微波技术虚拟实验报告.docx
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微波技术虚拟实验报告.docx
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微波技术虚拟实验报告
微波技术虚拟实验
报告
学院:
一电子工程学院
专业:
信息对抗技术
班级:
020532本硕班
姓名:
朱明忠07056109
成绩:
实验2B放大器非线性分析
设计要求:
设计一放大器,分析其性能。
实验仪器:
硬件:
PC机,软件:
MicrowaveOffice软件
设计步骤:
(1)创建原理图,添加元件,设置非线性端口激励,输入功率设置为Pwr=-20dbm,完成
原理图
(2)添加图表,添加测量项,分析电路,观察功率输出频谱。
(3)调节输入功率电平,调节Pwr参数,观察时域及频域的相关变化。
实验数据记录与结果显示:
DCVS
ID=V1
V=2V
I+
PORT1
P=1
Z=50OhmPwr=-17.7dBm
TimeDomain
Time(ns)
SpectrumGraph
10
-Itime[PORT1,1,1](mA)AmplifierNonlinearAnalyse
Itime[PORT2,1,1](mA)AmplifierNonlinearAnalyse
TimeDomain
1.5
2
5
0
-5
-10
0.5
Time(ns)
SpectrumGraph
|lharm[P0RT_1,1,1]|(mA)
AmplifierNonlinearAnalyse
23
Frequency(GHz)
实验结果分析与总结:
调节输入功率Pwr时,可以看出对输出有明显的影响。
练习使用MicrowaveOffice软件,建立模型并进行仿真分析。
|Iharm[PORT_2,1,1]|(mA)AmplifierNonlinearAnalyse
实验3螺旋电感的电磁分析
设计要求:
设计一个螺旋电感,画出电磁结构图。
进行电磁模拟分析,观察二维及三维
的电流分布。
实验仪器:
硬件:
PC机,软件:
MicrowaveOffice软件
设计步骤:
(1)在新工程中正确创建电磁结构图,设置边界尺寸及网格大小:
X-Dimension=320,Y-Dimension=320,X-Divisions=32,Y-Divisions=32,添
加介质层,设置Thickness=20;AddConductor绘制螺旋电感;AddRectConductor绘制输出线;AddEdgePort添加端口,AddRectConductor绘制电桥;Add添加通道。
(2)在ProjectOptions中的FrequencyValues页设置工作频率:
单位MHz,
起始:
400终止:
700步长:
100;分析电路Analyze;分别激活2-D,
3-D视图,观察静态电流分布和动态电流分布。
实验结果记录与显示:
'送2汽心沁W
2
EMSpiral二维图
三维动态电流分布图
实验结果分析与总结:
由静态以及动态电流分布可以看出,螺旋电感中电流的大小,方向都随时间程周期性变
化,所以其电磁分布是固定的。
同时若改变螺旋电感的宽度电流的流向分布不变。
设计螺旋电感的电磁分析的实验,学会在AWF中如何建立电磁结构图以及绘制螺旋电感,输出线,介质层,电桥,端口,通道等。
以及进行实验模拟,直观的观察螺旋电感的动态
电流分布。
试验4集总元件滤波器的线性分析
设计要求:
设计一个电感输入式集总元件滤波器。
已知
L1L415nH丄2L330nH,C1C38pF,C210pF,输入和输出端特性阻抗均为50。
工作频率100~1000MHz。
(1)画出原理图,测量S11,S21参数(单位dB)与频率的关系曲线。
(2)调节元件值L1,L4,C1,C3,观察S参数的相应变化。
(3)优化电路,使其满足f500MHz时,S117dB,S211dB
f700MHz时,気30dB
记录最终的优化结果:
各元件值,便量值及曲线图。
实验仪器:
硬件:
PC机,软件:
MicrowaveOffice软件
设计步骤:
(1)创建原理图设置GlobeUnits中各个参数的单位.画图,从Elem中选择各元件。
按照原理图正确绘制。
(2)添加图表及测量项设置工作频率:
100~1000MHz阶长:
10MHz.添加矩形图,
添加测量项:
PortParameterS(dB)参数。
(3)测量Analyze分析电路,测量S参数的特性曲线。
(4)调节将元件L1,L4,C1,C3的数值设为可调,调节各值,观察S参数
的相应变化。
(5)优化电路定义变量:
将L1,L4的值设为变量Lin。
C1,C3的值设为变量Cin.选择优化参数:
将L2,L3,C2,Lin,Cin参数的优化选项激活,依次设置上限
60,60,20,30,16。
设置优化目标:
逐步添加S11,S21参数的优化目标。
f500MHz时,Sh17dB,S211dB;f700MHz时,S2130dB。
执行优化:
OptimizeRandom(Local),最大迭代次数5000次。
开始执行优化。
实验数据记录与结果显示
Cin=8
初始原理图
未优化的测量图
匚
优化后结果图
参数
Lin(nh)
Cin(pf)
L2(nh)
L3(nh)
C2(pf)
优化值
18.35
9.088
32.95
32.95
10.08
表1优化后各元件及变量的值
Ex4_Spectrum
Frequency(MHz)
-10-20-30-40-50-60
优化后的期望测量图
实验结果分析与总结:
画出原理图后在初始数据条件下进行仿真分析,S参数是频率的关系如初始测量图,将
L1,L4,C1,C3的值设置为可调后,调节各值,S参数都会随着变化,%的变化明显;设置优化后从测量图中可以看出,基本满足优化电路的设计要求。
即:
当f500MHz时,
S,17dB,S211dB.当f700MHz时,S2130dB
;
集总元件滤波器的线性分析实验的设计,熟练使用绘图的各元件,设置各元件参数,更
重要的是学会优化电路的分析方法,选择优化参数,设置优化目标等。
实验5功率分配器
设计要求:
设计一个三端口等功率分配器,采用微带线结构。
已知输入端特性阻抗Z050,共
作频率f03GHz.微带线基片r9.8,h1000um,T1um.
测量特性指标S1,S21,§3(单位dB)与频率(0.5fo~1.5fo)的关系曲线。
调节微带线的
尺寸,使功率分配器的性能达到最佳。
实验仪器:
硬件:
PC机,软件:
MicrowaveOffice软件
设计步骤:
(1)组织计算Zo2,Z°3的长度均为po/4。
Z02Z03X.2Zo;Z04Z05Zo;r2Zo,将计算结果填入表1
(2)微带线尺寸计算利用TXLine的自带软件带入相关参数计算微
带线尺寸。
(3)完成电路图,测量个特性指标依次设置单位,工作频率
(1.5~4.5GHz,阶长0.01),画电路图,添加图表,测量项。
分析电路,观察所得曲线。
(4)调节电路调节电阻r的长度,宽度,使得S^1,S23在f0处尽可
能小,S21尽可能接近-3Db.记录最终的调节结果。
实验数据记录与结果显示:
表1(已知条件:
r9.8,h1000um,T1umf03GHz)
参数
阻值()
电长度(deg)
L(um)
W(um)
Z。
50
10
1062.9
1010.4
Z02,Z03
70.711
90
9864.5
442.19
Z04,Z05
50
10
1062.9
1010.4
r
100
5
564.06
138.06
MTEE$ID=TL4
PORT
1Z=5°Ohm
/PORTP=3
Z=50Ohm
MLINID=TL5W=1.01mm
L=1.063mm
MLINID=TL3W=1.01mm
L=1.063mm
TFR
ID=TL1
W=0.2061mm
L=0.4081mmRS=50
F=3GHz
MTRACEID=X3
W=0.4422
L=9.865mm
BType=2
M=0.6
mm
MTEE$
ID=TL1
MTEE$
D=TL2
MTRACEID=X2
W=0.4422mm
L=9.865mm
BType=2
M=0.6
3
MTRACEID=X1
W=1.01mm
L=1.063mm
BType=2
M=0.6
MSUB
Er=9.8
H=1mmT=0.001mm
Rho=1
Tand=0
ErNom=1
Name=SUB1
PORTh
P=1
Z=50Ohm
调节后的TFR的尺寸:
W=0.2061mm,L=0.4081mm
测量期望图
实验结果分析与总结:
此三端口功率分配器采用微带线结构,实现等功率分配。
功率分配器的设计继续练
习电路图的绘制和结果的调节分析,使用TXLine计算微带线的尺寸。
实验6阻抗变换器
设计要求:
设计一个同轴线阶梯阻抗变换器,使特性阻抗分别为Z0150,Z02100的两段同
轴线匹配链接。
要求:
变换器N2,工作频率f05GHz。
已知同轴线的介质为
RT/Duriod5880(「2.16),外导体直径D。
7mm。
分别按以下方法设计
方法一:
最平坦通带特性变换器(二项式);
方法二:
等波纹特性变换器(切比雪夫式),反射系数模的最大值|ml0.05
确定阻抗变换器的结构尺寸,完成电路图。
测量|Sii|(即反射系数模)与频率的关系
曲线。
调节电路使其达到指标要求,比较不同阻抗变换器的性能特点。
实验仪器:
硬件:
PC机,软件:
MicrowaveOffice软件
设计步骤:
(1)电路阻值,尺寸计算乙,Z2为阻抗变换器,长度均为P0/4。
1331
方法一:
最平坦通带特性阻抗值的计算:
ZiZo24Zoi4,Z2Zo24Zoi4,利用TXLine
计算同轴线尺寸。
将结果填入表1。
方法二:
阻抗值计算:
Z11.21Z°1,Z21.61Zo1,同轴线尺寸计算同方法一。
将结果
填入表二。
(2)完成电路图,测量。
设置工作频率(3~7GHZ完成电路图后分析电路,观察所得曲线。
(3)调节电路要求:
分别调节Z1,Z2的L及D的尺寸,使其达到指标要求。
比较不同
阻抗变换器的指标:
工作频率f1~f2,比较性能优劣。
实验数据记录与结果显示:
表1(已知条件:
r2.16,D07000um,f05GHz)
参数
阻值()
电长度(deg)
L(um)
W(um)
Z01
50
30
3399.7
2054.9
乙
P59.46
90
10199
1629.6
乙
84.09
90
10199
890.96
Z02
100
30
3399.7
603.22
COAXP2
COAXP2
COAXP2
COAXP2
ID=CX1
ID=CX2
ID=CX3
ID=CX4
Di=2055um
Di=1630um
Di=891um
Di=603.2um
Do=7000um
Do=7000um
Do=7000um
Do=7000um
PORT
L=3400um
L=1.02e4um
L=1.02e4um
L=3400um
P=2
PORT
K=2.16
K=2.16
K=2.16
K=2.16
Z=100Ohm
P=1
A=0.0833
A=0.0833
A=0.0833
A=0.0833
Z=50Ohm
F=5GHz
F=5GHz
F=5GHz
F=0.1GHz
表2(已知条件:
r2.16,D07000um,f05GHz)
参数
阻值()
电长度(deg)
L(um)
W(um)
Z01
50
30
3399.7
2054.9
乙
60.5
90
10199
1588.6
Z2
80.5
90
10199
972.92
Z02
100
30
3399.7
603.22
0.05
34567
Frequency(GHz)
实验结果分析与总结:
当负载阻抗和传输线的特性阻抗不相等,或是连接两段特性阻抗不同的传输线时,可以在其间接入一阻抗变换器,以获得良好的匹配。
本实验采用的是由1/4波长传输线段组成2节阶梯阻抗变换器。
实验7阻抗调配器
已知特性阻抗为Z。
50的无耗均匀传输线,终端接Zl25j75的负载,工作频率f010GHz(即波长030mm)。
设计要求
设计一个阻抗调配器,分别采用短路单支节和短路双支节(两支节间距0/8),对传输
线及负载进行匹配,用同轴线结构实现。
(微带线结构为选做实验)
在0.5f。
~1.5f。
频带内测量特性指标Si,进行适当调整,使之达到最佳。
记录最终结
果,即支节的位置及长度,并比较两种调配器的特点。
实验仪器:
硬件:
PC机,软件:
MicrowaveOffice软件
设计步骤:
(1)计算支节的位置,长度利用传输线理论CAI软件计算,取第二组解,算出
各参数的实际值,填入表格。
(2)完成电路图,测量设置单位,工作频率(5~15GHZ,画电路图,添加表格,测量项,完成后分析电路,观察所得曲线。
(3)调节电路要求:
分别调节单支节的位置,长度,调节双支节的长度,使其
达到最佳,即S)1尽可能小,记录最终结果,并比较这两种调配器的特点。
实验数据记录与结果显示:
表1同轴线结构
(已知条件:
Z。
50,Zl25j75,L0.250,D0/8,030mm)
参数
d
l
LA
LB
CAI软件结果
0.3960
0.4330
0.3060
0.4440
实际值(mn)
11.88
12.99
9.18
13.32
厂11TLSCP
ID=TL11—1—I
Z0=50Ohm
L=1.299e4um
Eeff=1
Loss=0
F0=10GHzJ—1
PORT
P=1
Z=50Ohm
u
COAXI2
ID=CX1
Z=50
L=30um
K=1
A=0
F=10GHz
COAXI2
ID=CX2
Z=50
L=1.188e4um
K=1
A=0
F=10GHz
SRL
ID=RL1
R=25Ohm
L=1.194nH
0.8
0.6
0.4
0.2
Ex7_lmpedanceMatch1
厂I’
TLSCP
ID=TL_LB1—|
Z0=50Ohm
L=1.332e4um
Eeff=1
Loss=0
F0=10GHz1—^
COAXI2
ID=CX1
Z=50
L=100um
PORTK=1
P=1A=0
Z=50OhmF=10GHz
10GHz
0.006118
COAXI2
ID=CX2
Z=50
L=3750um
K=1
A=0
亠|S[1,1]|
Ex7_lmpedanceMatch1
10
Frequency(GHz)
I-
TLSCPID=TL_LAZ0=50Ohm
L=9080um
Eeff=1
Loss=0F0=10GHz
COAXI2
ID=CX3
Z=50L=7500um
K=1
A=0
F=10GHz
SRLID=RL1
R=25Ohm
L=1.194nH
15
F=10GHz
Ex7_lmpedanceMatch2
实验结果分析与总结:
无耗均匀传输线,采用短路单支节和短路双支节,对传输线及负载进行匹配,用同
轴线结构实现。
单支节匹配要调节L和d,即要调节短路单支节的位置,而双支节匹配只需对两并联支节的长度进行调节即可,不用调节各支节的位置,较单支节匹配要方便的多。
实验8微波低通滤波器
设计要求:
设计一个切比雪夫式微波低通滤波器,技术指标为:
截止频率fc2.2GHz,在通带
内最大波纹L々0.2dB,Sn16dB;在阻带频率fs4GHz处,阻带衰减L&30dB。
输入,输出端特性阻抗Z050。
方法一(必做):
用微带线实现,基片厚度H=800umT=10um相对介电常数r9.0;高阻抗特性阻抗Z0h106,低阻抗线Z0l10。
方法二(选做):
•
确定滤波器的结构尺寸,测量滤波器的参数S^1,S?
1。
进行适当调节,使之达到最佳。
记录滤波器的最终结构尺寸,总结设计调节经验。
实验仪器:
硬件:
PC机,软件:
MicrowaveOffice软件
设计步骤:
(1)确定原型滤波器启动软件中的Wizard模块的FilterSynthesie
Wizard功能,输入各项技术指标,即可自带画出原型滤波器的原理图,各个元件值还可以进行优化。
依次选择Lowpass;Chebyshev;在参数定
义页,设置N=5,FC=2.2,PP:
Ripple(db),PV=0.2,RS=50,RL=50再依次选择IdealElectricalModel;LumpedElement;ShuntElementFirst;
最后生成名为Filter的原型滤波器的原理图,以及相关的测量图,优化项。
将变量名C0改为Ca,C1改为Cb,相应地改变电路中的值,设置工作频率(1~5GHZ,分析即得滤波器相应图,包括S参数。
优化重
新设置优
化
目
标:
f2.2GHz:
S1116dB,S21
0.2dB;f
4GHz:
S21
30dB。
进行优化。
优化后将结果填入表
1
(2)
计算滤波器的实际尺寸:
微带线结构
高阻抗线,
已知条件:
低阻抗线Z。
10计算W,re,再由lc1(um)Ic3Z°lVplCa计算
长度填入表格。
(3)完成电路,测量各特性指标创建新原理图,工作频率保持不变完成后
分析电路,观察所得曲线。
激活实际结构滤波器原理图,观察二维布线图以及三维布线图。
记录实际结构滤波器的优化结果。
实验数据记录与结果显示:
Ca=1.93799
Cb=3.13398
L0=4.8362
CAP
ID=C3
C=CapF
图1原形滤波器参考电路图(未优化)
优化,重新设置优化目标:
即f2.2GHz时,S^I16dB,S210.2dB;
f4GHz时,S2130dB。
元件ID
C1(PF)
C2(pF)
C3(pF)
L1(nH)
L2(nH)
元件变量
Ca
Cb
Ca
L0
L0
优化值
1.802
3.073
1.082
4.759
4.759
-40
-60
-80
Ex8_ldealFilter
#/X#AXX■yj
求.■/___Fi:
奏f黄.
A._一
"T「”亠--
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匚r■?
f
1
|J
'A\\
"j
///////////////A
£
DB(|S[1,1]|)Ex8_IdealFilter
DB(|S[2,1]|)
Ex8_IdealFilter
3
Frequency(GHz)
原型滤波器测量图
MLIN
MLIN
MLIN
MLIN
MLIN
PORT
ID=TL1
ID=TL2
ID=TL3
ID=TL4
ID=TL5
P=1
W=8498um
W=84.23um
W=8498um
W=84.23um
W=8498um
Z=50Ohm
L=1954um
L=5523um
L=3252um
L=5549um
L=1999um
PORT
P=2
Z=50Ohm
MSUB
Er=9
H=800um
T=10um
Rho=1
Tand=1e-12
ErNom=9
Name=SUB1
微带线结构滤波器原理图
-20
-30
-40
-50
-60
Ex8_RealFilter
2
3
4
Frequency(GHz)
实际滤波器优化后期望测量图
二维布线图
三维布线图
实验结果分析与总结:
若性能不符合指标要求,需对实际结构的滤波器进行优化。
将各高,低阻抗线的长
度设为可优化参数,再重新添加优化目标。
优化电路,直到各项参数符合指标要求。
微波技术虚拟实验总结:
对两大软件的认识:
AnsoftHFSS,是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件;是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件,业界公认的三维电磁场设计和分析的电子设计工业标准。
HFSS
提供了一简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场解器、拥有空前电性能分析能力的功能
强大后处理器,能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。
HFSS软件拥有强
大的天线设计功能,它可以计算天线参量,如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图
和3dB带宽;绘制极化特性,包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量
和轴比。
使用HFSS,可以计算:
①基本电磁场数值解和开边界问题,近远场辐射问题;②端口特征阻抗和传输常数;③S参数和相应端口阻抗的归一化S参数;④结构的本征
模或谐振解。
而且,由AnsoftHFSS和AnsoftDesigner构成的Ansoft高频解决方案,
是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案,提供了从系统到电路直至部件级的快速
而精确的设计手段,覆盖了高频设计的所有环节。
MicrowaveOffice,是AWR公司推出的微波EDA软件,是进行射频微波电路设计及仿真的专业软件,为
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- 微波 技术 虚拟 实验 报告