微波技术虚拟实验

一、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

c f =2.2GHz ，在通带内最大波纹Ar L =0.2dB ，11S 小于-16dB ；在阻带频

率s f =4GHz 处，阻带衰减As L 不小于30dB 。输入、输出端特性阻抗

Ω=50Z o 。

用同轴线实现，其外导体直径为mm 16D 0=；高阻抗特性阻抗

Ω=138Z oh ；低阻抗线内、外导体间相对介电常数54.2r =ε，低阻抗线

特性阻抗Ω=10Z ol 。

确定滤波器的结构尺寸，测量滤波器的参数11S 、12S ，进行适当调整，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。

二、实验仪器

硬件：PC 机

软件：Microwave Office 软件

三、设计步骤 1.确定原型滤波器

启动软件中Wizard 模块的AWR Filter Synthesis Wizard （AMR

滤波器综合向导）功能，输入各项技术指标，即自动生成原型滤波器的原理图。具体电路如下所示：

CAP ID=C1C=Ca pF IND ID=L1L=L0 nH CAP ID=C2C=Cb pF IND ID=L2L=L0 nH

CAP ID=C3C=Ca pF

PORT P=1

Z=50 Ohm

PORT P=2

Z=50 Ohm

Ca=1.801Cb=3.072L0=4.759

图1——原型滤波器电路图（未优化）

由于默认的优化目标与实验要求指标不同，必须自行重新设置，即f<2.2GHz 时，11S <-16dB,21S >-0.2dB ；f>4GHz 时，21S <-30dB ；目标设定完成后再进行优化。

优化结束后，即得到原型滤波器的各个已优化的参数值。

2.计算滤波器的实际尺寸

（1）微带线结构 ①高阻抗线

先计算高阻抗线的宽度。已知条件：0.9r =ε，GHz 1.1f o =，H=800um ，T=10um ，阻抗Ω=106Z oh ，计算得W,re ε；

再计算高阻抗线的长度： um L v Z L l l re

ph oh L L ε14

92110*3*10610*00-=== ②低阻抗线

先计算低阻抗线的宽度。已知条件：0.9r =ε，GHz 1.1f o =，H=800um ，T=10um ，阻抗Ω=10Z oh ，计算得W,re ε；

再计算低阻抗线的长度： um C C v Z l l a re

a pl ol C C 1214

3110**10*3*10-===ε

um C C v Z l b re

b pl ol C 1214

210**10*3*

10-==ε

注意：计算公式中的L0、Ca 、Cb 即为原型滤波器的优化参数，仅为数值，不带单位！计算结果的单位为微米。

将结果填入表2。

得到各个参数后，即可得到微带线结构滤波器原理图：

MLIN ID=TL5W=8430 um L=2018 um

MLIN ID=TL1W=8430 um L=1948 um PORT P=2

Z=50 Ohm

PORT

P=1

Z=50 Ohm

MLIN ID=TL4W=92.42 um L=5646 um MLIN ID=TL3W=8430 um L=3267 um MLIN ID=TL2W=92.42 um L=5641 um MSUB Er=9H=800 um T=10 um Rho=1Tand=0ErNom=9Name=SUB1

图2——微带线结构滤波器原理图

电路中的参数均可由上公式算出。

四、实验数据记录

表1——原型滤波器参数

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

1.801

3.072

1.801

4.759

4.759

表2——微带线结构

参数

W （um ）

re

21L L l l 、

21C C l l 、

2C l

高阻抗线 92.4199 5.37607 5808.96

低阻抗线 8429.86 7.83071

1930.79 3293.38

原型滤波器仿真结果：

1

2

3

4

5

Frequency (GHz)

Filter Response

-80

-60

-40

-20

4 GHz -31.19 dB

2.2 GHz -0.11 dB

DB(|S(1,1)|)Filter DB(|S(2,1)|)Filter

图3——原型滤波器仿真结果（优化后）

微带线结构滤波器仿真结果：

1

2

3

4

5

Frequency (GHz)

Graph 1

-60

-50-40-30-20-100 2.2 GHz -0.5188 dB

4 GHz -28.48 dB

DB(|S(1,1)|)Schematic 1DB(|S(2,1)|)Schematic 1

图4——微带线结构滤波器仿真结果（优化后）

五、结果分析

首先对原型滤波器进行仿真结果分析，图3中，当f<2.2GHz时，S<-16dB,21S=-0.11dB>-0.2dB；f>4GHz时，21S=-31.19dB<-30dB，11

其仿真结果完全符合预期要求。

而在自行绘制的原理图中，即图4z中，我们可以清楚地看到，其实际指标与所要求的指标均有较大差距，当f<2.2GHz时，

S>-16dB,21S=-0.5188dB<-0.2dB；当f>4GHz时，11

S=-28.48dB>-30dB，也就是说，在自行绘制的实验原理图中，仿真21

优化的结果并不理想，虽然软件已经显示不能进行优化了，即达到最

优了，但实际情况并非如此，而是进行优化的方式可能需要一定的变

化，但自己还没有想到合适的方法。老师虽然说过上述结果已可以接

受，但还是希望有一个更详细的解释。

六、实验总结

在本次微波技术虚拟实验的过程中，自己对Microwave Office

软件有了较为深入的了解，Microwave Office软件为本行业普遍使

用的主流专业设计软件。可以对各种微波电路进行设计、分析。，内

容涵盖了IC、电路模块以及端对端系统，具有很强的工程实用性。

目前已在通信、电子、航天等领域的各大研究所、公司广泛使用。

实验中用到的“传输线理论CAI软件”主要用于计算单支节匹配和双

支节匹配下支节的位置和长度；也可以直观的观察入射波与反射波的

波形变化。虽然功能较为单一，但使用起来简单方便，能够有效地解

决实验过程中遇到的数值计算问题。

自己在进行试验的过程中，由刚开始的不熟悉，通过实验报告手册上详细的讲解，逐渐对Microwave Office软件有了初步的认识，能够通过该软件设计较为简单的电路，并对其进行分析。并且，对其中较为常用的功能都有了一定的了解和掌握。而对传输线理论CAI软件，自己通过实验7的学习，对其单支节和双支节匹配的计算有了较为深入的了解，而对实验过程中未涉及到的圆图匹配较为陌生。

在该实验课程的学习过程中，首先通过视频讲解从总体上了解了该课程中用到的两个软件，并对Microwave Office软件的实用性有了大概的了解。而在接下来的课程中，自己就按照实验手册上详细的实验过程进行了实验及软件的学习，包括整流器非线性分析、放大器非线性分析、螺旋电感的电磁分析、集总元件滤波器、功率分配器、阻抗变换器、阻抗调配器以及最后的微波低通滤波器实验。使自己对微波技术有了更为深入的了解，从之前电磁场课程上的抽象概念到实验中较为具体的实际电路分析。自己对其中涉及到的概念都有了更加清楚的了解。

当然自己在实验过程中也发现了自己对一些知识点的不了解，也因此导致实验过程中犯了一些不该有的错误，比如实验5——功率分配器的实验过程中，由于没有意识到端口标号会影响到最终的图形，导致分析出的图形没有出现预期中的结果。再仔细检查后才发现这个问题，因而浪费了不少时间。

另外就是希望在课程的时间安排上能够稍稍做一些改进，尽量

不要拖到学期末才进行课程的学习，这样的话，可能难以达到让学生真正掌握软件的目的。还有一点就是实验进行的时间较短，课时可能对学生来说较少，希望以后能增加一部分课时以满足同学们的学习热情。

微波技术虚拟实验报告

班级：020991

姓名：李宁

学号：02099014