206 0-19 6 0=1 0 O M H z并联短路单枝节带宽：2 110-19 0 0=21 0 MHz从而可以得出，短路匹配的带宽比开路匹配的带宽敞一倍多。实验十三1、实验内容并联双枝节匹配电路，并联双枝节为开路，枝节之间相距入/8,中心工作频率为2 G H z,运用抱负传输线，给 出3GH

27、z的回波损耗与频率的关系曲线，并给出=0.1的带宽。2、相关截图由Smi t h C h a r t进行匹配,如下图:-J&iS a三 空R *R型x电wZO (Dtai)I 0118H14 A9S 4；二；TH3 C!1Mai 5l Befall*SO 0 Vd T3,591 D“Uxtu”英 b st a得到抱负传输线的匹配参数后，在 Schem a t i c 中得到电路图，如下图:B C 3 s 1 jx j I uretledl,(Schemrtk);160苔Be View 1 M t Option*took UyouC Sim ug Window DynMncUnfc DetinG

28、uide Help-J&S&4：M M)。DU.：*展 匕勾号 晶 喜 石 陪 解 套：、TLIM(*X4 *CDO W O O 里必备侬即日隍S_PafamSP1Start=1.0 GHzStop=3 GHzStep=10MHzSeiect Enter the ttarlinQ pointTLOCTL2Z=50.0 OhmE=52.681F=2 GHzTermTenn2Num=2Z=60-j*80S il的-20dB带宽特性曲线，如下图:m3freq=2.010GHzdB(S(1,1)=-21.108m2freq=1.990GHzdB(S(1,1)尸-22.338-40-1|1|I|I|I|

29、I|I|I|I|1 0 1 2 1 4 1.6 1 8 2.0 22 24 26 28 3.0freq.GHz3、实验分析由SH的-2 0 dB 带宽特性曲线可知，带宽为:2 0 2 3-1 9 9 0=1 2 0 M H z。第三次实验实验一1、实验内容在F R 4 基板上分别仿真四分之一波长开路线，四分之一波长短路线，一半波长开路线和一半波长短路线，中心工作频率为1 G H z,并与S ch e mat i c 仿真结果比较。仿真的频率(0-3 G H z)默认为5 0 欧姆2、相关截图(1 )四分之一波长开路W=3.0 5 3 3 6 0 mm、L =4 0.9 9 7 1 0 0 mm

30、色 ID|MUN:MUN_DFAUUFn Dec 13 2013 Dataset!y_mom_aS11二xw*VQ G H;MOOQDOMzteiaDOG*;（2）四分之一波长短路:短路需要进行打洞解决。Fn Dec 13 2013-Dataset ty_mom_a8n三is曹3 D效果图:(3)一半波长开路W=3.0 5 3360mm、L=8 1.9943 0 0 mmT*M W 0 lMU,ig*g u M，5 PwSP1SOrt*0SGix32 S GHzSto(xOQ1 GKXUSUBMSufe2卜 1 6 X4VSuOlH16 E M 4Muf-tcxJ-ioesoHu3 9eOml

31、JTfT-*1Num1Z$OOfm2 1Condl(E.502 3 034，TOauib 而 0 S Z j X霞DA_SitfiOartMiath!5O SneRLLM dC natX T.xR E O gU1 flKCL1 f f球的舞照。*ISHHORBL o ie S p W U rLcade pT)p*3。impedanceZD-SO Oto调整传输线尺寸，将其性能调回谐振频点freq=1 600GHzdB(S(1.1)=-37 864正好在1.6 G频点，不用调整传输线尺寸，带宽较窄，匹配良好。（2）并联短路单枝节匹配tun mg1.t-n M(wSourc ieZ5cuice W

32、sxxcwsp-*s（i.i rSourcMptype-Source m ped ancLoatfTe*Senes RLlo w*natX*MRL-SOOfvn|MSub|MSublM-f MBEr-4 4-C0 02LtdFie*aAd WLo*aSpmSr.LcodG pTse*3。knpedanceZD-WOhm调整传输线尺寸,将其性能调回谐振频点Ih.sJep:86o.m 1freq=1 600GHzdB（S1.1）X 3 7 864正好在1.6G频点，不用调整传输线尺寸。带宽较窄，匹配良好。3、实验分析一方面运用Moment u m计算出谐振频率点的阻抗值，再在S chem atic

33、中仿真。实验五1、实验内容用第4题中的负载,在扫描的频率范围内，找出虚部为0的频率点,并在该频率点用四分之一阻抗变换器实现匹配，并观测和分析仿真结果。2、相关截图先运用S M ITH图找到虚部0点:，7 1 I i|i l l I I _|_ 题 醯 幽 陶 圈，W、八 V 7 ，-T/V V J J A.W I I I I J可知频率大约为1.7 87GHZ,此时实部大约5 0*1.079 0 M,另一个897.6M H Z,实部大约50*1.995 0M第一个零点:先算出四分之一匹配器Z0=5 1 .94(50*50*1.079),算出相应的宽，长 Q 脑I弱Cwponet*|MLIN 7

34、 3 10|MLIH MUM_OEFAULT S V kf 气 f i.CSz)口 P M|b.V.V；、Sai th Chrt ttcXiKf-士 O 篇 (U J i 1|l照S_ParamS01S(art=05 GHzStop=2.5GHzStep=0 01 GHzMSubMSUBMSublEr=44Mur=1Cond=1 0E+50Hu=3 9e+034 milt=0milTanD=OO2Rough=0 milTerm.formJNum=1Z=50 Ohmczi-M U N TL1Subst=MSubrW=2 880650 mmL=230159 mmTennlerm2Num=2Z=53

35、 95 0hm(二S)MPn1.req=1.520GHziB(S(1,1)=-62.663-650.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.82.0 2.22.4 2.6实际中心频率1.787GHZ,偏移较大，匹配不够好。第二个零点：先算出四分之一匹配器20=70.62(50*50*1.9 9 5),算出相应的宽，长Comconent琳|MUN刁 ID|MUN.MUN_DEFAULTSub，bde ParameterID|MSUB_DEFAULTComponem Path Chart fluduac0 89F-o=里 由 苗,、春 空 吸日晅S-PARAMETERSS_Para

36、mSP1Stert=0.5 GHzStop=2 5 GHzStep=0 0l GHz14*-!=MSUBMSublH=1 6mmEr=4 4Mur=1Cond=1 0E*5OHu=3 9e+034 milT=0mil1anD=0 02Rough=0 milTermlerrnlNum=1Z=50 OhmMUN TL1Subsl=MSub1W=1 609440 mmL=46 84910 mmTerm,fe(m2Num=2Z=99 75 0hmA/V A v /才E l(二ms)p8-35-40-450.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4freq,GH

37、z2 6实际中心频率8 9 7.6M H Z,测量值880MHz，相差不大。两者匹配较好。可生成3D图:3、实验分析先 运 用SMITH图 找 到 虚 部0点，再 运 用lineCalc算出四分之一匹配器Z相应的宽,长。实验总结：这次实验一共四节课。在助教的耐心指导下，我学习到了 A DS软件的使用方法。加深了对sm ith圆图和S参数的理解，了解了不同材料的传输线对微带系统的影响。第一次课上，助教老师为我们耐心讲述了 ADS软件的使用方法,这让我对这个软件产生了浓厚的爱好。在实验过程中，我也碰到了很多困难，比如说运用Schemat i c里面的工具计算参数，回波损耗和插入损耗与频率的关系计算等等。通过运用课上时间询问助教老师以及百度等途径，一一解决了这些问题，让我对不同材料不同元件的特性有了更加直观，深刻的了解，并对运用AD S设计计算有了初步结识，这对我以后的学习有很大帮助。A这次实验我学习到的不仅仅是关于微波测量仿真的知识，更多的是在实验学习过程中自己查阅资料解决问题的能力和得到答案时的喜悦。感谢这次实验给了我一个进一步理解课本知识的机会,感谢助教老师这四周对我们的耐心指导。在此后的日子里，我还会继续关注微波测量及仿真方面的信息，学习相关知识，为以后的学习奠定基础。