2023年微波仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告北郵

北京郵電大學(xué)

微波仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)名稱：微波仿真實(shí)驗(yàn)

姓名：劉夢(mèng)頡________

班級(jí):—

學(xué)號(hào):—

班內(nèi)序號(hào):11

日期：2023年12月20日

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、熟悉支節(jié)匹配的匹配原理。

2、了解微帶線的工作原理和實(shí)際應(yīng)用。

3、掌握Smith圖解法設(shè)計(jì)微帶線匹配網(wǎng)絡(luò)。

4、掌握ADS,通過SmithChart和Momentum設(shè)計(jì)電路并仿真出結(jié)果。

二、實(shí)驗(yàn)規(guī)定

1、使用軟件：ADS

2、實(shí)驗(yàn)通用參數(shù)：

FR4基片：介電常數(shù)為4.4,厚度為1.6mm,損耗角正切為0.02

特性阻抗：50歐姆

3、根據(jù)題目規(guī)定完畢仿真，每題截取「3張截圖。

三、實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果

第一、二次實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一：

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

Linecal的使用（工作頻率1GHz）

a）計(jì)算FR4基片的50歐姆微帶線的寬度

b）計(jì)算FR4基片的50歐姆共面波導(dǎo)（CPW）的橫截面尺寸（中心信號(hào)線

寬度與接地板之間的距離）

2、相關(guān)截圖

（a）根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)定設(shè)立相應(yīng)參數(shù)

窗LineCalc/untitledI=I回

FileSimulationOptionsHelp

0|B|百宣

Component

Type|MLIN-13ID|MUN:MLINDEFAULT—jJ|

Physical

W13.053360|mm_vj

L1104.7700001mm』

I|N/A

i2二j

SynthesizeAna^ze

囚H

(Valuesareconsistent

（b）根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)定設(shè)立相應(yīng)參數(shù)

茴LineCalc/untitledl=i回7Ml

FileSimulationOptionsHelp

D&tt?

Componenl

Type|CPW3]ID|CPW:CFW_DEFAULT三I

WSUB_DEFAlirn

*

「

=i

,

SynthesizeAnalyze

CalculatedResults

_JS____EK_Eff=1.427

A_DB-0.042

SkinDepth-0.097

ComponentParameters

FLOOD'[GH^~3

[NZA~3

[N/A~3

(Valuesareconsistent

實(shí)驗(yàn)二

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

了解ADSSchematic的使用和設(shè)立

2、相關(guān)截圖：

打開ADS軟件，新建工程，新建Schematic窗口。

fileEdit$?le<tViewInsertOption*Tool*UyoutSimulateWindowDynamicUnitDmiynGuidtHdp

」已自膏QMHOTO」：?&RIP/。即晟含傷陪襁妾聞:、

e?d'C

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家

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*

CAN

一\G

moo”O(jiān)Q

H瑟也

SelectEnterihesUrtingpoim0item*wir?4375.1000in*/RF$mi$ch?

在Schematic中的tooIs中打開1ineCa1c,可以計(jì)算微帶線的參數(shù)。

]untrtled2($chematic):3

ViewIn??rtOptions|Tools|LayoutSimulateWindowDynamicGnkDesignGuideHelp

GENESYSSyrrthck-匕步陪襁圉電:；、

SPECTRASYS...

ElectronicNotebook-

CustomLibrary

DigitalFilter

EncodeDesigns—

1C-CAPImport

UneCalcStartUn?C?k

SmithClwt-

SendWettedComponent1bLweCalc

lmp?da<K?Match*g...

UpdateSelectedComponentFromUneCalc

ModelComposer

HSPICECompatibilityComponentWizard.MaceNewSynthesisedComponent

NetfittExport

Spk?ModelGenerator

Us?r-CompiledModel

CheckRepm?otation.H

Hierarchy...

OInfo...

OIdentify-

ComponentAaleneConfiguratioti-

HotKey/lbolbjrConfiguration.-

座DataFileTool...

ConnectedSolutionsWorkbenchlook.

ConnectionManagerClient-

ExportADSPtolemyDesign

ifntnxnentServec-

irtingpoint00

ImportSystemModel

3、實(shí)驗(yàn)分析

通過在不同的庫中可以找到想要的器件，比如抱負(fù)傳輸線和微帶線器件。在完畢

電路圖后需要先保存電路圖，然后仿真。在仿真彈出的圖形窗口中，可以繪制

Smith圖和S參數(shù)曲線圖。

實(shí)驗(yàn)三

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

分別用抱負(fù)傳輸線和微帶傳輸線在FR4基片上，仿真一段特性阻抗為50歐姆

四分之波長(zhǎng)開路線的性能參數(shù),工作頻率為1GHz。觀測(cè)Smith圓圖變化。

2、相關(guān)截圖

(1)抱負(fù)傳輸線

S-PARAMETERS

S__Param

SP1

Start=1.0GHz

Stop=10.0GHz

Step=0.1GHz

m2

freq=9.000GHz

S(1,1)=1.000/-180.000

impedance=Z0*(5.000E-11-j5.511E-16)

ml

freq=10.00GHz

S(1,1)=1.000/7.017E-14

impedance=Z0*(2.000E10+j2449E5)

freq(1000GHzto1000GHz)

(2)微帶線

根據(jù)實(shí)驗(yàn)一計(jì)算50歐姆的微帶線的長(zhǎng)和寬，修改MLOC的參數(shù)。

同lineCalc/untitled回

MSubS-PARAMETERS

MSUBS_Param

MSublSP1MLOC

H=1.6mmStart=1.0GHzTL1

n

Er=4.4Stop=10.0GHzSubst="MSub1

Mur=1Step=0.01GHz/Term.W=3.05336mm

L=40.9971mm

Cond=1.0E+507erm1

Hu=1.0e+033mmNum=1

T=0mmZ=50Ohm

7anD=0.02

Rough=0mm

mlm2

freq=1.OOOGHzfreq=3.980GHz

S(1,1)=0.972/179.881S(1,1)=0.891/0.569

impedance二ZO*(0.014+jO.001)"。癡"一二。232-4EQ)

freq(1OOOGHzto1000GHz)

3、實(shí)驗(yàn)分析

由圖可知，由于工作頻率為1GHz和50歐姆阻抗,所以1GHz處為開路點(diǎn),

且在Smith圓圖上曲線是在單位圓上。微帶線與抱負(fù)傳輸線相比會(huì)存在誤差,

曲線并不是完全在單位圓上。

實(shí)驗(yàn)四

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

分別用抱負(fù)傳輸線和微帶傳輸線在FR4基片上，仿真一段特性阻抗為50歐

姆

四分之波長(zhǎng)短路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。觀測(cè)Smith圓圖變化。

2、相關(guān)截圖

⑴抱負(fù)傳輸線

m2ml

freq=10.OOGHzfreq=9900GHz

S(1,1)=1.OOO/-180.0008(1,1)=1.000/6.315E-14

impedance=Z0*(5.000E-11-j6.123E-16)impedance=ZO*(2.000E10+j2.204E5)

freq(1.000GHzto1000GHz)

(2)微帶線

MSubS-PARAMETERS

11

MSUBS_Param1H

MSublSP1MLSC

H=1.6mm+Start=1.0GHzTL1

Subst="MSub1"

Er=4.4Stop=10.0GHz

W=3.05336mm

Mur=1Step=O.O1GHzTerm..

L=40.9971mm

Cond=1.0E+50Terrnl

Hu=1.0e+033mmNum=1

T=0mmZ=50Ohm

7anD=0.02

Rough=0mm

mlm2

freq=1000GHzfreq=3.980GHz

S(1,1)=0.972/-0.089S(1,1)=0888/-179541

impedance=Z0*(69.974-j3.832)impedance=Z0*(0.059-jO.004)

3、實(shí)驗(yàn)分析

由圖可知，由于是四分之一短路線仿真,所以1GHz點(diǎn)在短路點(diǎn)上,且曲線在

Smith圓圖的單位圓上。由于微帶線和抱負(fù)傳輸線相比存在誤差，所以曲線不完

全在單位圓上。

實(shí)驗(yàn)五

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

分別用抱負(fù)傳輸線和微帶傳輸線在FR4基片上，仿真一段特性阻抗為50歐姆

二分之波長(zhǎng)開路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。觀測(cè)Smith圓圖變化。

2、相關(guān)截圖

（1）抱負(fù)傳輸線

m2ml

freq=10.00GHzfreq=9.500GHz

S(1,1)=1.000/1.403E-13S(1,1)=1.000/180.000

impedance=Z0*(2.000E10+j4.899E5)impedance=Z0*(5.000E-11+j6.129E-16)

freq(1.000GHzto1000GHz)

(2)微帶線

使用LineCalc計(jì)算阻抗為50歐姆、一半波長(zhǎng)的微帶線的長(zhǎng)和寬。

MSub能S-PARAMETERS

MSUBS_Param

MSublSP1MLOC

H=1.6mmStart=1.0GHzTL1

n

Er=4.4Stop=10.0GHzSubst="MSub1

Step=0.01GHz+>TermW=3.05336mm

Mur=127erm1L=81.9943mm

Cond=1.0E+50

Hu=1.0e+033mm>Num=1

T=0mmIZ=50Ohm

7anD=0.02

Rough=0mm

mlm2

freq=1OOOGHzfreq=3.490GHz

S(1,1)=0.9457-0.179S(1,1)=0.814/179.791

impedance=ZO*(34.994-j1.920)impedance=ZO*(0.103+j0.002)

freq(1OOOGHzto10.00GHz)

3、實(shí)驗(yàn)分析

由圖可知，由于是一半波長(zhǎng)開路線仿真，所以1GHz點(diǎn)在開路點(diǎn)上。微帶

線和抱負(fù)傳輸線相比存在誤差，所以微帶線仿真的曲線在Smith上不完全在單位

圓上。

實(shí)驗(yàn)六

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

分別用抱負(fù)傳輸線和微帶傳輸線在FR4基片上，仿真一段特性阻抗為50歐姆

二分之波長(zhǎng)短路線的性能參數(shù)，工作頻率為1GHz。觀測(cè)Smith圓圖變化。

2、相關(guān)截圖

（1）抱負(fù)傳輸線

m2ml

freq=10.00GHzfreq=9.500GHz

S(1,1)=1.000/-180.000S(1,1)=1.000/-7.024E-14

impedance=Z0*(5.000E-11-j1.225E-15)impedance=ZO*(2.000E10-j2.452E5)

(2)微帶線

S-PARAMETERS|

MSub

MSUBS_ParamHZZH"

MSublSP1MLSC

H=1.6mm+Start=1.0GHzTL1

MH

Er=4.4Stop=10.0GHzSubst=MSub1

Mur=1Step=0,01GHzTerm..W=3.05336mm

L=81.9943mm

Cond=1.0E+50lerml

Hu=1.0e+033mmNum=1

T=0mmZ=50Ohm

TanD=0.02

Rough=0mm

mlm2

freq=1000GHzfreq=2500GHz

S(1,1)=0.945/179.761S(1,1)=0.866/-0.620

impedance=Z0*(0.029+j0.002)impedance=Z0*(13.862?j1.040)

freq(1000GHzto1000GHz)

2、實(shí)驗(yàn)分析

由圖可知，由于是一半短路線仿真，所以1GHz點(diǎn)在短路點(diǎn)上。微帶線和抱負(fù)

傳輸線相比存在誤差，所以微帶線的仿真曲線不完全在Smith圓圖的單位圓上。

實(shí)驗(yàn)七

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

用一段抱負(fù)四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器匹配10歐姆到50歐姆,仿真S參數(shù),

給出-20dB帶寬特性,工作頻率為IGHzo

2、相關(guān)截圖

S-PARAMETERS

S_Param

SP1...

Start=0.5GHz

Stop=1.5GHz

Step=O.OO1GHz

lerm

Term1TLINTerm2

Num=1TL1Num=2

Z=50OhmZ=22.3607OhmZ=10Ohm

E=90

F=1GHz

SI1的-20dB帶寬特性曲線，如下的:

mlm2

freq=929.0MHzfreq=1.070GHz

dB(S(1,1))=20.082dB(S(1,1))=20.204

々o-

-

o-

-4-

(-

二-6o

-

w-s-

mo

p

-100—

freq,GHz

3、實(shí)驗(yàn)分析

由圖可計(jì)算出，系統(tǒng)帶寬為1070-930=140MHz?；夭〒p耗最低點(diǎn)為1GHz,且

在Smith圓圖上1GHz點(diǎn)在圓心處，所以阻抗匹配成功。

實(shí)驗(yàn)八

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

用一段FR4基片上四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器匹配10歐姆到50歐姆,仿真S

參數(shù)，給出一20dB帶寬特性，工作頻率為1GHz,分析7和8結(jié)果。

2、相關(guān)截圖

|Value$a?econsistent

S-PARAMETERS

MSub

SParam

SP1MSUB

Sta5t=0.5GHz

MSubl

Stop=1.5GHzH=1.6mm

Step=O.OO1GHzEr=4.4

Mur=1

lerfnTermCond=1.0E+50

lermlMLINTerm2Hu=1.0e+033mm

Num=1TL2Num=2T=0mm

Z=50OhmSubst=HMSub1"Z=10Ohm7anD=0.02

W=9.65335mmRough=0mm

士

一L=38.8275mm

m1m2

freq=934.0MHzfreq=1.078GHz

dB(S(1,1))=-20.001dB(S(1,1))=-20.138

s《

s

m

p

40I|i|I|i|I|I|I|i|III

1.41.5

freq,GHz

由圖可計(jì)算出，系統(tǒng)-20dB帶寬為1078-934=144MHzo

與實(shí)驗(yàn)七相比較可知，微帶線與抱負(fù)傳輸線相比存在誤差，所以回波損耗最

低點(diǎn)不在1GHz點(diǎn)處,而是稍微偏大一點(diǎn)。一20dB帶寬也比抱負(fù)傳輸線的稍大一

點(diǎn)。并且抱負(fù)傳輸線匹配的回波損耗最低點(diǎn)為T2OdB,而微帶線匹配的回波損

耗最低點(diǎn)為-37.2dB。

實(shí)驗(yàn)九

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

設(shè)計(jì)一個(gè)3節(jié)二項(xiàng)式匹配變換器，用于匹配10歐姆到50歐姆的傳輸線,

中心頻率是1GHz,該電路在FR4基片上用微帶線實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)這個(gè)匹配變換器并計(jì)

算「,”=0.1的帶寬，給出回波損耗和插入損耗與頻率的關(guān)系曲線。

2、相關(guān)截圖

根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)，先依題意算出三節(jié)匹配微帶線的阻抗值,然后通過Li

neCalc計(jì)算出相應(yīng)微帶線的長(zhǎng)和寬,修改電路圖中MLIN的相關(guān)參數(shù)。

Z1=40.89。W=4.198480mmL=40.404500mm

Z2=22.36GW=9.620970mmL=38.833700mm

Z3=12.23QW=19.83080mmL=37.648400mm。

Terrn~Term

Ierm1MLINMLINMLIN§7erm2

Num=1TL1TL2TL3SNum=2MSUB

Z=50OhmSubst="MSub1"Subst="MSub1"Subst="MSub1"Z=10OhmMSubl

W=19.830800mnt^—

+W=4.198480mmW=9.620970mmH=1.6mm

+L=40.404500mmL=38.833700mm

L=37.648400mm工Er=4.4

Mur=1

S-PARAMETERSCond=1.0E+50

Hu=3.9e+034mil

S_ParamT=0mil

SP17anD=0.02

Start=OGHzRough=0mil

Stop=2GHz

Step=10MHz

回波損耗與頻率（SU）的關(guān)系曲線，如下圖:

m3

freq=680.0MHzm2

dB(S(1,1)):20.256freq=1.330GHz

dB(S(1,1))-19.914

：5-

插入損耗與頻率（S12）的關(guān)系曲線，如下圖:

mS

freq=S80.0MHz

03(S(1.2)A~0354

3、實(shí)驗(yàn)分析

計(jì)算4=0.1的帶寬,即-20dB帶寬,由回波損耗與頻率（S11）的關(guān)系曲線

可知,帶寬為1330-680=650GHz。

實(shí)驗(yàn)十

1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

例題9,若用3節(jié)切比雪夫匹配變換器實(shí)現(xiàn)，比較同樣情況下的帶寬，回波

損耗和插入損耗與頻率的關(guān)系曲線。

2、相關(guān)截圖

根據(jù)所學(xué)的知識(shí)可以計(jì)算出切比雪夫變換器匹配的三個(gè)微帶線的阻

抗，然后通過LineCalc計(jì)算出相應(yīng)微帶線的長(zhǎng)和寬，修改電路圖中MLIN的

相關(guān)參數(shù)。

W=4.948710mmL=40.0910mm

W=9.6519mmL=38.8278mm

W=17.5771OmmL=37.8241mm。

羸S-PARAMETERS

MSub

?S二Param.........................

MSUB.SP1......................................

MSublStart=OGHz

H=16mmStop=2.0GHz

Step=001GHz

Mur=1

Cond.=1.0E+50.

Hu=3,9e+034milTerm.

T=0milMLINMLINMLINTerm2

TanD=0.02TL1TL2TL3Num=2

Rough=0mil