微波電路課程實(shí)踐.ppt

1 設(shè)計(jì)任務(wù)一 微波低通濾波器的設(shè)計(jì) 階梯阻抗低通濾波器設(shè)計(jì)近似理論 對(duì)于長度為l l 0 25 特性阻抗為Z0的傳輸線 其負(fù)載阻抗為ZL 則輸入阻抗公式為 對(duì)于負(fù)載阻抗為ZL 特性阻抗為Z0的傳輸線 則輸入阻抗公式為 由上式可以看出 當(dāng)負(fù)載阻抗遠(yuǎn)小于傳輸線特性阻抗的時(shí)候 傳輸線端接以負(fù)載阻抗 近似于一個(gè)電感和負(fù)載ZL串聯(lián) 對(duì)于負(fù)載阻抗為ZL 特性阻抗為Z0的傳輸線 則輸入阻抗公式為 對(duì)應(yīng)的輸入導(dǎo)納為 由上式可以看出 當(dāng)負(fù)載阻抗遠(yuǎn)大于傳輸線特性阻抗的時(shí)候 傳輸線端接以負(fù)載阻抗 近似于一個(gè)電容和負(fù)載ZL并聯(lián) 綜上所述 低通濾波器可以由級(jí)聯(lián)的微帶高 低阻抗線構(gòu)成 通常高阻抗線取大于100歐 低阻抗線取小于20歐 阻抗在設(shè)計(jì)的時(shí)候是首先自選定 電感段 電容段微帶線的長度可以通過下面的公式近似求得 通過linecalc工具求出對(duì)應(yīng)高低阻抗微帶線的有效介電常數(shù) 根據(jù)上面的公式求出對(duì)應(yīng)的導(dǎo)播波長 以及相應(yīng)的高低阻抗線的長度 電感段微帶線的長度 電容段微帶線的長度 其中Ro為阻抗阻抗變換值 通常選擇50歐系統(tǒng) L C為低通原型參數(shù)值 微帶線的導(dǎo)波波長 設(shè)計(jì)的流程1 確定設(shè)計(jì)的指標(biāo)2 選擇合適的低通原型3 根據(jù)選擇的基板 計(jì)算對(duì)應(yīng)的微帶高 低阻抗線的寬度 長度4 建立濾波器仿真模型 仿真 例子 設(shè)計(jì)一個(gè)階梯阻抗低通濾波器 其通帶波紋為0 5dB 截止頻率為2GHz 要求在4GHz頻率處插入損耗小于 30dB 濾波器的特性阻抗為50歐 高阻抗線取120歐 低阻抗線取20歐 基板的高度h 1 58mm 相對(duì)介電常數(shù)為4 2 微帶厚度為0 5mil 解 1 根據(jù)指標(biāo) 選擇合適的低通原型 由 及下面的圖可以知道 濾波器的階數(shù)為5 通帶波紋為0 5dB低通原型的衰減和歸一化頻率的關(guān)系 2 根據(jù)Linecalc工具可以知道20歐 120歐微帶線的寬度分別為 11 27mm 0 4mm 120歐微帶線對(duì)應(yīng)的有效介電常數(shù)為2 84 20歐微帶線對(duì)應(yīng)的有效介質(zhì)常數(shù)為3 65 lincal工具求解 實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中 一般是采用軟件工具來求微帶線的寬度 3 對(duì)應(yīng)的5階濾波器的低通原型參數(shù)為 g0 g6 1 g1 g5 1 7058 g2 g4 1 2296 g3 2 5408 4 選擇低通原型的第一個(gè)元件為串聯(lián)電感 求對(duì)應(yīng)高 低阻抗線的長度 gC 300 2 3 650 5 78 53mm gL 300 2 2 840 5 89 02mm 由 由 Moumentum結(jié)果 電流分布 3 濾波器的Moumentum仿真 2 5D電磁仿真 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)奇數(shù)階的低通濾波器 截止頻率自選 階數(shù)自選 選擇的基板 介電常數(shù)2 2 厚度1mm 或介電常數(shù)9 8 厚度1mm 設(shè)計(jì)任務(wù)2 微帶帶通濾波器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方程 1 求解導(dǎo)納變換器的值 2 求出導(dǎo)納變換器的值后 可以根據(jù)下面的公式計(jì)算奇模 偶模阻抗 3 根據(jù)lincalc工具計(jì)算耦合微帶線的尺寸 1 考慮到微帶線本身的損耗選擇的低通原型為通帶波紋為0 2dB的5階低通原型 其值如下 例子 濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)為 通帶5000MHz 6000MHz 帶內(nèi)波紋小于0 5dB 帶外頻率4500MHz以及6500MHz處衰減大于30dB 基片介電常數(shù)為2 8 厚度為1mm 3 計(jì)算導(dǎo)納變換器的值 2 確定分?jǐn)?shù)帶寬 4 計(jì)算奇模 偶模阻抗 L1 9 03mm L2 8 93mm L3 8 9mms1 0 188mm s2 0 635mm s3 0 863mmw1 0 935mm w2 1 345mm w3 1 404mm 5 綜合微帶線的尺寸 根據(jù)上面計(jì)算的耦合微帶線的奇模 偶模阻抗 利用Lincalc工具得到第一級(jí)的線寬W 1 682mm 縫隙S 0 092mm 太細(xì)了不能保證加工的精度 因此將特性導(dǎo)納變?yōu)? 70來提高縫隙的寬度 大家在設(shè)計(jì)的時(shí)候特性阻抗按50歐來設(shè)計(jì)就可以了 由于主線的阻抗為50 所以濾波器中做要一段阻抗變換線來連接主線和濾波器 由于終端電容效應(yīng) L要減去大約0 33h 得到的濾波器微帶耦合線的尺寸為 電路仿真模型 電路仿真結(jié)果 5 濾波器的Moumentum仿真 2 5D電磁仿真 低通原型參數(shù)表 設(shè)計(jì)任務(wù)3 微帶wilkinson功率分配器 微帶wilkinson功率分配器設(shè)計(jì)公式 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)不等功率分配比的微wilkinson功率分配器 低噪聲放大器的設(shè)計(jì) 放大器的技術(shù)指標(biāo) 1 工作的中心頻率以及帶寬 2 輸入 輸出反射系數(shù) 駐波比 3 增益以及增益平坦度 4 輸出功率 主要針對(duì)功率放大器 采用P1dB的輸出功率來衡量一般低噪聲放大器這個(gè)指標(biāo)不重要 5 噪聲系數(shù) LNA最重要的指標(biāo) 共扼匹配放大設(shè)計(jì)的近似原理 1 晶體管的穩(wěn)定性判據(jù) 共軛匹配只有在晶體管處于絕對(duì)穩(wěn)定的情況下 才能進(jìn)行設(shè)計(jì) 晶體管絕對(duì)穩(wěn)定的充分比較條件 2 近似設(shè)計(jì) 單向化設(shè)計(jì) 如果放大器的晶體管S12很小 可以近似認(rèn)為為0 則放大器的增益可以采用下面的公式來描述 如果增益以對(duì)數(shù)表示 則有 上面公式的1 3項(xiàng)表示輸入 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的增益 由表達(dá)式可以知道其不大于1 因此不存在能量的放大 即沒有增益 這里稱為增益是由于設(shè)計(jì)了匹配網(wǎng)絡(luò) 導(dǎo)致反射損耗減小 相對(duì)損耗而言是增益 當(dāng)晶體管的輸入 輸出阻抗分別和源以及負(fù)載呈共軛匹配的時(shí)候 源和負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)均得到最大的單向增益 因此近似設(shè)計(jì)放大器的最大增益為 放大器的共扼匹配設(shè)計(jì)流程 1 仿真晶體管的S參數(shù) 采取串聯(lián)電阻的方式使得晶體管處于絕對(duì)穩(wěn)定 2 確定晶體管共扼匹配的輸入 輸出阻抗 3 設(shè)計(jì)輸入 輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 4 S參數(shù)的仿真 查看噪聲系數(shù)和增益 五 設(shè)計(jì)實(shí)例采用AT 41511管子設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為2GHz 帶寬100MHz的低噪聲放大器 1 管子靜態(tài)工作點(diǎn)的確定 選擇File NewDesign 進(jìn)入下面的對(duì)話框在下面選擇BJT curve tracer 在上面給新建的Design命名 這里命名為BJTCurve 點(diǎn)擊 打開元件庫 查詢ATF 41511元件 將元件按下圖加入 并對(duì)其進(jìn)行仿真 從上面的伏安特性曲線 可以確定管子的工作電壓并對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)直流偏置電路 2 管子S參數(shù)掃描 選擇一個(gè)工作電壓為2 7v 漏極電流為5mA的S參數(shù)管子模型 可以看出管子在2GHz處處于絕對(duì)穩(wěn)定 對(duì)應(yīng)的S參數(shù)為 根據(jù)掃描的S參數(shù) 利用Smith圓圖工具設(shè)計(jì)輸入 輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 即將源反射系數(shù)匹配到50歐 這里的源反射系數(shù)為晶體管輸入反射系數(shù)的共軛值 輸出端口同理 1 輸入匹配網(wǎng)絡(luò) 2 輸出匹