微波技术实验报告.docx
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微波技术实验报告
微波技术与计算机仿真实验报告
实验一史密斯圆图与传输线理论的关系
1.1不同负载阻抗所对应的传输线工作状态及其在史密斯圆图上对应的区域；
实验步骤：
1.连接负载、传输线和微波端口,传输线长度
电路连接如图所示：
2.进一步将负载阻抗设置为50欧姆，传输线阻抗设置为50欧姆，传输线长度为0，衰减为0，微波端口阻抗也设置为50欧姆。
3.分析计算后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；
4.将负载阻抗实部设置为小于50欧姆，虚部为零，其余设置不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；5.将负载阻抗实部设置为大于50欧姆，虚部为零，其余设置不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；
6.负载阻抗的实部不变，将负载阻抗的虚部设置为大于0，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；
7.负载阻抗的实部不变，将负载阻抗的虚部设置为小于0，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；
8.将负载阻抗的实部设置为0，虚部为分别设置为0、大于0，小于0和10000，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；
姓名
黑XX
班级
XXXXXX班
学号
XXXXXXXXXXXXX
实验内容
不同负载阻抗所对应的传输线工作状态及其Smith圆图对应的区域
负载阻抗
工作频率
反射系数
（幅度，相位）
圆图区域
50
5Ghz
0.0020.003
匹配点
10
5Ghz
0.667179.919
低阻区
100
5Ghz
0.3340.081
高阻区
50+j100
5Ghz
0.70744.973
感性区
50-j100
5Ghz
0.708-44.973
容性区
0
5Ghz
1.002179.793
短路点
j100
5Ghz
1.00153.168
电感区
-j100
5Ghz
1.00153.431
电容区
j10000
5Ghz
1.0000.597
开路点
结论
原点代表传输线处于行波状态，此时，输入阻抗等于传输线的特征阻抗，反射系数为0。
反射系数的模等于1，对应于Smith圆图上半径等于1的圆。
归一输入阻抗为纯电抗。
第1、2象限为感抗，第3、4象限为容抗。
Γ=1的点为开路点
Γ=-1的点为短路点
输入阻抗既不是纯电抗，也不等于传输线的特征阻抗的区域是行驻波区域。
第1、2象限，输入阻抗的虚部大于0，为感性区。
第3、4象限，输入阻抗的虚部小于0，为容性区。
实轴上，电抗为0，阻抗为纯电阻。
且Γ>0，Zin>Z0，为电压波腹。
Γ<0,Zin为电压波节。
1.2反射系数沿传输线变化在阻抗圆图上的轨迹的观察研究
1.如图1示连接负载、传输线和微波端口，将频率设置为固定频率。
2.将负载阻抗设置为复数，其余参数不变；
3.改变传输线的长度，从0到λ/2变化（分别选6个以上长度以上进行计算仿真），观察反射系数随传输线长度改变在阻抗圆图上位置的变化，填入实验报告
4.将传输线的衰减值设置为有限值（如5），其余参数不变，重复步骤3，观察反射系数随传输线长度改变在圆图上的变化，将结果填入实验报告。
5.对步骤2.3和2.4的结果进行分析和比较，总结反射系数幅度和相位随参考面变化的规律并写入实验报告
实验内容
反射系数沿传输线变化在阻抗圆图上轨迹的
研究
传输线长度
传输线衰减
工作频率
反射系数
轨迹变化
5mm
0
5Ghz
0.4373.461
对于无耗传输线，反射系数的模保持不变，沿着等反射系数圆。
由负载→源相位滞后-顺时针；
由源→负载相位超前-逆时针
变化周期λ/2
对于有耗传输线，除了相位的变化以外，反射系数的模沿着源→负载逐渐减小，相位仍然呈现周期性的滞后与超前。
10mm
0
5Ghz
0.446-56.971
15mm
0
5Ghz
0.448-116.924
20mm
0
5Ghz
0.445-176.868
25mm
0
5Ghz
0.448123.212
30mm
0
5Ghz
0.449
63.051
5mm
5
5Ghz
0.4423.426
10mm
5
5Ghz
0.434
-56.436
15mm
5
5Ghz
0.431
-116.281
20mm
5
5Ghz
0.426176.752
25mm
5
5Ghz
0.421123.381
30mm
5
5Ghz
0.413
63.196
（3）负载阻抗改变与反射系数在阻抗圆图上的变化轨迹的关系
1如步骤1.2图1所示连接负载、传输线和微波端口，将频率设为固定值，传输线的长度设置为0，负载阻抗设置为复数，其余参数不变；
2改变负载阻抗的实部（从小到大变化），虚部不变，观察阻抗圆图上反射系数的变化轨迹，记录结果；
3改变负载阻抗的虚部（从小到大变化），实部不变，观察阻抗圆图上反射系数的变化轨迹，记录结果；
实验内容
负载阻抗改变与反射系数在阻抗圆图上的
变化轨迹的关系
（1）
负载阻抗
工作频率
反射系数
轨迹变化
50+j10
5Ghz
0.09789.713
负载变化在圆图上的轨迹
电阻不变，电抗变化：
沿等电阻圆变化。
电导不变，电纳变化：
沿等电导圆变化。
电抗不变，电阻变化：
沿等电抗圆变化。
电纳不变，电导变化：
沿等电纳圆变化。
50+j50
5Ghz
0.44863.573
50+j80
5Ghz
0.62451.451
50+j100
5Ghz
0.70744.972
50+j200
5Ghz
0.89626.496
50+j500
5Ghz
0.98211.222
50+j1000
5Ghz
0.9945.996
10+j50
5Ghz
0.8288.991
50+j50
5Ghz
0.44863.573
100+j50
5Ghz
0.44625.681
200+j50
5Ghz
0.6206.987
500+j50
5Ghz
0.8181.209
20+j50
5Ghz
0.67885.356
80+j50
5Ghz
0.42038.206
实验二阻抗匹配的计算机仿真设计
2.11/4波长阻抗变换器的设计
（1）对复数阻抗负载在50欧姆传输线系统中，用1/4波长阻抗变换器进行匹配。
得出1/4波长阻抗变换器的特性阻抗和1/4波长阻抗变换器插入的位置。
（2）将频率设置成扫频模式，如图2所示，分析计算后，观察驻波比分别小于1.2、1.5、2.0的带宽，并填入实验报告。
实验内容
λ/4阻抗变换器的设计
负载阻抗
中心频率
L1
Z01
L2
Z02
带宽
SWR1.2
SWR1.5
SWR2.0
60+j100
5Ghz
3.5mm
50ohm
15mm
124.346ohm
100Mhz
800Mhz
1.4Ghz
注：
L1为接入第一段传输线的长度，Z01为该传输线特性阻抗，L2为λ/4阻抗变换器长度，Z02为λ/4传输线特性阻抗。
2.2单枝节（短截线）匹配的设计
实验内容
单枝节（短截线）匹配的设计
负载阻抗
中心频率
L1
Z01
L2
Z02
带宽
SWR1.2
SWR1.5
SWR2.0
60+j100
50Ghz
14.6mm
50ohm
4.7mm
50mm
200Mhz
400Mhz
750Mhz
注：
L1为接入第一段传输线的长度，Z01为该传输线特性阻抗，L2为枝节（短截线）长度，Z02为枝节（短截线）特性阻抗。
匹配电路如图所示：
2.3L匹配（用集总元件匹配）
原理图如下：
实验内容
L匹配
（1）
负载阻抗
中心频率
串/并L/C
串/并
L/C
带宽
SWR1.2
SWR1.5
SWR2.0
60+j100
5Ghz
并496.47fF
串
3.05nH
300Mhz
900Mhz
1.4Ghz
匹配电路图如下所示：
实验内容
L匹配
（2）
负载阻抗
中心频率
串/并
L/C
串/并
L/C
带宽
SWR1.2
SWR1.5
SWR2.0
60+j100
5Ghz
并
30.99nH
串
348.86fF
1.0Ghz
2.20Ghz
4.0Ghz
总结：
使用1/4波长变换器进行阻抗匹配，对于匹配实数负载阻抗到传输线，是简单而有用的电路。
通过在负载和变换器之间加一段合适长度的传输线，或者一个合适的串联或并联电抗性短截线，复数负载阻抗也能够转换成实数阻抗，从而可以使用1/4波长变换器进行匹配。
但是它将变更等效负载的频率依赖性，频率依赖性常有降低匹配带宽的效应。
用短截线进行匹配微波电路具有以下特点：
因为不需要集总元件，所以这种调谐电路是方便的。
并联调谐短截线容易制成微带或者带状线形式。
使用短截线进行匹配带宽比较窄。
用集总元件进行匹配微波电路具有以下特点：
体积小、重量轻，特别适合微波集成电路
在工作频段内，元件值基本不随频率变化，比分布元件工作频带宽损耗大，功率容量低
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