微波射频仿确切验通知 一、实践室名称：微波、毫米波实践室 二、实践项目名称：微波与射频电道仿真与打算实践 三、实践学时：32 学时 四、实践道理： 行使微波电道仿真软件ADS(Advanced Design System) ，完工给定的微波电道打算劳动。 五、实践主意： 驾御微波电道CAD 的根本观点；懂得新颖微波电道CAD 的根本构成；驾御ADS 软件 并举办微波电道的筑模，仿真，优化和调试等劳动。 六、实践实质： 微波电道的根本观点；微波收集根本外面；ADS 软件的利用措施。 上机操作： 1． 完工给定的微波器件打算； 2 ． 完工实践通知。 七、实践东西（兴办、元器件）： 台式揣度机70 台；ADS 2009 仿真软件； U 盘（学生自备）。 八、实践办法： Wilkinson 功分器的打算 本实践是愚弄 ε =4.3，厚度h=0.8mm 的介质基板，打算公分比是1:1 的Wilkinson 功分器，正在核心 r 频率处完毕功率分派功效。电道模子和参数均参考冯新宇编写的《ADS2009 射频电道与仿线 道行了优化仿真，并天生幅员。固然带宽不作请求，可是通过一直优化后打算出来的功分器，其分派损耗、 隔断度和输入输出端驻波比正在较宽的频带内均有较好的性子。 a. 打算目标 打算一功分器，正在f0=3GHz 处完毕最佳处事，带宽不作请求，并作出书图仿真。 注：本实践打算的是 Wilkinson 功分器，目标若用打算出来后的目标既是：通带 2.9～3.1 GHz,公分 比1:1，带内各端口反射系数S11、S22、S33 小于-20dB,两头口隔断度S23 小于-25dB,传输损耗S21 小于 3.1dB。 b. 功分器简介 正在射频/微波电道中，为了将功率按必定比例分成两道或众道，须要利用功率分派器（简称功分器）， 正在近代射频/微波大功率固态发射源的功率放大器中广博的利用功分器，况且常常功分器是成对利用的， 现将功率分成若干份，然后正在判袂放大，再合成输出。 Wilkinson 功分器的布局如图1所示，看待功率中分的环境，输入和输出口间的分支线， 线长为四分之一线上波长，正在分支线末梢跨接一个电阻R，其值为2。这种功分器当2、3 口接完婚负载时， 1 口的输入无反射，反过来对2、3 口也如许。由端口1 输入的功率被中分到端口2 和3，且2、3 端口间 互相隔断。 图 1 wilkinson 功分器布局 c. 干系参数 分派损耗：指的是信号功率通过理思功率分派后和原输入信号比拟所减小的量。 插入损耗：正在传输体系的某处因为元件或器件的插入而发作的负载功率的损耗，它显示为该元件 或器件插入前负载上所罗致到的功率与插入后统一负载上所罗致到的功率的比值。 接受功率: 指的是可能正在此功分器上永远（不损坏的）通过的最大处事功率容限。 隔断度：本振或射频信号流露到其它端口功率与来到主意端口之间的比值。本实践中及S(3，2) 或S(2，3) 驻波比：端口入射电压和反射电压之比。本实践中的驻波比有三个S(1,1)、S(2,2)和S(3,3)。 d. 外面揣度公式 若2、3 端口的公分比K 满意K2=P3/P2，则对应如下示企图有 (2) Z02 R =Z K Z0 2 0 R (1) λ/4 R =Z /K 3 0 (3) 2 图 2 wilkinson 功分器模子揣度图 Z03 Z0 (1K 2 ) / K 3 Z02 Z0 (1K 2 )K R Z 1/K K 0 取K=1 即可算出反映的电阻。对Z0 举办阻抗完婚还要加λ /4 阻抗改观器。愚弄微带线举办打算时要 移用ADS 所带的揣度器材“LineCalc”举办揣度。由于是愚弄参数举办地毯式优化，相闭愚弄微带线电道 打算时精细的电容电感值的外面揣度从略。 e. 优化仿真 一齐仿真经过： 睡觉“Var ”扶植变量 睡觉“MSub ”扶植微带参数 原件睡觉与参数扶植 睡觉S 参数仿真器( “S-PARAMETERS ”)扶植扫描领域 连线加端口与接地 睡觉仿真扶植独揽器( “OPTIM ”)扶植扫描体例 睡觉目的独揽器(GOAL)扶植目的 变量领域篡改与优化目的篡改 优化仿真 参数扶植与目的扶植： 介质基片 H Er Mur Cond Hu T Tand Rough 0.8mm 4.3 1 5.88E+7 1.0E+33 mm 0.03 mm 1E-4 0 mm 变量(最终优化仿真出来的值) 微带长度l1 微带宽度w1 微带宽度w2 25.8652 mm 0.8571 mm 1.5951 mm 目的扶植(未列出权重) S(1,1) S(2,1) S(2,2) S(2,3) -25dB(2.9GHzf3.1GHz) -3.1dB(2.9GHzf3.1GHz) -15dB(2.9GHzf3.1GHz) -25dB(2.9GHzf3.1GHz) 布线 优化仿真截图： f. 仿线 g. 结果理会 由仿真弧线可能看出功分器处事正在 f0=3GHz,正在△f=3.1GHz-2.9GHz=200MHz 的 带宽内各项目标都合适 得至极好。输入端口驻波比S(1,1)和输出端口驻波比S(2,2)正在边频处抵达最大-25dB,最小值判袂是-50dB 和-49dB，正在处事频率f0 处S(2,1)和S(3,1)抵达-3.1dB,且公分比是 1:1。隔断度S(3,2)正在f0 处最小为 -37dB,正在边频处抵达最大-25dB。 h. 幅员天生 i. 幅员仿线 步调的证书里不供应此功效) 平行耦合微带线 同Wilkinson 功分器打算，本实践同样是愚弄 =4.3，厚度h=0.8mm 的介质基板来打算，电道模子和 r 参数均参考冯新宇编写的《ADS2009 射频电道与仿真》教材。之晚生对电道行了优化仿真，并天生幅员。 打算出来的滤波器正在一个较宽的频领导域内与目标优异吻合，可是正在离核心频率很远方，仍有一斗劲大的 升浸，微略胜过了-15dB箝制。 a. 打算目标 核心频率 f0=8GHz，带宽△f=f0*10%，插损≥-1dB，通带回波损耗≤-15dB，脱节通带边沿足下各 600MHz 处完毕-15dB 箝制 b. 滤波器简介 微波带通滤波器是行使广博、布局类型繁众的微波滤波器，但适合微带布局的带通滤波器布局就不是 那么众了，这是因为微带线自身的节制性，由于微带布局是个平面电道，核心导带务必创制正在一个平面基 片上，如许全盘的具有串联短截线的滤波器都不行用微带布局来完毕；其次正在微带布局中短道端不易完毕 和无误独揽，于是全盘具有短道短截线和睦振器的滤波器也不太适合于微带布局。 微带线带通滤波器的电道布局的重要式样有5种： 1、电容间隙耦合滤波器 2、平行耦合微带线、发夹线波是非道短截线、半波长开道短截线滤波器 平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的，它不请求对地连结，布局纯粹，易于 完毕，是一种行使广博的滤波器。扫数电道可能印制正在很薄的介质基片上(可能簿到1mm以下)，故其横截 面尺寸比波导、同轴线布局的小得众；其纵向尺寸虽和处事波长可能比较，但采用高介电常数的介质基片， 使线上的波长比自正在空间小了几倍，同样可能减小；另外，扫数微带电道元件共用接地板，只需由导体带 条组成电道图形，布局大为紧凑，从而大大减小了体积和重量。 c. 外面打算经过 1、给出打算参数 2、揣度阶数 太过比：k / ,分子分母判袂是通带畛域频率和阻带畛域频率 p s 2 遴选性参数：k1 / A2 1 ,个中1/ 1 是通带波纹，1/A 是最大阻带波纹。 阶数: N lg(1/ k ) / lg(1/ k ) 1 3、遴选滤波器类型，对应的低通滤波器有N 阶的传输函数 4、频谱变换 打算高通、带通、带阻滤波器时，其传输函数可由低通滤波器的频谱变换而得。带通滤波器和低通滤 波器之间的频谱变换公式为： 2 2 0 p B B 0 p 个中 、 判袂是带通滤波器的角频率、核心角频率， 、 、 判袂是低通滤波器的角频率、通带 畛域频率和带宽。 6 5、带入低通滤波器原型传输函数得出所打算的滤波器传输函数 6、道理框图搭筑与后续测试 d.耦合微带线电道道理 因耦合微带线参数的外面揣度丰富，愚弄软件自带的优化功效可能很便利的完工打算，因而干系的电 道道理与初值均参考均参考冯新宇编写的《ADS2009 射频电道与仿线 级布局对称的耦合微带线 平行耦合微带线滤波器布局图 e．仿真与优化 一齐仿真经过： 睡觉“Var ”扶植变量 睡觉“MSub ”扶植微带参数 原件睡觉与参数扶植 睡觉S 参数仿真器( “S-PARAMETERS ”)扶植扫描领域 连线加端口与接地 睡觉仿真扶植独揽器( “OPTIM ”)扶植扫描体例 睡觉目的独揽器(GOAL)扶植目的 变量领域篡改与优化目的篡改 优化仿真 参数扶植与目的扶植 介质基片 H Er Mur Cond Hu T Tand Rough 0.8mm 4.3 1 5.88E+7 1.0E+33 mm 0.03 mm 1E-4 0 mm 变量(最终优化仿真出来的值) 耦合微带线 mm 4.7062mm 5.2241mm 宽度w 0.3753 mm 1.6963 mm 1.0131 mm 1.6963 mm 0.3753 mm 缝宽s 0.6074 mm 4.7062 mm 0.0217 mm 4.7062 mm 0.6074 mm 目的扶植(未列出权重) 7 S(1,1) S(2,1) S(2,1) S(2,1) -15dB(7.6GHzf8.4GHz) -15dB(9GHzf10GHz) -15dB(6GHzf7GHz) -1dB(7.6GHzf8.4GHz) 布线道理图 优化仿真截图 f.仿线GHz 的S 参数。与扶植的参数比拟结果至极理思。可是正在仿 真经过中可能看到，正在图示扫描领域外，约正在13GHz 和3GHz 处S(2,1)再有一个较大的次波,其峰值正在能达 到-12dB。 e.幅员天生 f.幅员仿线 幅员书仿佛出了点题目) 九、实践数据及结果理会： 【正在以下的仿真弧线中请求用 Marker 打出 f0，若有带宽请求的还须要用 Marker 打出f1 和f2 的标识。】 参睹八、实践办法 9 十、实践结论： 通过对ADS 软件的利用，懂得并驾御了软件特征、仿真对象的筑模、电道的调试、优化 以及结果的输出等操作实质。 通过对微波常睹无源电道及有源器件的仿真，对微波电道的打算经过有了感性的知道， 扶植了独立负担微波电道研发处事的信念。 十一、总结及心得领略： 我之前学射频和模电时有是一头雾水，微波固态电道更是如许，由于外面课和研习分歧 于实质操作，看不到电道的用意。现正在通过开始推行打算电道金年会，我开端懂得了射频/微波电道 打算中要闭心的地方，对外面课的研习加添了一份信念。可是此次打算经过中再有良众亏损 的地方。 开始是我对原器件不谙习和对根本电道布局不懂得，由此导致了打算耗时耗元气心灵，走了 不少弯道。而闭于微带线的外面广博渊博又繁杂，此次打算根本没何如从外面上去揣度，即 便是做简略的估算！打算值是通过一直试验和地毯式搜刮得出，这种措施不值得倡始。 其次是我对仿真结果缺乏理会的材干，无论是正在仿真经过中映现的结果依然最终得出来 的结果。正在打算Wilkinson 功分器时，处事频率给定后其它参数该何如设定才更为合理，知 之甚少，乃至于差错较大；正在打算滤波器时，选用5 级耦合微带线 级的滚降性子更光鲜， 通带内尤其平展，次波丰裕可是幅度小。正在优化经过中S(2,1)随参数改观时峰值对应的频率 会发作改观，要会理会结果的改观性子本事更好的做出改正。最终仿真出来的结果明白很理 思，亏损的是正在离核心频率很远方仍有最大阻带波纹偏大。 最终，看待 ADS 优化题目。初步时仿真领域要留够了才行，步长要赢得够密，由于软件 找到某个使差错迅速裁减的值后它会正在那值边缘去寻找，然后锁定领域，以是要给它足够精 细的值去接无误值。别的优化目的的合理设定至极主要，由于它指引软件找到无误值，连结 优化经过中浮现出来的趋向更改权重值、放宽要求或让要求更为苛刻。 十二、对本实践经过及措施、要领的改革提议： 教员众给些领导。 通知评分： 领导教员具名： 10
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