典型射频电路设计-微波电路课程设计报告Word文档下载推荐.docx
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年级
2013级
设计要求：
1、微带低通滤波器 2、微带功分器
通带频率：
2.5GHz 工作中心频率：
2.5GHz止带频率：
5GHz P2:
P3=1:
2
通带波纹：
0.5dB
输入输出阻抗：
50Ω衰减>
40dB
3、微带带通滤波器 4、射频放大器
带内波纹：
0.01dB 工作频率：
3.2GHz
中心频率：
5GHz 增益：
>
10dB
下边频：
4.5GHz 带宽：
100MHz
上边频：
5.5GHz 噪声系数：
<
3dB在3.7GHz频率点衰减>
30dB
学生应完成的工作：
分别完成微带低通滤波器、功率分配器、带通滤波器和放大器的一系列工作
1）电路原理图设计；
2）进行相应的仿真和调试；
3）进行相应的Layout图的设计；
4）进行电磁能量图仿真
参考资料：
《微波技术基础》廖承恩编著西安电子科技大学出版社
《微波技术及光纤通信实验》韩庆文主编 重庆大学出版社
《射频电路设计——理论与应用》ReinholdLudwig PavelBretchko编著电子工业出版社
课程设计工作计划：
设计分两周进行：
第一周完成切比雪夫低通滤波器和威尔金森功分器的设计第二周完成微带滤波器和放大器的设计
任务下达日期2016年9月5日 完成日期2016年9月18日
指导教师 （签名） 学生 （签名
重庆大学本科学生课程设计任务书
）
2、本表除签名外均可采用计算机打印。
本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。
摘要
本次主要涉及了低通滤波器，功分器，带通滤波器和放大器，用到了
AWR，MATHCAD和ADS软件。
在低通滤波器的设计中，采用了两种方法：
第一种是根据设计要求，选择了合适的低通原型，利用了RICHARDS法则用传输线替代电感和电容，然后用
Kuroda规则进行微带线串并联互换，反归一化得出各段微带线的特性阻抗，组后在AWR软件中用Txline算出微带线的长宽，画出原理图并仿真，其中包括
S参数仿真，Smith圆图仿真和EM板仿真。
第二种是利用低通原型，设计了高低阻抗低通滤波器，高低阻抗的长度均由公式算得出。
在功分器的设计中，首先根据要求的工作频率和功率分配比K，利用公式求得各段微带线的特性阻抗1，2，3端口所接电阻的阻抗值，再用AWR软件确定各段微带线的长度和宽度，设计出原理图，然后仿真，为了节省材料，又在原来的基础上设计了弯曲的功分器。
同时通过对老师所给论文的学习，掌握到一种大功率比的分配器的设计，其较书上的简单威尔金森功分器有着优越的性能。
对于带通滤波器，首先根据要求选定低通原型，算出耦合传输线的奇模，偶模阻抗，再选定基板，用ADS的LineCalc计算耦合微带线的长和宽，组图后画出原理图并进行仿真。
设计放大器时，一是根据要求，选择合适的管子，需在选定的频率点满足增益，噪声放大系数等要求。
二是设计匹配网络，采用了单项化射界和双边放大器设计两种方法。
具体是用ADS中的Smith圆图工具SmitChaitUtility来辅助设计，得到了微带显得电长度，再选定基板，用ADS中的LineCalc计算微带线的长和宽。
最后在ADS中画出原理图并进行仿真，主要是对S参数的仿真。
为了达到所要求的增益，采用两级放大。
其中第一级放大为低噪声放大，第二级放大为双共轭匹配放大。
由于在微波领域，很多时候要用经验值，而不是理论值，来达到所要求的元件特性，因此在算出理论值之后，常常需要进行一些调整来达到设计要求。
关键词：
低通原型 Kuroda规则 功率分配比 匹配网络微带线
课程设计正文
1.切比雪夫低通滤波器的设计
1.1设计要求：
五阶微带低通滤波器：
截止频率2.5GHZ
止带频率：
5GHZ通带波纹：
0.5dB止带衰减大于42dB
50欧
1.2设计原理：
切比雪夫低通滤波器具有陡峭的通带——阻带过渡特性，且陡峭程度与带内波纹有关。
一般来说波纹越大，通带——阻带过渡越陡峭。
在通带外，切比雪夫低通滤波器衰减特性较其他低通滤波器提高很多倍。
切比雪夫低通滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦。
切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内存在幅度波动。
为了将低通原型的截止频率从1变换到wC，需要乘以因子
1/wC来确定滤波器的频率，这是通过w/wC来代替w的。
w
w=WwC ®
W=
C
对于低通原型中的串联电感jXL，并联电容jXc变换为低通滤波器中的感抗，
容抗，可通过下面的公式来计算：
jX =
j（w =jwL®
L`= L
L
jXC=
）L
wc
1 = 1
w jwC
wc
®
C`=C
j（ ）C c
1.3设计流程图：
性能指标分析
Mathcad
参数计算
绘制集总元件图
集总元件性能仿真
分布参数计算
绘制EM
图
电磁仿真
性能仿真
参数修改
绘制微带线图
验证修改
成功~！
！
1.4设计步骤：
步骤1：
利用MATHCAD进行参数计算：
画出归一化低通原型的电路图如图一所示：
图一集总参数模型图
步骤2：
集总元件的绘制与仿真：
由于输入输出阻抗为50Ohm，用原型值进行阻抗变换，得到各组件的真实值，
用AWR软件画出相应的电路图如图二所示：
图二：
集总参数原理图
得到相应的S参数仿真图：
图三低通原型S参数仿真图
Smith圆图仿真：
从图中可以看到：
仿真轨迹最终到达匹配点Z=1，可知输入输出带到了匹配。
步骤3：
分布元件参数的计算
用图二中开路，短路的并联，串联微带线替换图一中的电容和电感，只需直接运用Richards变换即可得到微带线的特性阻抗和特性导纳为：
图四用串联并联微带线代替电感器和电容器
为了在信号端和负载端达到匹配并使滤波器容易实现，需要引入单元组件以便能够应用第一和第二个Kuroda规则，从而将所有串联线段变为并联线段。
由于这是一个五阶低通滤波器，我们必须配置总共4个单位组件以便将所有串联短路线变为并联开路线段。
首先，在滤波器的输入，输出端口引入两个单位元件：
图五配置第一套单位元件
因为单位元件与信号源及负载的阻抗都是匹配的，所以引入它们并不影响滤波器的特性。
对于第一个并联短线和最后一个并联短线应用Kuroda准则后的结果如图所示：
图六将并联线变换为串联线
因为这个电路有四个串联短线，所以仍然无法实现。
如果要将它们变换成并联形式，还必需再配置两个单位元件。
如图七所示：
图七配置第二套单元元件
因为单元元件与信号源及负载的阻抗相匹配，所以引入他们并不影响滤波
器的特性。
对于图七中的电路应用Kuroda法则，则可以得到如图八所示的电路，真正能够实现的滤波器设计结果：
Z1 Z2 Z3 Z4 Z5
图八利用Kuroda法则将串联短路线变为并联短路线的滤波器电路
对应的阻抗值为：
经计算后得到的各个值为：
Z1=Z5
ZUE3=ZUE4
Z2=Z4
ZUE1=ZUE2
Z3
2.625
1.614
0.489
1.789
0.372
步骤四：
反归一化。
将单位元件的输入，输出阻抗变成50欧的比例变换。
得到实际阻抗的值。
反归一化后得到的值
131.25
80.7
24.45
89.45
18.6
通过使用AWR软件对所设计的滤波器的微带线尺寸进行调整，最终基本达到设计的要求。
在基板H=1000，T=20um，介质常量Er=2.2的情况下，在ADS的软件中选择
LineCalc选项，用LineCalc来计算出微带线长度，频率=2.5GHZ,计算出微带线的长度与宽度。
用LineCalc计算后得到的长度,宽度值
电阻值（W）
50
127.67
82.185
22.68
82.91
18.58
长（um）
10913.5
11406.7
11178.8
10565.7
11183.6
10496.8
宽（um）
3074.5
482.2
1330.7
8829
1308.3
11218.1
绘制微带线原理图并仿真：
1.根据Txline计算出来的各元件对应的微带线的长度和宽度，用AWR软件画出微带线原理图如下图：
注意事项：
需要在三端口的转接头与微带线连接时需要接一个二端口的转接头。
运用Kuroda准则是要注意
（1）：
用G值带入计算
（2）：
如果用C L值计算是需要再用c=g*z0/（2*3.14*f）l=g/z0（2*3.14*f）带入求出相关的值
2.对微带线原理图进行仿真得到S参数仿真图：
从s11参数仿真图可以看出，0到1.8GHZ范围内衰减为0，由于是用微带
线设计的滤波器，在截止频率为2.5GHZ处，其衰减刚好为3dB.在止带频率
4GHZ处，其衰减接近40dB，通带——阻带过渡陡峭，低通特性良好，满足设计要求。
3.对微带线原理图用Smith圆图进行仿真：
在0——4GHZ范围内的仿真结果，从图中可以看出，当0GHZ时，从匹配点开始反射系数组建增大，当频率在0到2.5GHZ的变化过程中，仿真轨迹均在Z=1这个匹配点附近移动，移动幅度不大，因此，能量大部分可以传输出去。
但各鬼
几点都表现出向外失配的趋势，当频率大于4GHZ时，我们发现轨迹点迅速失配，移向Smith圆图的最外圈，能量将不能从此滤波器传输出去，因此，该滤波器
从总体上达到了设计上的要求。
步骤五：
绘制EM图：
用快捷键viewlayout，得到EM板的平面图。
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