北邮微波仿真实验报告.docx

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北邮微波仿真实验报告

微波仿真课（3）

FR4基片：

介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02

第三次课作业

Momentum

1．在FR4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，二分之一波长开路线和二分之一波长短路线，中心工作频率为1GHz，并与Schematic仿真结果比较。

仿真的频率:

0-3GHz.

1）λ/4微带传输线短路仿真

1.1）通过linecalc计算出λ/4电长度，特征阻抗50欧微带线参数

1.2）将微带线置于原理图中

1.3）将微带线置于版图中，通过打孔以实现接地，实现短路

1.4）λ/4短路仿真结果分析

1.5）原理图仿真结果

1.6）仿真结果分析

对于1Ghz中心工作频率的λ/4微带线，2Ghz对应λ/2电长度，相当于阻抗还原，即为短路点，而3Ghz相当于阻抗倒置，相当于由短路点倒置为开路点。

2Ghz为一个周期，所以仿真频率为0到3Ghz，在频谱特性图中将能看到一个半周期循环，而由于微带线存在损耗，所以在史密斯原图中观察反射系数，将能看到约一个半周期的螺旋线，频率越大，损耗越大，反射系数模值越小。

将schematic中仿真所得结果与Momentum中仿真所得结果进行比较，发现蓝线与红线几乎是重合的,仅存在很小的误差，是因为用Momentum仿真在绘制FR4基板时会偶尔有小的误差出现。

2）λ/4微带传输线开路仿真

2.1）通过linecalc计算出λ/4电长度，特征阻抗50欧微带线参数

2.2）将微带线置于原理图中

2.3）将微带线置于版图中，实现开路

2.4）λ/4开路仿真结果分析

2.5）原理图仿真结果

2.6）仿真结果分析

对于1Ghz中心工作频率的λ/4微带线，2Ghz对应λ/2电长度，相当于阻抗还原，即为开路点，而3Ghz相当于阻抗倒置，相当于由开路点倒置为短路点。

2Ghz为一个周期，所以仿真频率为0到3Ghz，在频谱特性图中将能看到一个半周期循环，而由于微带线存在损耗，所以在史密斯原图中观察反射系数，将能看到约一个半周期的螺旋线，频率越大，损耗越大，反射系数模值越小。

将schematic中仿真所得结果与Momentum中仿真所得结果进行比较，发现蓝线与红线几乎是重合的,仅存在很小的误差，是因为用Momentum仿真在绘制FR4基板时会偶尔有小的误差出现。

3）λ/2电长度短路仿真

3.1）通过linecalc计算出特征阻抗为50欧，电长度为λ/2的微带线参数。

3.2）将其置于schematic中。

3.3）将其置于momentum文件中（打孔接地实现短路）

3.4）momentum仿真结果

3.5）原理图仿真结果

3.6）仿真结果分析

对于1Ghz中心工作频率的λ/2微带线，1Ghz对应λ/2电长度，相当于一个周期，而3Ghz相当于3个周期，相当于此时阻抗还原为短路点，而仿真频率为0到3Ghz，在频谱特性图中将能看到三个周期循环，而由于微带线存在损耗，所以在史密斯原图中观察反射系数，将能看到约三个周期的螺旋线，频率越大，损耗越大，反射系数模值越小。

将schematic中仿真所得结果与Momentum中仿真所得结果进行比较，发现蓝线与红线几乎是重合的,仅存在很小的误差，是因为用Momentum仿真在绘制FR4基板时会偶尔有小的误差出现。

4）λ/2电长度开路仿真

4.1）通过linecalc计算出特征阻抗为50欧，电长度为λ/2的微带线参数。

4.2）将微带线置于原理图中，并设置为开路，设置仿真频率

4.3）将微带线置于版图中

4.4）momentum仿真结果

4.5）schematic仿真结果分析

4.6）仿真结果分析

对于1Ghz中心工作频率的λ/2微带线，1Ghz对应λ/2电长度，相当于一个周期，而3Ghz相当于3个周期，相当于此时阻抗还原为开路点，而仿真频率为0到3Ghz，在频谱特性图中将能看到三个周期循环，而由于微带线存在损耗，所以在史密斯原图中观察反射系数，将能看到约三个周期的螺旋线，频率越大，损耗越大，反射系数模值越小。

将schematic中仿真所得结果与Momentum中仿真所得结果进行比较，发现蓝线与红线几乎是重合的,仅存在很小的误差，是因为用Momentum仿真在绘制FR4基板时会偶尔有小的误差出现。

2．针对第1题，改变仿真的频率为:

0-40GHz，观察上述传输线的性能变化并分析原因

1）λ/4短路仿真（改变仿真频率）

2）λ/4开路仿真（改变仿真频率）

3）λ/2短路仿真（改变仿真频率）

4）λ/2开路仿真（改变仿真频率）

5）分析

与上一题相比，由于仿真频率范围的增大，仿真结果更加精确，但同时也产生较多的失真。

对于λ/2微带线来说，0到40Ghz约为40个周期，对于λ/2微带线来说，约为20个周期，且随着频率增大，波长减小，电长度增大，由于材料不是理想传输线，所以损耗随频率增大，即反射系数的模值随频率增大而减小。

3．在Momentum里，仿真一个大小为40mm*45mm端接3mm*1mm的负载（频率:

0.5-2.5GHz），结构如下：

求出f=1.6GHz的阻抗值，并在该频率下针对该负载分别设计并联开路单枝节和并联短路单枝节匹配到50Ω（如果中心频率出现偏移，试看能否通过调整传输线尺寸，将其性能调回1.6GHz），观察仿真结果，分析带宽性能。

1）按设计要求在momentum面板中放置微带线

2）momentum仿真结果

3）单点仿真求出1.6GHZ处的阻抗

4）利用史密斯原图实现并联单支节匹配

5）通过linecalc工具计算微带线参数，在版图中实现并联单支节匹配（通过三端口器件进行连接，在输入端口处接一段微带线以减小误差）

6）仿真结果分析

分析：

由s11幅频特性曲线可以看出，在频率为1.6Ghz处，回波损耗最小，也即在该频率点处负载最匹配，实现反射系数接近为0，由此可见实现单支节并联匹配。

在史密斯圆图中也可以看出在频率为1.6Ghz处，反射系数靠近原点，即反射系数模值接近为0，且输入阻抗接近为1，即实现负载匹配。

但由于微带线存在一定损耗，所以并没有理想传输线的数据精准。

4．用3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，并观察和分析仿真结果。

1）通过史密斯原图实现λ/4阻抗匹配

2）通过linecalc计算出微带传输线的参数，在版图中实现λ/4阻抗匹配

3）仿真结果及分析

4）分析：

由s11幅频特性曲线可以看出，在频率为1.6Ghz处，回波损耗最小，也即在该频率点处负载最匹配，实现反射系数接近为0，由此可见实现λ/4阻抗匹配。

在史密斯圆图中也可以看出在频率为1.6Ghz处，反射系数靠近原点，即反射系数模值接近为0，且输入阻抗接近为1，即实现负载匹配。

但由于微带线存在一定损耗，所以并没有理想传输线的数据精准。