微波技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)報告.docx

微波技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)報告 學(xué) 院： 電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 信息對抗技術(shù) 班 級： 020532本碩班 姓 名： 朱明忠07056109 成 績： 實(shí)驗(yàn)2 B 放大器非線性分析設(shè)計(jì)要求: 設(shè)計(jì)一放大器，分析其性能。實(shí)驗(yàn)儀器：硬件：PC機(jī)，軟件：Microwave Office軟件設(shè)計(jì)步驟：（1） 創(chuàng)建原理圖， 添加元件，設(shè)置非線性端口激勵，輸入功率設(shè)置為Pwr=-20dbm,完成原理圖（2） 添加圖表，添加測量項(xiàng)，分析電路，觀察功率輸出頻譜。（3） 調(diào)節(jié)輸入功率電平，調(diào)節(jié)Pwr參數(shù)，觀察時域及頻域的相關(guān)變化。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果顯示：實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)：調(diào)節(jié)輸入功率Pwr時，可以看出對輸出有明顯的影響。練習(xí)使用Microwave Office軟件，建立模型并進(jìn)行仿真分析。實(shí)驗(yàn)3 螺旋電感的電磁分析設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個螺旋電感，畫出電磁結(jié)構(gòu)圖。進(jìn)行電磁模擬分析，觀察二維及三維的電流分布。實(shí)驗(yàn)儀器：硬件：PC機(jī)，軟件：Microwave Office軟件設(shè)計(jì)步驟：（1） 在新工程中正確創(chuàng)建電磁結(jié)構(gòu)圖，設(shè)置邊界尺寸及網(wǎng)格大?。篨-Dimension=320,Y-Dimension=320,X-Divisions=32,Y-Divisions=32，添加介質(zhì)層，設(shè)置Thickness=20;Add Conductor繪制螺旋電感；Add Rect Conductor繪制輸出線；Add Edge Port添加端口，Add Rect Conductor繪制電橋；Add添加通道。（2） 在Project Options 中的Frequency Values頁設(shè)置工作頻率：單位MHz,起始：400 終止：700 步長：100； 分析電路Analyze；分別激活2-D，3-D視圖，觀察靜態(tài)電流分布和動態(tài)電流分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄與顯示：EM Spiral 二維圖二維動態(tài)電流分布圖三維動態(tài)電流分布圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)：由靜態(tài)以及動態(tài)電流分布可以看出，螺旋電感中電流的大小，方向都隨時間程周期性變化，所以其電磁分布是固定的。同時若改變螺旋電感的寬度電流的流向分布不變。設(shè)計(jì)螺旋電感的電磁分析的實(shí)驗(yàn)，學(xué)會在AWR中如何建立電磁結(jié)構(gòu)圖以及繪制螺旋電感，輸出線，介質(zhì)層，電橋，端口，通道等 。以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，直觀的觀察螺旋電感的動態(tài)電流分布。試驗(yàn)4 集總元件濾波器的線性分析設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個電感輸入式集總元件濾波器。已知輸入和輸出端特性阻抗均為。工作頻率。（1） 畫出原理圖，測量參數(shù)（單位dB）與頻率的關(guān)系曲線。（2） 調(diào)節(jié)元件值觀察參數(shù)的相應(yīng)變化。（3） 優(yōu)化電路，使其滿足時， 時，記錄最終的優(yōu)化結(jié)果：各元件值，便量值及曲線圖。實(shí)驗(yàn)儀器：硬件：PC機(jī)，軟件：Microwave Office軟件設(shè)計(jì)步驟：（1） 創(chuàng)建原理圖 設(shè)置Globe Units 中各個參數(shù)的單位.畫圖，從Elem中選擇各元件。按照原理圖正確繪制。（2） 添加圖表及測量項(xiàng) 設(shè)置工作頻率：1001000MHz 階長：10MHz.添加矩形圖，添加測量項(xiàng)：Port ParameterS（dB）參數(shù)。（3） 測量 Analyze分析電路，測量S參數(shù)的特性曲線。（4） 調(diào)節(jié) 將元件L1 ，L4 ，C1 ， C3 的數(shù)值設(shè)為可調(diào)，調(diào)節(jié)各值，觀察S參數(shù)的相應(yīng)變化。（5） 優(yōu)化電路 定義變量：將L1，L4 的值設(shè)為變量Lin。C1，C3的值設(shè)為變量Cin.選擇優(yōu)化參數(shù)：將L2，L3，C2，Lin,Cin參數(shù)的優(yōu)化選項(xiàng)激活，依次設(shè)置上限60 ，60 ，20 ，30 ，16。設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)：逐步添加參數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)。時，；時，。執(zhí)行優(yōu)化：OptimizeRandom(Local)，最大迭代次數(shù)5000次。 開始執(zhí)行優(yōu)化。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果顯示 初始原理圖未優(yōu)化的測量圖優(yōu)化后結(jié)果圖參數(shù)Lin（nh）Cin（pf）L2（nh）L3（nh）C2（pf） 優(yōu)化值18.359.08832.9532.9510.08表1優(yōu)化后各元件及變量的值優(yōu)化后的期望測量圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)：畫出原理圖后在初始數(shù)據(jù)條件下進(jìn)行仿真分析，S參數(shù)是頻率的關(guān)系如初始測量圖，將L1，L4，C1，C3的值設(shè)置為可調(diào)后，調(diào)節(jié)各值，S參數(shù)都會隨著變化，的變化明顯；設(shè)置優(yōu)化后從測量圖中可以看出，基本滿足優(yōu)化電路的設(shè)計(jì)要求。即：當(dāng)時，；當(dāng) 時，集總元件濾波器的線性分析實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，熟練使用繪圖的各元件，設(shè)置各元件參數(shù)，更重要的是學(xué)會優(yōu)化電路的分析方法， 選擇優(yōu)化參數(shù)，設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)等。實(shí)驗(yàn)5 功率分配器設(shè)計(jì)要求 ：設(shè)計(jì)一個三端口等功率分配器，采用微帶線結(jié)構(gòu)。已知輸入端特性阻抗，共作頻率；微帶線基片測量特性指標(biāo)(單位dB)與頻率()的關(guān)系曲線。調(diào)節(jié)微帶線的尺寸，使功率分配器的性能達(dá)到最佳。實(shí)驗(yàn)儀器：硬件：PC機(jī)，軟件：Microwave Office軟件設(shè)計(jì)步驟：（1） 組織計(jì)算 的長度均為。將計(jì)算結(jié)果填入表1（2） 微帶線尺寸計(jì)算 利用TXLine的自帶軟件帶入相關(guān)參數(shù)計(jì)算微帶線尺寸 。（3） 完成電路圖，測量個特性指標(biāo) 依次設(shè)置單位，工作頻率（1.54.5GHz,階長0.01），畫電路圖，添加圖表，測量項(xiàng)。分析電路，觀察所得曲線。（4） 調(diào)節(jié)電路 調(diào)節(jié)電阻r的長度，寬度，使得在處盡可能小，盡可能接近-3Db.記錄最終的調(diào)節(jié)結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果顯示：表1（已知條件：）參數(shù)阻值（）電長度（deg）L()W()50101062.91010.470.711909864.5442.1950101062.91010.41005564.06138.06調(diào)節(jié)后的TFR的尺寸：W=0.2061mm， L=0.4081mm測量期望圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)：此三端口功率分配器采用微帶線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)等功率分配。功率分配器的設(shè)計(jì)繼續(xù)練習(xí)電路圖的繪制和結(jié)果的調(diào)節(jié)分析，使用TXLine計(jì)算微帶線的尺寸。實(shí)驗(yàn)6 阻抗變換器設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個同軸線階梯阻抗變換器，使特性阻抗分別為的兩段同軸線匹配鏈接。要求：變換器，工作頻率。已知同軸線的介質(zhì)為RT/Duriod5880(),外導(dǎo)體直徑。分別按以下方法設(shè)計(jì)方法一：最平坦通帶特性變換器（二項(xiàng)式）；方法二：等波紋特性變換器（切比雪夫式），反射系數(shù)模的最大值確定阻抗變換器的結(jié)構(gòu)尺寸，完成電路圖。測量（即反射系數(shù)模）與頻率的關(guān)系曲線。調(diào)節(jié)電路使其達(dá)到指標(biāo)要求，比較不同阻抗變換器的性能特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)儀器：硬件：PC機(jī)，軟件：Microwave Office軟件設(shè)計(jì)步驟：（1） 電路阻值，尺寸計(jì)算 為阻抗變換器，長度均為。方法一：最平坦通帶特性 阻抗值的計(jì)算：，利用TXLine計(jì)算同軸線尺寸。將結(jié)果填入表1。方法二：阻抗值計(jì)算：，同軸線尺寸計(jì)算同方法一。將結(jié)果填入表二。（2） 完成電路圖 ，測量。 設(shè)置工作頻率（37GHz）完成電路圖后分析電路，觀察所得曲線。（3） 調(diào)節(jié)電路 要求：分別調(diào)節(jié) 的L及的尺寸，使其達(dá)到指標(biāo)要求。比較不同 阻抗變換器的指標(biāo)：工作頻率，比較性能優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果顯示：表1（已知條件：）參數(shù)阻值（）電長度（deg）L(um)W(um)50303399.72054.959.4690101991629.684.099010199890.96100303399.7603.22表2（已知條件：）參數(shù)阻值（）電長度（deg）L(um)W(um)50303399.72054.960.590101991588.680.59010199972.92100303399.7603.22實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)：當(dāng)負(fù)載阻抗和傳輸線的特性阻抗不相等，或是連接兩段特性阻抗不同的傳輸線時，可以在其間接入一阻抗變換器，以獲得良好的匹配。本實(shí)驗(yàn)采用的是由1/4波長傳輸線段組成2節(jié)階梯阻抗變換器。實(shí)驗(yàn)7 阻抗調(diào)配器已知特性阻抗為的無耗均勻傳輸線，終端接的負(fù)載，工作頻率（即波長）。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個阻抗調(diào)配器，分別采用短路單支節(jié)和短路雙支節(jié)（兩支節(jié)間距），對傳輸線及負(fù)載進(jìn)行匹配，用同軸線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。（微帶線結(jié)構(gòu)為選做實(shí)驗(yàn)）在頻帶內(nèi)測量特性指標(biāo)，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使之達(dá)到最佳。記錄最終結(jié)果，即支節(jié)的位置及長度，并比較兩種調(diào)配器的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)儀器：硬件：PC機(jī)，軟件：Microwave Office軟件設(shè)計(jì)步驟：（1） 計(jì)算支節(jié)的位置，長度 利用傳輸線理論CAI軟件計(jì)算，取第二組解，算出各參數(shù)的實(shí)際值，填入表格。（2） 完成電路圖 ，測量 設(shè)置單位，工作頻率（515GHz），畫電路圖，添加表格，測量項(xiàng)，完成后分析電路，觀察所得曲線。（3） 調(diào)節(jié)電路 要求：分別調(diào)節(jié)單支節(jié)的位置，長度，調(diào)節(jié)雙支節(jié) 的長度，使其達(dá)到最佳，即盡可能小，記錄最終結(jié)果，并比較這兩種調(diào)配器的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果顯示：表1 同軸線結(jié)構(gòu)（已知條件：）參數(shù)CAI軟件結(jié)果0.3960.4330.3060.444實(shí)際值（mm）11.8812.999.1813.32實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)：無耗均勻傳輸線，采用短路單支節(jié)和短路雙支節(jié)，對傳輸線及負(fù)載進(jìn)行匹配，用同軸線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 單支節(jié)匹配要調(diào)節(jié)L和d ,即要調(diào)節(jié)短路單支節(jié)的位置，而雙支節(jié)匹配只需對兩并聯(lián)支節(jié)的長度進(jìn)行調(diào)節(jié)即可，不用調(diào)節(jié)各支節(jié)的位置，較單支節(jié)匹配要方便的多。實(shí)驗(yàn)8 微波低通濾波器設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個切比雪夫式微波低通濾波器，技術(shù)指標(biāo)為：截止頻率，在通帶內(nèi)最大波紋在阻帶頻率處，阻帶衰減。輸入，輸出端特性阻抗。方法一（必做）：用微帶線實(shí)現(xiàn)，基片厚度H=800um，T=10um，相對介電常數(shù)；高阻抗特性阻抗，低阻抗線。方法二（選做）：.確定濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸，測量濾波器的參數(shù)。進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，使之達(dá)到最佳。記錄濾波器的最終結(jié)構(gòu)尺寸，總結(jié)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)儀器：硬件：PC機(jī)，軟件：Microwave Office軟件設(shè)計(jì)步驟: （1） 確定原型濾波器 啟動軟件中的Wizard模塊的Filter Synthesie Wizard 功能，輸入各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，即可自帶畫出原型濾波器的原理圖，各個元件值還可以進(jìn)行優(yōu)化。 依次選擇Lowpass;Chebyshev;在參數(shù)定義頁，設(shè)置N=5，F(xiàn)C=2.2，PP：Ripple(db),PV=0.2,RS=50,RL=50再依次選擇Ideal Electrical Model;Lumped Element;Shunt Element First;最后生成名為Filter的原型濾波器的原理圖，以及相關(guān)的測量圖，優(yōu)化項(xiàng)。將變量名C0 改為Ca，C1 改為Cb ,相應(yīng)地改變電路中的值，設(shè)置工作頻率（15GHz），分析即得濾波器相應(yīng)圖，包括S參數(shù)。 優(yōu)化 重新設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)：。進(jìn)行優(yōu)化。 優(yōu)化后將結(jié)果填入表1（2） 計(jì)算濾波器的實(shí)際尺寸：微帶線結(jié)構(gòu) 高阻抗線，已知條件：，計(jì)算。再由計(jì)算出長度，填入表格；低阻抗線 計(jì)算，再由計(jì)算長度填入表格。（3） 完成電路，測量各特性指標(biāo) 創(chuàng)建新原理圖，工作頻率保持不變完成后分析電路，觀察所得曲線。激活實(shí)際結(jié)構(gòu)濾波器原理圖，觀察二維布線圖以及三維布線圖。記錄實(shí)際結(jié)構(gòu)濾波器的優(yōu)化結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果顯示：圖1原形濾波器參考電路圖（未優(yōu)化）優(yōu)化，重新設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)：即時，； 時，。元件IDC1（PF）C2(pF)C3(pF)L1(nH)L2(nH)元件變量CaCbCaL0L0優(yōu)化值1.8023.0731.0824.7594.759原型濾波器測量圖微帶線結(jié)構(gòu)濾波器原理圖實(shí)際濾波器優(yōu)化后期望測量圖二維布線圖三維布線圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)：若性能不符合指標(biāo)要求，需對實(shí)際結(jié)構(gòu)的濾波器進(jìn)行優(yōu)化。將各高，低阻抗線的長度設(shè)為可優(yōu)化參數(shù)，再重新添加優(yōu)化目標(biāo)。優(yōu)化電路，直到各項(xiàng)參數(shù)符合指標(biāo)要求。 微波技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 對兩大軟件的認(rèn)識：AnsoftHFSS，是Ansoft公司推出的三維電磁仿真軟件；是世界上第一個商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件，業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場設(shè)計(jì)和分析的電子設(shè)計(jì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。HFSS提供了一簡潔直觀的用戶設(shè)計(jì)界面、精確自適應(yīng)的場解器、擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計(jì)算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場。HFSS軟件擁有強(qiáng)大的天線設(shè)計(jì)功能，它可以計(jì)算天線參量，如增益、方向性、遠(yuǎn)場方向圖剖面、遠(yuǎn)場3D圖和3dB帶寬；繪制極化特性，包括球形場分量、圓極化場分量、Ludwig第三定義場分量和軸比。使用HFSS，可以計(jì)算：基本電磁場數(shù)值解和開邊界問題，近遠(yuǎn)場輻射問題；端口特征阻抗和傳輸常數(shù)；S參數(shù)和相應(yīng)端口阻抗的歸一化S參數(shù)；結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振解。而且，由AnsoftHFSS和AnsoftDesigner構(gòu)成的Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計(jì)解決方案，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級的快速而精確的設(shè)計(jì)手段，覆蓋了高頻設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。MicrowaveOffice，是AWR公司推出的微波EDA軟件，是進(jìn)行射頻微波電路設(shè)計(jì)及仿真的專業(yè)軟件，為微波平面電路設(shè)計(jì)提供了最完整,最快速和最精確的解答?？梢赃M(jìn)行微波電路的線性和非線性仿真及電磁仿真，對電路進(jìn)行分析優(yōu)化，還可以將原理圖轉(zhuǎn)換為布線圖，最后生成印制線路版圖，它是通過兩個模擬器來對微波平面電路進(jìn)行模擬和仿真的。對于由集總元件構(gòu)成的電路，用電路的方法來處理較為簡便；該軟件設(shè)有VoltaireXL的模擬器來處理集總元件構(gòu)成的微波平面電路問題。而對于由具體的微帶幾何圖形構(gòu)成的分布參數(shù)微波平面電路則采用場的方法較為有效；該軟件采用的是EMSight的模擬器來處理任何多層平面結(jié)構(gòu)的三維電磁場的問題。VoltaireXL模擬器內(nèi)設(shè)一個元件庫，在建立電路模型時，可以調(diào)出微波電路所用的元件，其中無源器件有電感、電阻、電容、諧振電路、微帶線、帶狀線、同軸線等等，非線性器件有雙極晶體管，場效應(yīng)晶體管，二極管等等。EMSight模擬器是一個三維電磁場模擬程序包，可用于平面高頻電路和天線結(jié)構(gòu)的分析。特點(diǎn)是把修正譜域矩量法與直觀的視窗圖形用戶界面（GUI）技術(shù)結(jié)合起來，使得計(jì)算速度加快許多。MWO可以分析射頻集成電路（RFIC）、微波單片集成電路（MMIC）、微帶貼片天線和高速印制電路（P