北邮电磁场与微波实验报告.docx

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1、信息与通信工程学院电磁场与微波实验报告实验题目：微波器件设计与仿真班级：姓名：学号：日期：2016.5.18实验二分支线匹配器一、实验目的1.掌握支节匹配器的工作原理2.掌握微带线的基本概念和元件模型3.掌握微带分支线匹配器的设计与仿真二、实验原理1.支节匹配器随着工作频率的提高及相应波长的减小，分立元件的寄生参数效应就变得更加明显，当波长变得明显小于典型的电路元件长度时，分布参数元件替代分立元件而得到广泛应用。因此，在频率高达以上时，在负载和传输线之间并联或串联分支短截线，代替分立的电抗元件，实现阻抗匹配网络。常用的匹配电路有：支节匹配器，四

2、分之一波长阻抗变换器，指数线匹配器等。支节匹配器分单支节、双支节和三支节匹配。这类匹配器是在主传输线并联适当的电纳（或串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。此电纳或电抗元件常用一终端短路或开路段构成。2.微带线从微波制造的观点看，这种调谐电路是方便的，因为不需要集总元件，而且并联调谐短截线特别容易制成微带线或带状线形式。微带线由于其结构小巧，可用印刷的方法做成平面电路，易于与其它无源和有源微波器件集成等特点，被广泛应用于实际微波电路中。三、实验内容已知：输入阻抗Zin=75Ω负载阻抗Zl=（64+j75）

3、Ω特性阻抗Z0=75Ω介质基片面性εr=2.55,H=1mm假定负载在2GHz时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=λ/4,两分支线之间的距离为d2=λ/8。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅值从1.8GHz至2.2GHz的变化。四、实验步骤1.建立新项目，确定项目频率，步骤同实验1的1-3步。2.将归一化输入阻抗和负载阻抗所在位置分别标在Y-Smith导纳图上，步骤类似实验1的4-6步。3.设计单支节匹配网络，在圆图上确定分支z与负载的距离d以及分支线的长度1，根据给定的介质基

4、片、特性阻抗和频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。注意在圆图上标出的电角度360度对应二分之一波长，即λ/2。4.在设计环境中将微带线放置在原理图中。将微带线的衬底材料放在原理图中，选择MSUB并将其拖放在原理图中，双击该元件打开ELEMENTOPTIONS对话框，将介质的相对介电常数、介质厚度H、导体厚度依次输入。注意微带分支线处的不均匀性所引起的影响，选择行当的模型。5.负载阻抗选电阻与电感的串联形式，连接各元件端口。添加PORT，GND，完成原理图，并且将项目频率改为扫频1.8-2.2GHz.6.在PROJ下添加图，添加测量，进行

5、分析。7.设计双支节匹配网络，重新建立一个新的原理图，在圆图上确定分支线的长度l1、l2，重复上面步骤3~5。五、仿真过程1、单支节匹配在OutputEquation中绘制Smith圆图，代码如下：绘制的圆图如图所示。标记出了归一化的输入阻抗zin和负载阻抗zl。绘出了负载等反射系数圆R，纯电纳等反射系数圆Rs和匹配圆Rm。单支节匹配器仿真结果使用TXLINE计算器计算过程匹配按如下步骤进行：首先从负载处（标号4346.5）沿等反射系数圆移动到与匹配圆焦点处（标号229.5），可知移动了198.83°（注意到圆图上360°对应半波长，故计算采用

6、的角度为99.415°），对应的电尺寸可以使用TXLINE计算器得到，为L=28.823mm，W=1.4373mm。其次从标号229.5点处，得到单支节传输线阻抗为，在Rs圆上作出该点（标号为18895），其角度为55.88°，从开路点向源方向顺时针旋转到该点，可知移动了304.12°，同理使用TXLINE计算器可得到支节的电尺寸，为L=44.198mm，W=1.4373mm。由以上的分析与计算，可绘制电路图，如图1.1所示。参数为调谐后的值。图1.1单支节匹配器电路图所选微带线模型的含义：TL1：输入端口处的微带线TL2：负载到支节的微带线M

7、TEE表示T型接头MLEF（YL3）表示终端开路单支节微带线MSUB表示微带线衬底材料输入端的反射系数如图1.2所示。图1.2输入端反射系数仿真图2、双支节匹配双支节匹配时在OutputEquation中增量添加如下代码。如图1.5所示为双支节匹配Smith圆图。其中Rf是旋转后的匹配圆，zl1是负载阻抗沿着传输线移动即180°以后得到的点（设为A点）。Rmm是zl1点所在的等电导圆，沿着该圆顺时针旋转到Rf圆的交点（设为B点），作出该交点的等发射系数圆Rp，交匹配圆Rm（设为C点）。A点到B点导纳值相减即为第一支节的阻抗值，为1.523，B点

8、到C点导纳值之差即为第二支节的阻抗值，为2.16。在纯电纳等反射系数圆（即最大的圆Rs）上作出两个支节的阻抗值，从开路点顺时针移动到此两点，读出移动的