西交大射頻實驗報告

1、射頻專題實驗實驗報告 實驗一 匹配網(wǎng)絡的設計與仿真 實驗目的 1.掌握阻抗匹配、共軛匹配的原理 2.掌握集總元件L型阻抗抗匹配網(wǎng)絡的匹配機理 3.掌握并(串)聯(lián)單支節(jié)調配器、/4阻抗變換器匹配機理 4.了解ADS軟件的主要功能特點 5.掌握Smith原圖的構成及在阻抗匹配中的應用 6.了解微帶線的基本結構 基本阻抗匹配理論 信號源的輸出功率取決于Us、Rs和RL。在信號源給定的情況下，輸出功率取決于負載電阻與信號源內(nèi)阻之比k。當RL=Rs時可獲得最大輸出功率，此時為阻抗匹配狀態(tài)。無論負載電阻大于還是小于信號源內(nèi)阻，都不可能使負載獲得最大功率，且兩個電阻值偏差越大，輸出功率越小。 匹配包括：共軛

2、匹配，阻抗匹配，并(串)聯(lián)單支節(jié)調配器。 練習 1.設計L型阻抗匹配網(wǎng)絡，使Zs=(46j124) Ohm信號源與ZL=(20+j100) Ohm的負載匹配，頻率為2400MHz. 仿真電路圖 2. 設計微帶單枝短截線線匹配電路，使MAX2660的輸出阻抗ZS=（126-j*459）Ohm與ZL=50Ohm的負載匹配，頻率為900MHz. 微帶線板材參數(shù)： 相對介電常數(shù)：2.65 相對磁導率：1.0 導電率：1.0e20 損耗角正切：1e-4 基板厚度：1.5mm 導帶金屬厚度：0.01mm 仿真電路圖 仿真結果 實驗二 衰減器的仿真設計 1、 練習：設計10dB 型同阻式（Z1=Z2=50）

3、固定衰減器。 仿真電路： 仿真結果： 二、衰減器的測量AV36580A 矢量網(wǎng)絡分析儀 (一)測失配負載在6002600MHz 的駐波比（S11、回損） S11 對數(shù)幅度 實驗三 威爾金森功分器的設計與仿真 一、設計指標要求： 中心頻率：2.45GHz 帶寬：60MHz 頻帶內(nèi)輸入端口的回波損耗：S11-20dB，S22-3.1dB, S31-3.1dB 隔離度：S32-25dB，沒有達到指標要求，還需進一步優(yōu)化。 （5） 版圖仿真結果： （6） 優(yōu)化仿真結果： 五、結果分析： 優(yōu)化之后結果達到指標要求：S11-20dB，S22-20dB S21-3.1dB，S32-25dB。 功分器的測量用

4、PNA網(wǎng)絡分析儀 駐波圖像 各支路幅相特性 各支路隔離度測量 功分器參數(shù)測量記錄表 頻率0.80.91.01.11.21.31.41.5回損-21.89-28.66-40.11-28.78-24.76-22.11-22.10-22.89駐波1.1751.0071.0181.0741.1121.1551.6661.155支路1損耗-25.33-35.99-34.54-27.00-24.67-23.88-23.77-24.89支路一相移-147.6-168.5172.9154.8133.9113.0100.985.0支路2損耗-3.89-3.45-3.40-3.30-3.29-3.20-3.19-

5、3.03支路2相移-148.9-169.9170.9154.7120.9112.990.9985.00隔離度-25.45-33。7-34.78-27.00-24.99-23.99-23.65-23.11實驗四 微波射頻濾波器設計與仿真 一實驗目的 1.掌握低通原型濾波器的結構 2.掌握最平坦和等波紋型低通濾波器原型頻率響應特性 3.了解頻率變換法設計濾波器的原理及設計步驟 4.了解利用微帶線設計低通、帶通濾波器的原理方法 5.掌握用ADS進行微波濾波器優(yōu)化仿真的方法與步驟。 二濾波器原理 1 濾波器的技術指標 中心頻率 通帶最大衰減 阻帶最小衰減 通帶帶寬 插入損耗、群時延 帶內(nèi)紋波 回波損耗

6、、駐波比 2. 濾波器的設計步驟 （1）由衰減特性綜合出低通原型 （2）再進行頻率變換，變換成所設計的濾波器類型 （3）計算濾波器電路元件值(集總元件) （4）微波結構實現(xiàn)電路元件，并用微波仿真軟件進行優(yōu)化仿真。 三實驗內(nèi)容 作業(yè)1：對下面結構的微帶枝節(jié)低通濾波器的兩種設計進行原理圖和版圖仿真，并分析其特性。 版圖及仿真結果 作業(yè)2：設計一平行耦合線帶通濾波器，其設計指標為：通帶2.42.5GHz，帶內(nèi)衰減小于2dB，起伏小于1dB，2.3GHz以下及2.7GHz以上衰減大于40dB，端口反射系數(shù)小于-20dB。 板材參數(shù)： H:基板厚度(1.5 mm)， Er:基板相對介電常數(shù)(2.65)

7、Mur:磁導率(1)， Cond:金屬電導率(5.88E+7) Hu:封裝高度(1.0e+33 mm) T:金屬層厚度(0.035 mm) TanD:損耗角正切(1e-4) Roungh:表面粗糙度(0 mm) 原理圖及優(yōu)化結果 2、 版圖及仿真結果 基本達到設計要求。通帶2.42.5GHz，帶內(nèi)衰減小于2dB，起伏小于1dB，2.3GHz以下及2.7GHz以上衰減大于40dB，端口反射系數(shù)小于-20dB。 但由于優(yōu)化并不能達到最優(yōu)以及版圖與原理圖存在誤差，因此優(yōu)化結果并不非常理想。 濾波器的測量AV36580A矢量網(wǎng)絡分析儀 支路1：3dB帶寬f1=2.238GHz，f2=2.295GHz，

8、W=57MHz 支路2：3dB帶寬f1=2.435GHz，f2=2.487GHz，W=52MHz 實驗五 微帶天線設計、仿真、制作與測試 作業(yè)要求設計、制作一中心頻率為2.45GHz的微帶天線,天線采用50Ohm微帶線饋電，掃頻范圍：2.2GHz-2.7GHz。 板材參數(shù)： H:基板厚度(1.5 mm)， Er:基板相對介電常數(shù)(2.65) Mur:磁導率(1)， Cond:金屬電導率(5.88E+7) Hu:封裝高度(1.0e+33 mm)， T:金屬層厚度(0.035 mm) TanD:損耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm) 微帶天線工作原理 微帶天線在一個薄介質基

9、片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕方法制成一定形狀的金屬貼片，利用微帶線或同軸探針對貼片饋電構成的天線。微帶天線分2 種：貼片形狀是一細長帶條，則為微帶振子天線。貼片是一個面積單元時，則為微帶天線。如果把接地板刻出縫隙，而在介質基片的另一面印制出微帶線時，縫隙饋電，則構成微帶縫隙天線。微帶天線的版圖尺寸 版圖仿真結果 天線實測結果 回波損耗： 駐波比： 輸入阻抗： 天線在2.45GHz處的接收峰值： 實驗記錄： 實驗六 射頻放大器的設計與仿真一、實驗目的1. 了解描述射頻放大器的主要性能參數(shù)及類型 2. 掌握放大器偏置電路設計方法 3. 了解最小噪聲、最大增益放大器的基本設計方

10、法 4. 掌握放大器輸入、輸出網(wǎng)絡的基本結構類型 5. 掌握用ADS進行放大器仿真的方法與步驟 二、基本理論常用的微波晶體管放大器有低噪聲放大器、寬帶放大器和功率放大器。目的是提高信號的功率和幅度。 低噪聲放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號，減小噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調出所需的信息數(shù)據(jù)。 功率放大器一般在系統(tǒng)的輸出級，為天線提供輻射信號。 三、低噪聲放大器設計的依據(jù)與步驟1、設計依據(jù)： 滿足規(guī)定的技術指標：噪聲系數(shù)、功率增益、增益平坦度、工作頻帶、動態(tài)范圍等； 2、設計步驟： （1）依據(jù)具體要求選定放大器級數(shù)； （2）選擇所用的晶體管； （3）確定電路拓樸結構； （4）電路具體結構

11、的初步設計； （5）CAD軟件實現(xiàn)設計； （6）在優(yōu)先滿足噪聲小的前提下，提高電路增益。即根據(jù)輸入等增益圓、等噪聲圓，選取合適的S ，作為輸入匹配電路的設計依據(jù)； （6）輸出匹配電路設計以提高放大器增益為主； （7）滿足穩(wěn)定性條件。 四、具體操作過程以利用ATF-34143設計2.4GHz低噪聲放大器為例，設計步驟如下： 步驟一： 在頻率、 增益、 噪聲指標條件下選擇器件，得到偏置條件下器件的S 參數(shù)。 步驟二: 滿足穩(wěn)定判據(jù),則進入步驟三； 不滿足判據(jù)，在圓圖中畫出穩(wěn)定區(qū)，必要時畫出等增益圓和等噪聲圓。 步驟三： 確定輸入輸出反射系數(shù)in及out 步驟四: 設計輸入輸出匹配網(wǎng)絡。 1、 晶體

12、管直流工作點分析2、 晶體管偏置電路設計3、 穩(wěn)定性分析查看穩(wěn)定曲線通過在源級加小電感抑制負反饋修改后 實驗七 混頻器的仿真設計一、實驗目的1.了解描述混頻器的主要性能參數(shù)及類型2.了解混頻器的基本設計方法3.掌握用ADS進行混頻器仿真的方法與步驟二、基本工作理論 混頻器是三端口非線性器件（兩個輸入端一個輸出端），它可以將兩個不同頻率的輸入信號變?yōu)橐幌盗械妮敵鲱l譜，輸出頻率分別為兩個輸入頻率的和頻、差頻及其諧波。三、主要技術指標噪音系數(shù)和等效相位噪音(單邊帶噪音系數(shù)、雙邊帶噪音系數(shù))；變頻增益，中頻輸出和射頻輸入的比較；動態(tài)范圍，這是指混頻器正常工作時的微波輸入功率范圍；雙頻三階交調與線性度；工作頻率；隔離度；本振功率與工作點。四例子：設計C波段微帶鏡像抑制混頻器，分析其非線性特性。技術指標：射頻信號（RF）：3.6 GHz本振頻率（