北京郵電大學(xué)微波實(shí)驗(yàn)報(bào)告

41/41信息與通信工程學(xué)院微波仿真試驗(yàn)報(bào)告班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：序 號(hào)： 日 期： 2013年6月9日目錄試驗(yàn)二分支線匹配器3一,試驗(yàn)?zāi)康?二,試驗(yàn)原理3三,試驗(yàn)內(nèi)容3四,試驗(yàn)步驟3單枝節(jié)匹配器3雙枝節(jié)匹配器9五,試驗(yàn)結(jié)果分析14六,試驗(yàn)中遇到的問題和解決方法14試驗(yàn)三四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器15一,試驗(yàn)?zāi)康?5二,試驗(yàn)原理15三,試驗(yàn)內(nèi)容17四,試驗(yàn)步驟18五,試驗(yàn)結(jié)果分析29六,試驗(yàn)中遇到的問題及解決方法31試驗(yàn)六功率安排器32一,試驗(yàn)?zāi)康?2二,試驗(yàn)原理32三,試驗(yàn)內(nèi)容33四,試驗(yàn)步驟34五,試驗(yàn)結(jié)果分析41六,試驗(yàn)中遇到的問題和解決方法41試驗(yàn)心得與體會(huì)43試驗(yàn)二分支線匹配器一,試驗(yàn)?zāi)康?．駕馭支節(jié)匹配器的工作原理。2．駕馭微帶線的基本概念和元件模型。3．駕馭微帶分支線匹配器的設(shè)計(jì)與仿真。二,試驗(yàn)原理支節(jié)匹配器是在主傳輸線上并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娂{（或者串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娍梗?，用附加的反射來抵消主傳輸線上原來的反射波，以達(dá)到匹配的目的。單支節(jié)匹配器，調(diào)諧時(shí)主要有兩個(gè)可調(diào)參量：距離d和由并聯(lián)開路或短路短截線供應(yīng)的電納。匹配的基本思想是選擇d，使其在距離負(fù)載d處向主線看去的導(dǎo)納Y是Y0+jB形式。然后，此短截線的電納選擇為-jB，依據(jù)該電納值確定分支短截線的長(zhǎng)度，這樣就達(dá)到匹配條件。雙支節(jié)匹配器，通過增加一個(gè)支節(jié)，改進(jìn)了單支節(jié)匹配器須要調(diào)整支節(jié)位置的不足，只需調(diào)整兩個(gè)分支線長(zhǎng)度，就能夠達(dá)到匹配（但是雙支節(jié)匹配不是對(duì)隨意負(fù)載阻抗都能匹配的，即存在一個(gè)不能得到匹配的禁區(qū)）。三,試驗(yàn)內(nèi)容已知：輸入阻抗=75Ω負(fù)載阻抗=（64+j35）Ω特性阻抗=75Ω介質(zhì)基片=2.55，H=1mm，導(dǎo)體厚度T遠(yuǎn)小于介質(zhì)基片厚度H。假定負(fù)載在2GHz時(shí)實(shí)現(xiàn)匹配，利用圖解法設(shè)計(jì)微帶線單支節(jié)和雙支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)雙支節(jié)網(wǎng)絡(luò)分支線與負(fù)載的距離，兩分支線之間的距離為。畫出幾種可能的電路圖并且比較輸入端反射系數(shù)幅值從1.8GHz至2.2GHz的變化。四,試驗(yàn)步驟單枝節(jié)匹配器1．建立新項(xiàng)目，確定項(xiàng)目中心頻率為2GHz。依據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容中的要求計(jì)算出各參量，寫入OUTPUTEQUATION。如下圖所示。其中參數(shù)說明如下：zl：負(fù)載阻抗z0：特征阻抗z1：歸一化負(fù)載阻抗T1：負(fù)載處的反射系數(shù)（在圓圖上即為負(fù)載阻抗）zin：輸入阻抗zin1：歸一化輸入阻抗Tin：輸入阻抗對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)（在圓圖上即為輸入阻抗）Rj：大圓Rp：1+jx圓R：負(fù)載阻抗處等反射系數(shù)圓2．將歸一化輸入阻抗和負(fù)載阻抗所在位置分別標(biāo)在Y-Smith導(dǎo)納圓圖上。如上圖所示，Tin為歸一化輸入阻抗（圓心匹配點(diǎn)），T1為負(fù)載阻抗（圖中最上方的點(diǎn)）。3．設(shè)計(jì)單枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，在圖上確定分支線與負(fù)載的距離d以及分支線的長(zhǎng)度l所對(duì)應(yīng)的電長(zhǎng)度，依據(jù)d和l的電長(zhǎng)度,介質(zhì)基片的,H,特性阻抗,頻率用TXLINE計(jì)算微帶線物理長(zhǎng)度和寬度。此處應(yīng)當(dāng)留意電長(zhǎng)度和實(shí)際長(zhǎng)度的聯(lián)系（360對(duì)應(yīng)二分之一波長(zhǎng)）。如圖，先從負(fù)載阻抗處沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至1+jx圓上。轉(zhuǎn)過的電長(zhǎng)度：[93.31-（-104.8）]/360*0.5=0.275d/=0.275然后由1+jx圓上沿電導(dǎo)圓旋轉(zhuǎn)至阻抗匹配點(diǎn)，這時(shí)應(yīng)讀出電納的變化值，如下圖所示：可見電納變化為0.528041。找出圓圖上b=-0.528041的點(diǎn)，由圓圖上的最左點(diǎn)（短路點(diǎn)）沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至該點(diǎn)，讀出旋轉(zhuǎn)的角度。如圖，轉(zhuǎn)過的電長(zhǎng)度：（180-55.7）/360*0.5=0.173l/=0.173依據(jù)轉(zhuǎn)過的角度和介質(zhì)基片的,H,特性阻抗,頻率用TXLINE計(jì)算微帶線物理長(zhǎng)度和寬度。如圖所示：4．畫出原理圖，在用微帶線畫出基本的原理圖時(shí)，留意還要把襯底添加到圖中，將各部分的參數(shù)填入。留意微帶分支線處的不勻稱性所引起的影響，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?．負(fù)載阻抗選擇電阻和電感串聯(lián)的形式，連接各端口，完成原理圖，并且將項(xiàng)目的頻率改為1.8—2.2GHz。原理圖如下圖所示：其中，MLSC代表單短截線，MLIN中ID=TL2者代表單短截線距負(fù)載的距離。6．添加矩形圖，添加測(cè)量，點(diǎn)擊分析，測(cè)量輸入端的反射系數(shù)幅值。調(diào)諧之前測(cè)量結(jié)果如下圖所示：7．調(diào)諧分支線的長(zhǎng)度l以及與負(fù)載的距離d。只調(diào)整長(zhǎng)度，范圍為，調(diào)諧后使輸入端口的反射系數(shù)幅值在中心頻率2GHz處最低。調(diào)諧之后的原理圖和測(cè)量結(jié)果如下圖所示：雙枝節(jié)匹配器1．建立新項(xiàng)目，確定項(xiàng)目中心頻率為2GHz。依據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容中的要求計(jì)算出各參量，寫入OUTPUTEQUATION。如下圖所示。其中參數(shù)說明如下：參數(shù)說明：zl：負(fù)載阻抗z0：特征阻抗z1：歸一化負(fù)載阻抗T1：負(fù)載處的反射系數(shù)（在圓圖上即為負(fù)載阻抗）Tl：負(fù)載阻抗沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電長(zhǎng)度后得到的阻抗zin：輸入阻抗zin1：歸一化輸入阻抗Tin：輸入阻抗對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)（在圓圖上即為輸入阻抗）Rj：大圓Rp：1+jx圓R：負(fù)載阻抗處等反射系數(shù)圓Rf：旋轉(zhuǎn)/8后的協(xié)助圓Rd：過負(fù)載阻抗的電阻圓2．將歸一化輸入阻抗和負(fù)載阻抗所在位置分別標(biāo)在Y-Smith導(dǎo)納圓圖上。如下圖所示，歸一化負(fù)載阻抗為T1，將其沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電長(zhǎng)度后得到的阻抗為Tl。歸一化輸入阻抗等于0，位于圓圖中心匹配點(diǎn)。3．設(shè)計(jì)雙枝節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，在圖上確定分支線的長(zhǎng)度,所對(duì)應(yīng)的電長(zhǎng)度，用TXLINE計(jì)算微帶線物理長(zhǎng)度和寬度。如圖，先從Tl處（此Tl已是歸一化負(fù)載阻抗T1沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電長(zhǎng)度后得到的阻抗）沿等電導(dǎo)圓旋轉(zhuǎn)至由1+jx圓逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)/8后得到的協(xié)助圓上。電導(dǎo)的變化值：Y1=1.98747-0.463125=1.524再將協(xié)助圓以及圓上的該點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)/8，回到1+jx圓上。再從該點(diǎn)（圖中最上方點(diǎn)）沿電導(dǎo)圓旋轉(zhuǎn)到圓心阻抗匹配點(diǎn)。電導(dǎo)的變化值：Y2=0-(-2.17245)=2.17245將Y1和Y2對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)圓與大圓的交點(diǎn)在圓圖上標(biāo)出。從開路點(diǎn)沿等反射系數(shù)圓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至此二點(diǎn)，如下圖所示，從圖中可看出轉(zhuǎn)過的角度分別為：113.4,130.6。依據(jù)轉(zhuǎn)過的角度和介質(zhì)基片的,H,特性阻抗,頻率用TXLINE計(jì)算微帶線物理長(zhǎng)度和寬度。如圖所示：4．畫出原理圖，在用微帶線畫出基本的原理圖時(shí)，留意還要把襯底添加到圖中，將各部分的參數(shù)填入。留意微帶分支線處的不勻稱性所引起的影響，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?．負(fù)載阻抗選擇電阻和電感串聯(lián)的形式，連接各端口，完成原理圖，并且將項(xiàng)目的頻率改為1.8—2.2GHz。原理圖如下圖所示：其中，MLEF代表開路線，MLIN中ID=TL2者代表單短截線距負(fù)載的距離。雙支節(jié)網(wǎng)絡(luò)分支線與負(fù)載的距離，兩分支線之間的距離為。6．添加矩形圖，添加測(cè)量，點(diǎn)擊分析，測(cè)量輸入端的反射系數(shù)幅值。調(diào)諧之前測(cè)量結(jié)果如下圖所示：7．調(diào)諧分支線的長(zhǎng)度,。只調(diào)整長(zhǎng)度，范圍為，調(diào)諧后使輸入端口的反射系數(shù)幅值在中心頻率2GHz處最低。調(diào)諧之后的原理圖和測(cè)量結(jié)果如下圖所示：五,試驗(yàn)結(jié)果分析從試驗(yàn)中可以看出，調(diào)諧是電路設(shè)計(jì)的一個(gè)重要步驟。在調(diào)諧之前，由于在Smith圓圖上標(biāo)點(diǎn)時(shí)可能存在肯定誤差等緣由，中心頻率可能會(huì)有所偏移，雙枝節(jié)匹配時(shí)偏移比較明顯。調(diào)諧的緣由在于：理論和實(shí)際可能存在差距。在調(diào)諧過后，中心頻率達(dá)到志向值，在實(shí)際中會(huì)有比較好的性能。六,試驗(yàn)中遇到的問題和解決方法1,這個(gè)試驗(yàn)包括單枝節(jié)和雙枝節(jié)匹配兩部分，設(shè)計(jì)方法和我們?cè)谧鑫⒉?xí)題時(shí)所用方法相像。但是用的是導(dǎo)納圓圖。由于對(duì)期中以前的知識(shí)遺忘較多，而且原來對(duì)導(dǎo)納圓圖和阻抗原圖之間的關(guān)系等等不熟識(shí)，剛開始時(shí)花費(fèi)了許多時(shí)間研讀試驗(yàn)教材,回想以前做題的步驟。而且由于疏忽，誤以為圓圖最左方點(diǎn)為開路點(diǎn)，第一次得出的圖不正確。后來改正了錯(cuò)誤（將開路線改為了短截線），得到了正確的結(jié)果。2,對(duì)于如何在圓圖上畫出負(fù)載阻抗點(diǎn),輸入阻抗點(diǎn)，開始時(shí)我直接畫Rl,Rin，后來在老師的指導(dǎo)下明白了，史密斯圓圖上的坐標(biāo)是反射系數(shù)，要標(biāo)阻抗點(diǎn)須要將其先轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)。這樣才正確地畫出了各點(diǎn)。關(guān)于如何畫反射系數(shù)圓,電阻圓等，也花了許多時(shí)間思索。不過正是在這個(gè)過程中，我們漸漸熟識(shí)了MicrowaveOffice的運(yùn)用及微波電路設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)三四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器一,試驗(yàn)?zāi)康?．駕馭單節(jié)和多節(jié)四分之一波長(zhǎng)變阻器的工作原理。2．了解單節(jié)和多節(jié)變阻器工作帶寬與反射系數(shù)的關(guān)系。3．駕馭單節(jié)和多節(jié)四分之一波長(zhǎng)變阻器的設(shè)計(jì)與仿真。二,試驗(yàn)原理1,單節(jié)四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器是一種阻抗變換元件，它可用于負(fù)載阻抗或信號(hào)源內(nèi)阻與傳輸線的匹配，以保證最大功率的傳輸；此外，在微帶電路中，將兩不同特性阻抗的微帶線連接在一起時(shí)為了避開線間反射，也應(yīng)在兩者之間加四分之一波長(zhǎng)變阻器。（1）負(fù)載阻抗為純電阻假設(shè)主傳輸線特性阻抗為，但是,則可以在與主傳輸線之間接入一段特性阻抗為的四分之一波長(zhǎng)的傳輸線，使得該線段輸入?yún)⒖济娴妮斎胱杩古c主傳輸線的特性阻抗相等。這樣就實(shí)現(xiàn)了匹配。依據(jù)傳輸線理論得：。由于無耗傳輸線的特性阻抗,均為實(shí)數(shù)，所以四分之一波長(zhǎng)變換器一般用來匹配電阻性負(fù)載。明顯，線段只能對(duì)頻率得到志向匹配。當(dāng)頻率變化時(shí)，匹配將被破壞，主傳輸線上的反射系數(shù)將增大。當(dāng)時(shí)，主傳輸線在隨意頻率下反射系數(shù)的模為：（*）定義下列公式為變阻器的中心頻率和相對(duì)帶寬：式中，和分別為頻帶的上下邊界，為中心頻率，為相對(duì)帶寬。假設(shè)為可容許的最大反射系數(shù)幅值，當(dāng)時(shí)，，代入式*中得：（**）由于*式中的響應(yīng)在中心頻率處是對(duì)稱的，變阻器的相對(duì)帶寬近似變?yōu)椋涸賹⑹?*代入上式得：另外對(duì)應(yīng)于頻率（對(duì)應(yīng)）的相位為：，因此也可表示為：=（2）負(fù)載阻抗為復(fù)數(shù)我們知道實(shí)現(xiàn)匹配之前線上會(huì)存在駐波。在電壓波腹和波節(jié)位置的輸入阻抗為純電阻，他們分別是，，其中為駐波比。這時(shí)可以把電壓波節(jié)處的輸入阻抗作為等效負(fù)載阻抗，即：而將變換器接在電壓波節(jié)位置（離負(fù)載處），也可把電壓波腹的輸入阻抗作為等效負(fù)載阻抗，求得而將變換器接在電壓波腹處（離負(fù)載處）。2,多節(jié)四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器單節(jié)四分之一波長(zhǎng)變阻器是一種簡(jiǎn)單而有用的電路，其缺點(diǎn)是頻帶太窄。為了獲得較寬的頻帶，可以采納雙節(jié)或多節(jié)阻抗變換器。如下圖所示，圖中顯示了N節(jié)阻抗變換器，為各節(jié)的特性阻抗，為負(fù)載阻抗，并假設(shè)，每節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度均為，l為在中心頻率處四分之一波長(zhǎng)。設(shè)計(jì)多節(jié)四分之一波長(zhǎng)變阻器時(shí)，通常采納二項(xiàng)式（最平坦）相應(yīng)和切比雪夫（等水紋）響應(yīng)。兩種設(shè)計(jì)方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，二項(xiàng)式阻抗變換器具有最平坦的通帶特性，而工作帶寬較切比雪夫變換器窄；與二項(xiàng)式阻抗變換器相比，切比雪夫阻抗變換器是以通帶內(nèi)的水紋為代價(jià)而得到最佳帶寬的。（1）二項(xiàng)式多節(jié)阻抗變換器二項(xiàng)式多節(jié)阻抗變換器的近似設(shè)計(jì)公式：式中，下面探討二項(xiàng)式變阻器的帶寬：（2）切比雪夫多節(jié)阻抗變換器切比雪夫阻抗變換器的設(shè)計(jì)方法是：使它的反射系數(shù)的模隨按切比雪夫多項(xiàng)式變化。附錄6中給出了切比雪夫阻抗變換器的設(shè)計(jì)表格，其中R為阻抗比，，n為節(jié)數(shù)。留意表中給出的是駐波比，帶內(nèi)最大駐波比與反射系數(shù)的模的關(guān)系為：。當(dāng)阻抗比和相對(duì)帶寬肯定時(shí)，節(jié)數(shù)越多，帶內(nèi)最大的駐波比越小；同理當(dāng)阻抗比R和帶內(nèi)最大的駐波比肯定時(shí)，變阻器的帶寬越寬，所需節(jié)數(shù)越多。三,試驗(yàn)內(nèi)容（1）已知：負(fù)載阻抗為純電阻=150，中心頻率=3，主傳輸線特性阻抗=50，介質(zhì)基片=4.6，厚度H=1mm，最大反射系數(shù)模不應(yīng)超過0.1，設(shè)計(jì)1,2,3節(jié)二項(xiàng)式變阻器以及3節(jié)切比雪夫阻抗變換器，在給定的反射系數(shù)條件下比較它們的工作帶寬，要求用微帶線形式實(shí)現(xiàn)。（2）已知負(fù)載阻抗為復(fù)數(shù)：=（85-j45），中心頻率=3，主傳輸線特性阻抗=50，在電壓駐波波腹或波節(jié)處利用單節(jié)四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器，設(shè)計(jì)微帶線變阻器，微帶線介質(zhì)參數(shù)同上。四,試驗(yàn)步驟（1）對(duì)于純電阻負(fù)載，依據(jù)已知條件，確定單節(jié)和多節(jié)傳輸線的特性阻抗及相對(duì)帶寬。特性阻抗：?jiǎn)喂?jié)：二節(jié)： 解得：三節(jié)： 解得：相對(duì)帶寬：?jiǎn)喂?jié)：二節(jié)：三節(jié)：（2）依據(jù)各節(jié)傳輸線的特性阻抗，利用TXLINE計(jì)算相應(yīng)微帶線的長(zhǎng)度及寬度。每段變阻器的長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)（在中心頻率），即，為對(duì)應(yīng)頻率處微帶線的等效波長(zhǎng)。計(jì)算結(jié)果如下：一節(jié)：Z0=50Z1=86.61ZLW5013.251.89986.6113.830.627915014.310.1029二節(jié)：Z0=50Z1=65.8Z2=113.96Z3=150ZLW5013.251.89965.813.551.153113.9614.10.28715014.310.1029三節(jié)：Z0=50Z1=57.36Z2=86.60Z3=130.75Z4=150ZLW5013.2541.896857.3613.41.494686.6013.830.628130.75150（3）對(duì)于復(fù)數(shù)負(fù)載，依據(jù)負(fù)載阻抗,特性阻抗，計(jì)算歸一化負(fù)載阻抗和反射系數(shù)，將負(fù)載反射系數(shù)標(biāo)在Smith圓圖上，從負(fù)載點(diǎn)沿等駐波系數(shù)圓向源方向旋轉(zhuǎn)，與Smith圓圖左半實(shí)軸交點(diǎn)，即電壓駐波波節(jié)處，旋轉(zhuǎn)過的電長(zhǎng)度為，計(jì)算變換器的特性阻抗；向源方向旋轉(zhuǎn)與Smith圓圖右半實(shí)軸交點(diǎn)，即電壓駐波波節(jié)處，旋轉(zhuǎn)過的電長(zhǎng)度為，計(jì)算變換器的特性阻抗。在OUTPUTEQUATION中輸入以下公式：其中TL為負(fù)載反射系數(shù)，T為過此點(diǎn)的等反射系數(shù)圓。標(biāo)在圓圖上如下圖所示。分別從負(fù)載處沿等反射系數(shù)圓旋轉(zhuǎn)到電壓波節(jié)和波腹點(diǎn)，即圓圖最左和最右方的兩個(gè)點(diǎn)。轉(zhuǎn)過的電長(zhǎng)度和對(duì)應(yīng)的角度分別為：180-33.69=146.31,360-33.69=326.31。然后可以從下圖中讀出二者的歸一化阻抗值（即實(shí)軸上兩點(diǎn)的歸一化阻抗），即我們現(xiàn)在要匹配的負(fù)載：反歸一化得：=0.427*50=21.35=2.3368*50=116.84。利用R和，代入單節(jié)四分之一波長(zhǎng)變換器的公式中，可得：（4）依據(jù)傳輸線的特性阻抗，利用TXLINE計(jì)算相應(yīng)微帶線的長(zhǎng)度及寬度，以及對(duì)應(yīng)電長(zhǎng)度為,的微帶線長(zhǎng)度。如上圖所示，對(duì)于四分之一波長(zhǎng)變換器，將算出的特性阻抗,和90度的電長(zhǎng)度輸入TXLINE中進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于電長(zhǎng)度為,的微帶線，將電長(zhǎng)度,和50的特性阻抗輸入TXLINE中進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下：電壓駐波波節(jié)處的一組解：ZdegWL509032.67905073.155電壓駐波波腹點(diǎn)處的一組解：ZdegWL509076.439050163.155(第一行為第一節(jié)微帶線，只是為了供應(yīng)與的接口；第二行為四分之一波長(zhǎng)變換器，其電長(zhǎng)度為90度，特性阻抗是依據(jù)公式計(jì)算所得；第三行為第三節(jié)微帶線，目的是將復(fù)數(shù)負(fù)載轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)負(fù)載，因此電長(zhǎng)度為在Smith圓圖上轉(zhuǎn)過的電長(zhǎng)度，特性阻抗與傳輸線的特性阻抗相同。)（5）在MicrowaveOffice下完成單節(jié)變阻器,二項(xiàng)式多節(jié)變阻器原理圖，要考慮微帶線的不勻稱性，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ停缥Ь€阻抗跳變點(diǎn)處。如圖所示，分別為單節(jié),二項(xiàng)式二節(jié),二項(xiàng)式三節(jié)變阻器,復(fù)數(shù)負(fù)載時(shí)的單節(jié)變阻器原理圖：?jiǎn)喂?jié)：二節(jié)二項(xiàng)式：三節(jié)二項(xiàng)式：?jiǎn)喂?jié)復(fù)數(shù)負(fù)載：（6）在Proj下添加圖，測(cè)量反射系數(shù)。分別測(cè)量結(jié)果如下（調(diào)諧前）：?jiǎn)喂?jié)：二項(xiàng)式二節(jié)：二項(xiàng)式三節(jié)：?jiǎn)喂?jié)復(fù)數(shù)負(fù)載：（7）調(diào)諧各微帶線的長(zhǎng)度。只調(diào)整長(zhǎng)度，范圍為，調(diào)諧后使輸入端口的反射系數(shù)幅值在中心頻率3GHz處最低。調(diào)諧之后的原理圖和測(cè)量結(jié)果如下圖所示：?jiǎn)喂?jié)：二節(jié)二項(xiàng)式：三節(jié)二項(xiàng)式：復(fù)數(shù)負(fù)載：dB圖：幅度圖：（8）對(duì)于純電阻負(fù)載，上述指標(biāo)不變，采納3節(jié)切比雪夫阻抗變換器重新設(shè)計(jì)上述阻抗變換器，利用求出帶內(nèi)容許的最大駐波比，查閱附錄6，確定其相對(duì)帶寬和特性阻抗。計(jì)算得阻抗比=3，==1.22。查帶內(nèi)駐波比和R與的關(guān)系表，得相對(duì)帶寬為1。又依據(jù)與R查各節(jié)歸一化特性阻抗表，得，，=2.400。反歸一化得：，，。據(jù)傳輸線的特性阻抗，利用TXLINE計(jì)算相應(yīng)微帶線的長(zhǎng)度及寬度。得到的結(jié)果如下：ZWL5062.49486.6120150畫出原理圖如下：其中中間三段分別為,,。測(cè)量得反射系數(shù)隨頻率的變化如下：調(diào)諧各微帶線的長(zhǎng)度。只調(diào)整長(zhǎng)度，范圍為，調(diào)諧后使輸入端口的反射系數(shù)幅值在中心頻率3GHz處最低。調(diào)諧之后的原理圖和測(cè)量結(jié)果如下圖所示：五,試驗(yàn)結(jié)果分析在做完整個(gè)試驗(yàn)后，將原理圖移到同一個(gè)工程中，并仿真，以便進(jìn)行對(duì)比。所得結(jié)果如下圖所示：原理圖：測(cè)量結(jié)果（幅度圖）：由圖中可見，隨著變阻器節(jié)數(shù)的增加，處帶寬漸漸增加，與理論計(jì)算結(jié)果基本相同。比較二項(xiàng)式變阻器與切比雪夫阻抗變換器的通帶特性可發(fā)覺，二項(xiàng)式阻抗變換器具有最平坦的通帶特性，而工作帶寬較切比雪夫變換器窄；與二項(xiàng)式阻抗變換器相比，切比雪夫阻抗變換器是以通帶內(nèi)的水紋為代價(jià)而得到最佳帶寬的，因此帶內(nèi)平坦度不如二項(xiàng)式變阻器。測(cè)量結(jié)果dB圖如下：六,試驗(yàn)中遇到的問題及解決方法1,這個(gè)試驗(yàn)包括的內(nèi)容較多，做起來也有一點(diǎn)難度。例如負(fù)載為復(fù)數(shù)時(shí)的二項(xiàng)式變阻器，須要先將復(fù)數(shù)負(fù)載利用一段傳輸線轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)負(fù)載，剛開始時(shí)我就沒有太明白。后來細(xì)致看書,與同學(xué)探討后才理解了原理，在此基礎(chǔ)上很快做出來了。2,第一次做時(shí)我分別建了多個(gè)工程，實(shí)現(xiàn)單節(jié),二三節(jié)二項(xiàng)式,三節(jié)切比雪夫變阻器。后來發(fā)覺這樣做不利于比較變阻器的帶寬以及平坦特性等，因此將它們都挪到了一個(gè)原理圖中，測(cè)量結(jié)果畫在同一張圖里。這樣能夠比較清晰地對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析比較。試驗(yàn)六功率安排器一,試驗(yàn)?zāi)康?．駕馭功率安排器的工作原理和分析方法。2．駕馭微帶線功率安排器的設(shè)計(jì)與仿真。二,試驗(yàn)原理功分器是一種功率安排元件，它是將輸入功率分成相等或不相等的幾路功率，當(dāng)然也可以將幾路功率合成，而成為功率合成元件。在電路中常用到微帶功分器。圖中為兩路微帶線功分器。對(duì)功分器的要求是：兩端口的功率按肯定比例安排，并且兩端口之間相互隔離。當(dāng)兩個(gè)輸出端口接匹配負(fù)載時(shí)，輸入端口無反射。功分器的技術(shù)指標(biāo)為：功分比,插入損耗和隔離度。如圖所示，當(dāng)1端口輸入功率時(shí)，2端口和3端口的輸出功率分別為和，假如功分比為，則（或）；當(dāng)1端口接匹配負(fù)載時(shí)，2端口到3端口（或3端口到2端口）的傳輸系數(shù)表示功分器的隔離度；當(dāng)3端口（或2端口）接匹配負(fù)載時(shí)，1端口到2端口（或3端口）的傳輸系數(shù)為功分器的插入損耗。在圖中，功率從1端口輸入，分為兩路，經(jīng)過一段四分之一波長(zhǎng)的微帶線傳輸后，到達(dá)2端口和3端口。1端口的特性阻抗為，1到2端口,1到3端口的微帶線特性阻抗分別為,，線長(zhǎng)為。,分別為從2端口,3端口向負(fù)載看過去的阻抗。R為2端口,3端口之間的隔離電阻。下面確定,,,的計(jì)算式。如圖所示，1端口的輸入功率為，2端口,3端口的輸出功率分別為和，對(duì)應(yīng)的電壓為和。依據(jù)對(duì)功分器的要求，則有：為了使在正常工作時(shí)，隔離電阻R上不流過電流，則，于是得。若取，則。因?yàn)閮陕肺Ь€長(zhǎng)為，故在1端口處的輸入阻抗為為使1端口無反射，兩路微帶線在1端口處的總輸入阻抗應(yīng)等于1端口的特性阻抗，即若電路無損耗，則式中，為1端口處的電壓。所以下面確定隔離電阻R的計(jì)算式?？缃釉?端口和3端口之間的電阻R，是為了得到2端口與3端口之間相互隔離的作用。當(dāng)信號(hào)從1端口輸入，2端口,3端口接負(fù)載電阻,時(shí)，2,3兩端口等電位，故電阻R沒有電流流過相當(dāng)于R不起作用；而當(dāng)2端口或3端口的外接負(fù)載不等于或時(shí)負(fù)載有反射，這是為使2,3兩端口彼此隔離，R必需有確定的值，經(jīng)計(jì)算：如圖所示，微帶線功分器輸出端的特性阻抗與輸入端相同，因此2端口,3端口的特性阻抗都是。為了匹配須要，在2端口與之間加一段特性阻抗為，電長(zhǎng)度為的阻抗變換段，在3端口與之間加一段特性阻抗為，電長(zhǎng)度為的阻抗變換段，,分別為圖中兩路微帶線之間的距離不宜過大，一般取2~4帶條寬度。這樣可使跨接在兩微帶線之間的電阻R的寄生效應(yīng)盡量減小。三,試驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)仿真一個(gè)兩路微帶線功分器。已知：端口特性阻抗，功分比，介質(zhì)基片為：=4.6，H=1mm。指標(biāo)如下：當(dāng)中心頻率2GHz，相對(duì)帶寬20%時(shí)，（1）兩輸出端口的功分比（）為1.495~1.505；（2）兩輸出端口的隔離度（20lg||）不小于25dB。四,試驗(yàn)步驟（1）依據(jù)已知條件利用上述公式計(jì)算,,,,,,的值。將公式輸入到OUTPUTEQUATION中進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下圖所示：（2）利用TXLINE計(jì)算相應(yīng)微帶線的長(zhǎng)度及寬度。建立一個(gè)新項(xiàng)目，選擇單位和項(xiàng)目頻率1.8~2.2GHz。如圖，將上一步算得的特性阻抗輸入到TXLINE中，進(jìn)行計(jì)算。電長(zhǎng)度為90度，中心頻率2GHz。計(jì)算結(jié)果如下：ZLWZ05019.9721.8825Z0287.4920.830.60619Z0358.3320.2131.437Z0455.3320.131.5806Z0545.1819.8182.2223R102.121.0340.40021設(shè)Y是Z02和Z03的長(zhǎng)度，X1,X2分別為Z02,Z03連接線的長(zhǎng)度，則有X1+Y=20.83,X2+Y=20.213。又設(shè)A和B是連接隔離電阻的微帶線長(zhǎng)度。假設(shè)電阻長(zhǎng)為3mm，則A取(X1+X2-3)/2，且有A+B+3=X1+X2（電阻的長(zhǎng)度R加兩段微帶線的總長(zhǎng)度與,兩路微帶線之間的垂直距離相同）。這些約束關(guān)系需寫到GLOBALDEFINATION中。如下圖所示。（3）輸入原理圖。用兩段微帶線與電阻R的兩端相連接，微帶線的特性阻抗與R一樣，及其寬度由R確定，長(zhǎng)度可以調(diào)整。上述約束關(guān)系也需寫到原理圖中，便于調(diào)諧時(shí)運(yùn)用。原理圖如下：（4）添加測(cè)量，測(cè)量輸入端口到兩個(gè)輸出端口的傳輸系數(shù)（||，||）以及隔離度||。（5）仿真分析，視察端口S參數(shù)是否滿意設(shè)計(jì)要求。調(diào)諧前測(cè)量得到的結(jié)果如圖所示：明顯不滿意要求。試驗(yàn)要求中心頻率在2GHz，在1.8~2.2GHz時(shí)滿意隔離度不小于25dB，功分比為1.495~1.505（換算成dB后有：20lg||-20lg||為1.746~1.775）。但此時(shí)中心頻率偏離了2GHz，且1.8GHz時(shí)明顯小于25dB。上面的兩條橫線之間的距離，即20lg||-20lg||=[-2.288-(-4.078)]=1.79>1.775，也不滿意要求。（6）調(diào)諧電路元件參數(shù)，選擇調(diào)諧變量，調(diào)整變量的數(shù)值，在圖上視察功分比和隔離度的變化，選擇最佳值。如圖所示，將電阻的長(zhǎng)度R加兩段微帶線的總長(zhǎng)度與,兩路微帶線之間的垂直距離相同，即A+B+3=X1+X2等約束關(guān)系寫到原理圖中。調(diào)整Y,A,,的值。圖中所示為調(diào)諧之后的結(jié)果。這時(shí)測(cè)量得出的反射系數(shù)dB圖如下：可見此時(shí)中心頻率在2GHz，在1.8~2.2GHz頻率范圍內(nèi)隔離度大約在25dB以上。上面的兩條橫線之間的距離，即20lg||-20lg||=[-2.339-(-4.111)]=1.772，因此功分比也滿意要求。（7）當(dāng)功分比=1時(shí)，上述功分器變?yōu)榈确止Ψ制鳎鼘⑤斎牍β史譃橄嗟鹊膬陕?，兩個(gè)輸出端口的功率理論上相等，重新設(shè)計(jì)上述試驗(yàn)。在OUTPUTEQUATION中，將k改為1，其余不變，計(jì)算結(jié)果如下圖：由計(jì)算結(jié)果可見，Z04和Z05特征阻抗為50，與端口的阻抗值相同，這時(shí)不再須要用來與端口匹配的兩條微帶線。用TXLINE計(jì)算相應(yīng)微帶線的長(zhǎng)度及寬度，如下：ZLWZ05019.9721.8825Z0270.7120.5150.98629Z0370.7120.5150.98629Z045019.9721.8825Z055019.9721.8825R10021.0070.42472在GLOBALEQUATION中輸入約束條件，如下圖所示：輸入原理圖。由之前的分析可知，不須要最右邊的兩條微帶線，其余結(jié)構(gòu)與第一個(gè)功分器相同。將計(jì)算出的長(zhǎng)度和寬度輸?shù)綄?duì)應(yīng)位置。如下圖所示：添加測(cè)量，測(cè)量輸入端口到兩個(gè)輸出端口的傳輸系數(shù)（||，||）以及隔離度||。仿真分析，視察端口S參數(shù)是否