北邮微波仿真实验报告.docx

1、微波仿真实验实验报告 题目：微波仿真实验学院：电子工程学院班级：姓名：学号：2013xxxxxx微波仿真课（1）一、 实验要求：1. 了解ADS Schematic的使用和设置。打开ADS软件（2009版本），选择“以管理员身份运行”，新建工程并命名，新建Schematic窗口。截图如下：2. 在Schematic里，分别仿真理想电容20pF和理想电感5nH，仿真频率为（1Hz-100GHz），观察仿真结果，并分析原因。 理想电容20pF，仿真频率为（1Hz-100GHz）： 电路图：对数曲线：分析：由计算可知：S11=Z/Z+2 S12=2/Z+2,该网络互易对称可知S21=S12, S22

2、=S11, Z=1/jC, 随着频率的增加，S11=Z/Z+2将会减小，最终趋向于0，即-70db, S12=2/Z+2，f=1HZ时，Z趋近于无穷，S12趋近于0，即1db, f逐渐增大到100GHZ时，Z=1, S12=1/3，仍然接近于0，即1db。 理想电感5nH，仿真频率为（1Hz-100GHz）： 电路图：史密斯圆图：对数曲线：分析：由计算可知：S11=Z/Z+2 S12=2/Z+2。由该网络互易对称可知S21=S12, S22=S11, Z=jL, 随着频率的增加，S11=Z/Z+2将会增大，最终趋向于1，即0db, S12=2/Z+2将会随着频率的减小而减小，最终趋向于0，在图

3、中即为-30db。3.Linecalc的使用：a) 计算中心频率1GHz时，FR4基片的50微带线的宽度；将FR4基片的参数输入到Linecalc中，计算得到中心频率1GHz时，FR4基片的50微带线的宽度为1.543670mm，截图如下：b) 计算中心频率1GHz时，FR4基片的50共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线宽度与接地板之间的距离）。将FR4基片的参数输入到Linecalc中，计算得到中心频率1GHz时，FR4基片的50共面波导（CPW）的中心信号线宽度为87.8355mm,与接地板之间的距离为5mm，截图如下：4.基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50四分之一波长开路CPW

4、线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分析原因。电路图：Smith圆图：分析：Smith圆图上近似在r = 无穷的等电阻圆上转一圈多，频率每增加1G，圆就增加半圈，即/4电长度，由于CPW存在损耗，即衰减系数不为0，相位常数不为0，所以相位和大小均发生改变，所以反射系数成螺旋型，当频率为0时，位于史密斯原图开路点处，1GHZ时，顺时针旋转半个周期到短路点处，反射系数的绝对值即为所在点到圆心的距离，虽然从500M到3G时，反射系数的大小都接近1（终端短路时的传输系数），但随着频率的升高，反射系数的绝对值略有减小，同时说明传输系数增大，说

5、明随着频率越高，衰减系数越小，即损耗越小。5.基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50四分之一波长短路CPW线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。电路图：史密斯圆图：分析：阻抗计算结果：500MHz时，Zin = Z0*(0.069+j1.042) j*Z02GHz下， Zin = Z0*(0.034-j*0.026) 0变化原因：对以1GHz为中心频率的1/4波长CPW而言，对1GHz对应1/4波长，此时阻抗倒置，由短路点变为开路点； 2GHz下，频率加倍，波长减半，对相同的波导

6、规格，电长度加倍，相当于1/2波长，阻抗还原，仍为短路点，500MHz时，电长度相当于1/8波长，相当于从短路点（-1，0）在Smith圆图中顺时针（向源）旋转了1/4个圆。6.分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50四分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。理想传输线，特性阻抗为50四分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz：电路图：史密斯圆图： 微带传

7、输线，特性阻抗为50四分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz： 电路图：史密斯圆图： 理想传输线，特性阻抗为50四分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz：电路图：史密斯圆图：微带传输线，特性阻抗为50四分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz：电路图：史密斯圆图：分析：理想传输线的史密斯圆图在开路圆山重复旋转将近一圈多，而微带传输线的史密斯圆图的曲线呈螺旋型，且随着频率的增大，波长变小，即对应相同的波导，电长度变大，此时反射系数的模值变小，即说明理想传输线不存在损耗，而微带线的损耗随着频率的增加而

8、减小。对于1Ghz对应的/4的理想传输线，2Ghz对应/2的理想传输线，相当于阻抗还原，对于没有损耗的理想传输线来说，其输入阻抗接近无穷，而对应微带传输线来说，其因为存在损耗，所以值会略有减小。500Mhz对应的是/8，即从开路点处朝源的方向，即顺时针旋转/8长度得到的输入阻抗，同理，微带线比理想线略小。扩展仿真频率，由于理想传输线不存在损耗，所以即时频率扩展了，也仍以2G为一个频率周期重复再开路圆上画圆，而由于微带线存在损耗，随着频率越来越大，反射系数的模值将会越来越小。7.分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50四分之一波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。

9、仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。理想传输线，特性阻抗为50四分之一波长，短路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz：电路图：史密斯圆图： 微带传输线，特性阻抗为50四分之一波长，短路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz： 电路图：史密斯圆图： 理想传输线，特性阻抗为50四分之一波长，短路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz：电路图：史密斯圆图： 微带传输线，特性阻抗为50四分之一波长，短路线，工作频

10、率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz： 电路图：史密斯圆图：分析：四分之一波长短路线的短路点在1GHz，即中心工作频率。对于理想传输线，能量并不会随频率升高而衰减，因此史密斯原图无变化。而对于微带线，因为微带线有耗，损耗随功率升高而增大，因此反射系数逐渐减小，从而随着频率的升高，半径越来越小。8.分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50二分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因

11、。理想传输线，特性阻抗为50二分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz：电路图：史密斯圆图： 微带传输线，特性阻抗为50二分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz：电路图：史密斯圆图： 理想传输线，特性阻抗为50二分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz： 电路图：史密斯圆图：微带传输线，特性阻抗为50二分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz：电路图：史密斯圆图：分析：二分之一波长开路线的开路点在1GHz，即中心工作频率。对于理想传输线，能量并不会随频率升高而衰减，因此

12、史密斯原图无变化。而对于微带线，因为微带线有耗，损耗随功率升高而增大，因此反射系数逐渐减小，从而随着频率的升高，半径越来越小。9.分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50二分之一波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。理想传输线，特性阻抗为50二分之一波长，短路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz：电路图：史密斯圆图： 微带传输线，特性阻抗为50二分之一波长，短路线，工作频

13、率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz：电路图：史密斯圆图： 理想传输线，特性阻抗为50二分之一波长，短路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz：电路图：史密斯圆图： 微带传输线，特性阻抗为50二分之一波长，短路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz： 电路图：史密斯圆图：注：FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02。分析：二分之一波长开路线阻抗不变，所以开路经阻抗变换后还是开路。微波仿真课（2）一、实验要求：1.用一段理想四分之一波长阻抗变换器匹配10欧姆到50欧姆，仿真S参数，给出-20dB带宽特性，工作频率为1GHz。

14、理想四分之一波长阻抗变换器，匹配10欧姆到50欧姆，工作频率为1GHz，频率范围取0-3GHz：电路图：对数曲线：2.用一段FR4基片上四分之一波长阻抗变换器匹配10欧姆到50欧姆，仿真S参数，给出-20dB带宽特性，工作频率为1GHz，比较分析题1和题2的结果。FR4基片上四分之一波长阻抗变换器，匹配10欧姆到50欧姆，工作频率为1GHz，频率范围取0-3GHz，步长取1MHz：电路图：对数曲线：分析：由图可知，-20dB的带宽W=1065-921=143MHz，最低点对应频率为1GHz，即史密斯圆图的圆心处，由此可见已完成匹配，带宽略大于理想传输线。3.设计一个3节二项式匹配变换器，用于匹配10欧姆到50欧姆的传输线，中心频率是1GHz，该电路在FR4基片上用微带线实现，设计这个匹配变换器并计算的带宽，给出回波损耗和插入损耗与频率的关系曲线，比较分析题2和题3的结果。取频率范围为0-3GHz，步长为0.001GHz，由题目可知，ZL=10，ZS=50，所以：Z1=ZL(7/8)ZS(1/8)=12.23，Z2=ZL(1/2)ZS(1/2)=22.36，Z3=ZL(1/8)ZS(7/8)=40.89。电路图：对数曲线：分析：由该反射系数幅频特性曲线可以看出，回波损耗最低点约在1Ghz附近，说明在1GHz附近实现阻抗匹配。的带宽：即