北邮通信工程微波实验报告.pdf

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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：电磁场与微波技术实验班级：姓名：学号：日期：2013年5/6月电磁场与微波技术实验报告实验一分支线匹配器一、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响应波长的减小，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GHz以上时，在负载和传输线之间并联或

2、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上并联适当的电纳（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。图1.1支节匹配器原理单支节匹配的基本思想是选择支节到阻抗的距离d，使其在距负载d处向主线看去的导纳Y是YjB形式。然后，此短截线的电纳选择为jB，根据该电纳值确定分

3、支短截线的长度，0这样就达到匹配条件。双支节匹配器，通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线的长度就能达到匹配。双支节匹配存在匹配禁区。图中假设主传输线和分支线的特性阻抗都是Zl0,1、l2分别为两条分支线的长度，d1为负载与最近分支线的距离，d2为两分支线之间的距离，d可以是/4、/8、3/8。本实验考虑d/8的情况。22第1页电磁场与微波技术实验报告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

4、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。我们仿真软件中有专门计算微带线特性阻抗的程序，在主窗口顶部的Window下拉菜单的TXLINE里。三、实验内容已知：输入阻抗Z75in负载阻抗Zj(6435)L特性阻抗Z750介质基片2.55，H1mm，导体厚度T远小于介质片厚度H。r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

5、距离d，两分支线之间的距离为d。画出几种可能的电路图1248并且比较输入端反射系数幅值1.8GHz从至2.2GHz的变化。四、实验步骤1．建立新项目，确定项目中心频率为2GHz，步骤同实验一的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，步骤类似实验一的4-6步。3．设计单支节匹配网络，在圆图上确定分支线与负载的距离d以及分支线的长度l所对应的电长度，根据给定的介质基片、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°对应

6、二分之一波长，即。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，选择适当的模型。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，完第2页电磁场与微波技术实验报告成原理图，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，进行分析。7．设计双支节匹

7、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、，重复上面步骤3~5。五、仿真过程1、单支节匹配在OutputEquation中添加方程，代码如下：其中zl、zin表示归一化后的负载阻抗和输入阻抗。b=step(-100,100,0.01)定义相角变量b从-100到100，步长为0.01弧度。R=zl*exp(j*b)表示模值为zl，相角为b的变量，对应等反射系数圆。Gamma=(Zl-Zo)/(Zl-Zo)表示反射系数。Rm=0.5*exp(j*b)-0.5表示g=1的匹配圆。Rs=e

8、xp(j*b)表示纯电纳圆(单位圆)。绘制的圆图如图1.2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。图1.2单支节匹配Smith圆图第3页电磁场与微波技术实验报告单支节匹配按如下步骤进行：首先从负载处（标号15028）顺时针向源沿等反射系数圆R移动到与匹配圆交点处（标号18746），可知移动了93.57+104.6=198.17°（注意到圆图上360°对应半波长，故计算采用的角度为198.17/2=99.085