24GHZ微带渐变阻抗变换器设计报告Word文件下载.docx
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图3-1阻抗匹配匹配器是一个两端口的微波元件,要求可调以适应不同负载,其本身不能有功率损耗,应由电抗元件构成。
匹配阻抗的原理是产生一种新的反射波来抵消实负载的反射波(二者等幅反相),即“补偿原理”。
常用的匹配器有有/4阻抗变换换器和支节匹配器。
本论文主要采用/4阻抗变换器。
2.1.3/4阻抗变换器/4阻抗变换器是特征阻抗通常与主传输线不同、长度为/4的传输线段,它可以用于负载阻抗或信号源内阻与传输线的匹配,以保证最大功率的传输;
此外,在微带电路中,将两段不同特性阻抗的微带线连接在一起是为了避免线间反射,也应在两者之间加四分之一波长变阻器。
当负载阻抗与其传输线的波阻抗不相等,或两段波阻抗不同的传输线相连接时,在其间接入阻抗变换器可以消除或减少传输线上的反射波以获得匹配。
对某些传输线如金属波导,因其封闭性和制品的标准性,阻抗变换器要做成准用元件;
而对于微带线则可根据负载情况设计微带阻抗变换阶段,并与微带电路一同光刻腐蚀(或真空镀膜的方法)一次形成。
阻抗变换器的最基本形式是利用四分之一波长线的阻抗变换特性。
在两个特性阻抗不同的传输线之间插入一段或多段不同特性阻抗的传输线,佘当选取其长度、特性阻抗的值和节(段)数,就可以在一定带宽内驻波比低于某个给定的值。
这种变换装置成为阶梯式阻抗变换器。
/4阻抗变换器由一段特性阻抗为Z01的/4传输线构成。
如图3-2-1所示图3-2-1/4阻抗变换器原理性示意图由(3-4)、(3-5)可画出|随(或f)变化的曲线;
曲线作周期为的变化。
设允许|m,则其工作带宽对应于限定的范围频率。
由于偏离/2时|曲线急剧下降,故工作带宽很窄。
图3-2-2单节/4阻抗变换器的带宽特性微带线/4阻抗变换器,一般都是保持变换段的导体带与接地板之间的距离不变,介质材料也不变,阻抗的变换是通过改变代替带的宽度来实现的。
/4阻抗变换器只有在中心频率或其附近很窄的频带内,才能满足一定的匹配要求;
当频率偏离中心较大时,匹配性能急剧下降。
微波阻抗变换器的作用是消除反射,提高传输效率,改善系统稳定性。
阻抗匹配元件种类很多,主要的有螺钉调配器、阶梯阻抗变换器和渐变型阻抗变换器三种。
本次主要研究的是渐变阻抗变换器,渐变线是其特性阻抗按一定规律平滑的由一条传输线的特性阻抗过渡到另一条传输线的特性阻抗。
从理论上讲,多级变换器的阻抗越多,其匹配频带越宽,多阶梯阻抗变换器随着阶梯数目的增加带来了尺寸的增加和造价的增大,工程上考虑到尺寸、成本、性能发展出了渐变阻抗变换器,因为它有更好地带宽匹配性能。
图2-2给出了渐变阻抗变换器的图形:
在设计之前有必要先了解一下微带线端口设计,如下图给出了微带线端口设计模型:
(1)50微带线50微带线模型50微带线的特性阻抗实部由图可以看出在2.4GHz时,微带线阻抗的实部约为49.9069,接近50,此时微带线的宽度约为3.15mm与理论值2.99mm相差不大。
(2)30微带线30微带线模型30微带线的特性阻抗实部由图可以看出在2.4GHz时,微带线阻抗的实部约为29.9607,接近30,此时微带线宽度为6.7mm和理论值4.18相差不大。
所以建模型时50的宽度为(w1)3.15mm,长度为(l1)10mm,50的宽度为(w2)6.7mm,长度为(l2)15mm,渐变线长度为(l3)31.25mm.2.2关键参数优化:
L3(渐变线长度):
32.2mm-32.7mm,count5优化图三、设计结果3.1仿真结果:
3.1.1结构截图3.1.2参数列表w:
基板宽度w1:
50微带线宽度l1:
50微带线长度W2:
30微带线宽度l2:
30微带线长度l3:
阻抗变换器长度ht:
基板高度3.1.3指标图S11(回波损耗)图S21(插入损耗)图VWSR(驻波比)图Re(Z0)(输入阻抗)图3.2测试结果:
如上图所示,S11(回波损耗)在2.4GHZ时为-50.0745dB-20dB,符合设计要求。
S21(插入损耗)在2.4GHZ时为-0.7785dB基本等于-0.7dB,符合设计要求。
VWSR(驻波比)在2.4GHZ时为1.0063约等于1,符合设计要求。
Re(Z0)(输入阻抗)在2.4GHZ时为50.8263约等于50,符合设计要求。
四、结论与体会通过本次作品设计,对于阻抗匹配这部分微波知识有了更深的了解。
同时也对HFSS这个软件的操作也更加熟练,特别是以前不懂的方面,也有了进一步加深认识。
同时也要感谢各位学长学姐的悉心指导。
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