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1、 北京邮电大学北京邮电大学 信息与通信工程学院信息与通信工程学院 微波实验报告 班级：班级： 20112111xx 姓名：姓名： xxx 学号：学号： 20112103xx 指导老师指导老师： 徐林娟徐林娟 2014 年年 6 月月 1 目录目录 实验二 分支线匹配器. 1 实验目的. 1 实验原理. 1 实验内容. 1 实验步骤. 1 单支节 . 2 双支节 . 7 实验三 四分之一波长阻抗变换器 . 12 实验目的. 12 实验原理. 12 实验内容. 13 实验步骤. 13 纯电阻负载 14 复数负载 19 实验四 功分器 . 23 实验目的. 23 实验原理. 23 实验内容. 24
2、实验步骤. 24 公分比为 1.5 25 公分比为 1（等功分器） 29 心得体会 32 201121111x班-xx号-xx电磁场与微波技术实验报告 1 实验二实验二 分支线匹配分支线匹配器器 实验目的实验目的 1熟悉支节匹配器的匹配原理 2了解微带线的工作原理和实际应用 3掌握 Smith 图解法设计微带线匹配网络 实验原理实验原理 支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗） ，用附加的反射来抵消主传输线上原来的 反射波，以达到匹配的目的。 单支节单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离 d 和由并联开路或短路短截线提供的电纳。匹配的基本思想 是选择 d，使其在距离负
3、载 d 处向主线看去的导纳 Y 是 Y0+jB 形式。然后，此短截线的电纳选择为-jB，根据该电 纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。 双支双支节节匹配器， 通过增加一个支节， 改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足， 只需调节两个分支线长度， 就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区） 。 微带线微带线是有介质(1)和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质，可以近似等效为 均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为 ，介于 1 和之间，依赖于基片厚度 H 和导体宽度 W。而微带线的 特性阻抗与其等效介质电常数为、基片厚
4、度 H 和导体宽度 W 有关。 实验内容实验内容 已知：输入阻抗Z75 in ，负载阻抗Z(6435) l j，特性阻抗 0 Z75，介质基片2.55 r ，1Hmm。 假定负载在 2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的 距离 1 1 4 d，两分支线之间的距离为 2 1 8 d。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从 1.8GHz 至 2.2GHz 的变化。 实验步骤实验步骤 1根据已知计算出各参量，确定项目频率。 2将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在 Smith 圆上。 3设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离
5、以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和 频率用 TXLINE 计算微带线物理长度和宽度。此处应该注意电长度和实际长度的联系。 4画出原理图，在用微带线画出基本的原理图时，注意还要把衬底添加到图中，将各部分的参数填入。注意微带 分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。 5负载阻抗选择电阻和电感串联的形式，连接各端口，完成原理图，并且将项目的频率改为 1.82.2GHz。 6添加矩形图，添加测量，点击分析，测量输入端的反射系数幅值。 7同理设计双枝节匹配网络，重复上面的步骤。 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 2 单支节单支节 工程文件截图： 图 1 单
6、支节匹配工程 1 写入 Output Equations。 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 3 图 2 Output Equations l z 归一化负载阻抗 R 阻抗处等反射系数圆 in z 归一化输入阻抗 R1 单位圆 TL 负载处反射系数 Rp g=1 等电导圆 Tin 输入端反射系数 表 1 符号说明 2 将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在 Smith 圆上 图 3 归一化负载导纳和输入导纳 图 4 实部和虚部显示方式 绘制步骤： 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 4 将归一化输入导纳和负载导纳所在位置标在导纳圆图上 从负载阻
7、抗处沿等反射系数圆向源旋转，交匹配圆1g 一点，由此确定单支节传输线阻抗为j0.5308，取此 经历的电长度为分支线与负载的距离 d，经历的角度为93.3105.4198.7，TXLINE 采用角度99.35。 在导纳圆图上标出该点位置，从开路点出发向源方向旋转到标识位置，此经历的电长度为分支线的长度 l，经 历角度36055.98304.02 3 设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和 频率用 TXLINE 计算微带线物理长度和宽度。 图 5 负载到单支节 图 6 单支节长度 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告
8、 5 4 画出原理图。注意微带分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。 调谐后的电路图为： 图 7 单支节匹配器原始电路图 调谐后的电路图为： 图 8 单支节匹配器调谐后电路图 说明： 输入端口处也需要接一个微带线，其宽度 W 要和输出端口的阻抗 75 匹配，长度 L 不作要求。 负载到支节的微带线 TL2：L=28.877mm, W=1.4373mm 单支节的微带线 MLEF(TL3): L=44.183mm, W=1.4373mm 输入端口处的微带线 TL1：L=26.159mm, W=1.4373mm 5 添加矩形图，添加测量，测量输入端的反射系数幅值。 2011211xx班-1
9、x号-xx电磁场与微波技术实验报告 6 图 9 反射系数仿真图 说明： 调谐前，最低点略偏离 2GHz，可能是由于圆图读数误差； 调谐后可以明显发现，反射系数幅值在 2GHz 最低，且更加接近 0，仅 0.007388，调谐前是 0.02241. 微带电路是分布参数电路分布参数电路，其尺寸和工作波长可比拟，因此要考虑其不均匀性考虑其不均匀性，否则引起较大误差，因此需要 调谐，并加入 T 型接头 MTEE 等。如下是去掉 T 型 MTEE 接头后的电路效果对比结果： 图 10 去掉 T型接头 MTEE 后的电路 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 7 图 11 去掉 MT
10、EE 后的反射系数最低点不在 2GHz 双支节双支节 工程文件截图： 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 8 图 12 双支节匹配工程 1 写入 Output Equations。 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 9 图 13 Output Equations l z 归一化负载阻抗 Rr 第一支节处等反射系数圆 in z 归一化输入阻抗 Rj 单位圆 TL 负载处反射系数 R_g1 g=1 等电导圆 Rr 阻抗处等反射系数圆 R_fz 辅助圆 表 2 参数说明 3 画出 Smith 原图。 图 14 双支节圆图 图 15 幅度和角度显示 2
11、011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 10 绘图步骤： 根据两枝节间隔长度为 1/8 波长，绘出辅助圆位置 在图中标出负载处位置，沿等反射系数圆向源方向旋转 180 度，该点为 1 y点 从 1 y点沿等电导圆旋转，交辅助圆于 1 y点，通过 1 y点导纳值减去 1 y点导纳值得到第一个支节的导纳值。 在图中标出该导纳值点，从开路点向源方向旋转到标出的阻抗值点，经过的电长度为第一支节的长度。 从 1 y点沿等反射系数圆向源方向旋转，交匹配圆于 2 y点， 2 1y的阻抗值为第二支节的导纳值，在图中标出 该导纳点，从开路点向源方向旋转到该点，经过的电长度为第二支节的长度 图
12、16 第一支节 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 11 图 17 第二支节 Impedance/Ohms Electrical Length/deg Physical Length/mm Width/mm 第一支节 75 56.6 16.451 18.893 第二支节 75 65 1.4373 1.4373 表 3 两个支节的参数 4 画出原理图。 图 18 调谐后的原理图 元件名称 MLIN/TL1 MLIN/TL2 MLIN/TL4 MSTEP$ 作用解释 匹配源 第二支节 第一支节 宽度阶梯变换器 表 4 双支节原理图参数说明 2011211xx班-1x号-xx
13、电磁场与微波技术实验报告 12 图 19 调谐后矩形图 说明： 调谐后最低点回到 2GHz 实验三实验三 四分之一波长阻抗变换器四分之一波长阻抗变换器 实验目的实验目的 1 掌握单节和多节四分之一波长阻抗变换器的工作原理。 2. 了解单节和多节变阻器工作带宽与反射系数的关系。 3. 掌握单节和多节四分之一波长阻抗变阻器的设计和仿真。 实验原理实验原理 变阻器是一种阻抗变换元件，它可以接于不同数值的电源内阻和负载电阻之间，将两者起一相互变换作用获得 匹配，以保证最大功率的功率：此外，在微带电路中，将两不同特性阻抗的微带线连接在一起时为了避免线间反射， 也应在两者之间加变阻器。 单节 4 变阻器是
14、一种简单而有用的电路，其缺点是频带太窄。为了获得较宽的频带，常采用多节阻抗变换器。 如下图所示，多节变阻器的每节电长度均为； 012 ZZnZZ， ， ，为各节的特性阻抗， 1n Z 为负载阻抗，并 假设 1nn ZZ , 21 ZZ， 10 ZZ。 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 13 其中 1 i i i z z ， 1 1 1 i i i 。 在上图中，变阻器的阻抗由 0 Z变到 1n Z ，对 0 Z归一化，即由 0 0Z 变到 1n ZR ，R 即为阻抗变换比。其中 1，2n+1 为相邻两传输线段连接处的驻波比。根据微波技术的基本原理，其值等于大的特性阻抗
15、对小的特性 阻抗之比。 1 ， 2 ， 1n 则为连接处的反射系数，为了使设计简单，往往取多节变阻器具有对称结构，即使 变阻器前后对称位置跳变点的反射系数相等， 11 = n ， 2=n 。 定义下列公式为变阻器的相对带宽和中心波长： 2/ )( 2/ )( 12 210 ffD fff 其中 1 f和 2 f分别为频带边界的传输线波长， 0 f为传输线中心波长，D 为相对带宽。 实验内容实验内容 已知： 负载阻抗为纯电阻150 L R ， 中心频率 0 3fGHz， 主传输线特性阻抗 0 50Z ， 介质基片4.6 r ， 厚度1Hmm，最大反射系数模 m 应不超过 0.1，设计 1 、2 、3 节二项式变阻器，在给定的反射系数条件 下比较它们的工作带宽，要求用微带线形式实现。 已知负载阻抗为复数：8545 L Zj，中心频率 0 3fGHz，主传输线特性阻抗 0 50Z ，在电压驻波波 腹或波节点处利用单节四分之一波长阻抗变换器，设计微带变阻器。微带线介质同上。 实验步骤实验步骤 工程文件截图： 2011211xx班-1x号-xx电磁场与微波技术实验报告 14 图 20 纯电阻负载阻抗变换器工程 纯电阻负载纯电阻负载 工程文件截图： 1) 纯电阻 1 节： 1 86.6Z ，L13
