微波与射频综合仿真-微波和射频电路设计大作业
微波、射频电路设计1
T形匹配网络
例
设计一个∏形网络,在2.4GHz上使负载阻抗
Z L = (10 j10)
变成
Z in = (20 + j 40)
且具有最小的最大节点品质因数.
Smith图解
匹配网络
传输线匹配网络
从分立元件到传输线 单节短截线匹配网络 双短截线匹配网络
例
设计一个混合匹配网络,在1.5GHz上使负载阻抗
Z L = (30 + j10)
变成
Z in = (60 + j80)
传输线特性阻抗为50欧姆.
Smith图解
例
设计单节短截线匹配网络,使负载阻抗
Z L = (60 j 45)
变成
Z in = (75 + j 90)
传输线特性阻抗为75欧姆.
Smith图解
双短截线匹配网络,匹配禁区
例
6.
例
信号源阻抗: Z S = (50 + j 25) 负载阻抗: Z L = (25 j 50) 设计L形匹配网络,使得负载得到最大功率. 工作频率2GHz
Smith图解
匹配禁区
所有L形网络并不能在任意负载阻抗和源 阻抗之间实现预期的匹配. 对于50欧姆源阻抗,L形网络匹配禁区的 求解
匹配禁区
品质因数
有载品质因数 节点品质因数 最大品质因数 等 Qn 线
QL = f0 BW3dB
Qn =
XS RS
等Qn线
例
设计两个L形网络,在1GHz上使负载阻抗 和50欧姆的源阻抗相匹配.根据Smith圆图确定网络的有载 品质因数,将它们与通过频率响应曲线求出的带宽相比较.
Zபைடு நூலகம்L = (25 + j 20)
Genesys射频微波电路设计与仿真课程设计
Genesys射频微波电路设计与仿真课程设计一、背景随着科技的不断进步和发展，射频微波电路在通信、雷达、天文、电子等领域的应用越来越广泛。
因此，射频微波电路设计与仿真技术得到了广泛关注。
为培养更多能从事射频微波电路设计与仿真工作的专业人才，本文将介绍一门名为“Genesys射频微波电路设计与仿真”的课程设计。
二、设计目标本课程设计的目标是让学生了解射频微波电路的基本概念、设计方法和仿真工具，能够独立设计并仿真射频微波电路，具备一定的实践能力。
三、设计内容本课程设计分为两个部分：理论学习和实践项目。
1. 理论学习在理论学习部分，学生将了解射频微波电路的基本概念、设计流程和方法、以及仿真工具的使用方法。
具体内容如下：•射频微波电路基础知识：介绍射频微波电路的基本概念、分类和应用。
•设计流程和方法：介绍射频微波电路的设计流程和方法，包括需求分析、电路结构设计、元器件选型和布局布线等。
•射频微波电路设计软件：介绍目前常用的射频微波电路仿真软件，包括ADS和Genesys等。
讲解软件的使用方法及仿真流程。
2. 实践项目在实践项目部分，学生将通过具体的设计与仿真任务，检验自己的学习成果，并获得实践能力的提升。
具体内容如下：•变频放大器设计与仿真：学生需要使用Genesys进行变频放大器的设计与仿真。
在此项目中，主要涉及到的设计与仿真内容有：输入输出匹配电路设计、输出功率及效率的调整、干扰与抑制等方面。
•射频滤波器设计与仿真：学生需要使用Genesys进行射频滤波器的设计与仿真。
在此项目中，主要涉及到的设计与仿真内容有：通带、截止频率和带宽的确定、丢失耗损和插入损耗的测量等方面。
四、教学方法本课程设计采取以“实践能力”为重点的教学方法，强调学生学以致用、理论联系实践。
具体方法如下：•理论讲解：老师在讲解理论知识时，将结合实际应用，给学生更好的理解和认识。
•实验设计：老师会设计一些任务，让学生在实践中学会应用理论知识。
射频电路课程设计或者微波电路课程设计报告——波导微带转换电路设计报告
波导到微带转换电路一、技术指标要求：工作频率：26.5~40GHz输入/输出驻波比：<1.2插入损耗：<1.0dB二、理论分析：现在波导到微带的转换电路一般采用E面或H面插入探针的办法实现。
本设计做的是H面探针的模型仿真。
仿真模型如下图1所示：矩形波导的主模是TE模，电场在宽边的中心处达到最大值，所以将微带探针从10宽边中心插入波导，这样波导中的场将在探针上尽可能大的激励起电流。
探针附近被激励起的高次模存储无功功率的局部场，使接头具有电抗性质。
由于探针过渡具有容性电抗，一段具有感性电抗的高阻线被串联在探针过渡器后面，以消除容性电抗。
通过仿真发现对转换电路影响较大的参量有6个，分别是：探针长度L1，探针宽度W1，开口面大小（宽d，高h），高阻抗线长度L2，高阻抗线宽度W2，短路面离探针的距离D。
由于短路面为电壁，所以在短路面的四分之一波长处的电场有最大值，设计时将D取为四分之一波长。
三、设计过程：本设计中心频率取工作的两边界和的一半大约为33GHZ，工作频段为26.5GHz 到40GHz。
确定矩形波导尺寸、基板的材料和尺寸以及微带金属条带的初始尺寸并建立模型。
此处采用WR-28标准矩形波导，尺寸为7.112mm*3.556mm，基板材料选用Rogers5880型基片，厚度为0.254mm，相对介电常数为2.2，微带金属条带厚度为0.05mm，通过阻抗软件计算得出50欧姆微带线在33GHZ的宽度为0.75mm。
波导开口面的大小对电路的性能有一定的影响，为了抑制高次模又较好的实现匹配这里取开口面宽边d为1.8mm高h为1mm。
探针的尺寸先设置初始值在通过HFSS仿真优化得出长度L1=1.79mm，宽度W1=0.8mm，厚度取0.05mm。
高阻抗线长度L2=0.5mm，宽度W2=0.3mm，厚度取0.05mm。
短路面至探针的距离经计算得D=2.28mm。
整个波导的长度取为13.28mm。
四、设计结果及存在问题分析：从下图S21的曲线图可以看出在26.5GHZ-40GHZ频段S21的大小都小于0.065Db,信号能很好的传输满足插损要求。
射频和微波工程实践入门、用HFSS仿真微波传输线和元件
用HFSS仿真微波传输线和元件第一章用HFSS仿真微波传输线和元件 01.1 Ansoft HFSS概述 01.1.1 HFSS简介 01.1.2 HFSS的应用领域 (1)1.2 HFSS软件的求解原理 (1)1.3 HFSS的基本操作介绍 (3)1.3.1 HFSS的操作界面和菜单功能介绍 (3)1.3.2 HFSS仿真分析基本步骤 (4)1.3.3 HFSS的建模操作 (5)1.4 HFSS设计实例1——矩形波导的设计 (10)1.4.1 工程设置 (10)1.4.2 建立矩形波导模型 (11)1.4.3 设置边界条件 (12)1.4.4 设置激励源wave port (14)1.4.5 设置求解频率 (15)1.4.6 计算及后处理 (15)1.4.7 添加电抗膜片 (17)1.5 HFSS设计实例2——E-T型波导的设计 (23)1.5.1 初始设置 (23)1.5.2 建立三维模型 (24)1.5.3 分析设置 (27)1.5.4 保存工程 (27)1.5.5 分析 (27)1.5.6 生成报告 (28)1.6 HFSS设计实例3——H-T型波导的设计 (31)1.6.1 创建工程 (31)1.6.2 创建模型 (32)1.6.3 仿真求解设置 (36)1.6.4 比较结果 (37)1.7 HFSS设计实例4——双T型波导的设计 (39)1.7.1 初始设置 (39)1.7.2 建立三维模型 (40)1.7.3 分析设置 (43)1.7.4 保存工程 (44)1.7.5 分析 (44)1.7.6 生成报告 (45)1.8 HFSS设计实例5——魔T型波导的设计 (47)1.8.1 建立匹配膜片与金属杆 (48)1.8.2 分析设置 (48)1.9 HFSS设计实例6——圆波导的设计 (52)1.9.1 初始设置 (52)1.9.2 建立三维模型 (53)1.9.3 分析设置 (55)1.9.4 保存工程 (56)1.9.5 分析 (56)1.9.6 生成报告 (57)1.10 HFSS设计实例7——同轴线的设计 (64)1.10.1 初始设置 (64)1.10.2 建立三维模型 (65)1.10.3 分析设置 (68)1.10.4 保存工程 (69)1.10.5 分析 (69)1.10.6 生成报告 (70)1.11 HFSS设计实例8——微带线的设计 (77)1.11.1 初始设置 (77)1.11.2 建立三维模型 (78)1.11.3 建立波导端口激励 (79)1.11.4 分析设置 (80)1.11.5 保存工程 (80)1.11.6 分析 (81)1.11.7 生成报告 (82)1.11.8 产生场覆盖图 (82)1.12 HFSS设计实例9——单极子天线的设计 (85)1.12.1 创建工程 (85)1.12.2 创建模型 (85)1.12.3 设置变量 (89)1.12.4 设置模型材料和边界参数 (90)1.12.5 设置求解频率和扫描范围 (93)1.12.6 设置辐射场 (93)1.12.7 确认设置并分析 (93)1.12.8 显示结果 (94)1.13 HFSS设计实例10——方形切角圆极化贴片天线的设计 (98)1.13.1 设计原理及基本公式 (99)1.13.2 创建工程和运行环境设定 (99)1.13.3 创建模型 (99)1.13.4 求解设置 (100)1.13.5 有效性验证和仿真 (100)1.13.6 输出结果 (100)1.13.7 设置变量与参数建模 (102)1.13.8 创建参数分析并求解 (102)1.13.9 优化求解 (104)1.13.10 输出优化后的结果 (105)1.14 参考文献 (108)第一章用HFSS仿真微波传输线和元件1.1 Ansoft HFSS概述1.1.1 HFSS简介Ansoft HFSS （全称High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型，边界条件及求解技术，使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低设计成本，减少设计周期，增强竞争力。
微波与射频综合仿真-微波和射频电路设计大作业
微波和射频电路设计大作业题 目 微波与射频综合模块设计姓 名 学 号 专业班级 指导教师 分 院宁波理工学院一、实验目的1) 熟练掌握微带天线设计的基本流程，掌握矩形微带天线的设计方法。
2) LC 低通滤波器的设计方法及原理。
3) 将天线、滤波器、低噪放三个模块组合成一个模块。
二、实验仿真1. 微带天线天线模块仿真后得出的参数中可以计算需要匹配的微带线的长度。
参数大小可由1/21()22r c W f ε-+=，0.490.49d r L λλε≈=计算得出。
利用史密斯原图进行传输线匹配，从而达到比较好的仿真效果。
图1中可以发现经过圆心时驻波比保持在1左右，效果较好。
图1图2天线原理图图3没有采用单可变仿真的结果如图3所示，在2.4GHz处，S11=-28.007，效果不是很明显。
天线原理图如图2和4。
如果用单可变匹配来优化天线参数。
插入损耗小，且工作频率更加收敛于2.4GHz。
做过双可变的话，就会发现2.4GHz处匹配后的S达不11到-50dB，而是在-20dB左右，所以后来采用了单可变，并通过优化功能进行实现。
图4 天线原理图仿真结果如图5。
图5 单可变匹配结果由图可知，2.4GHz处的S11（插入损耗）为-30.298dB，匹配后效果应该理论上可以达到-50dB，所以不是十分理想的，但是工作频率却十分收敛于2.4GHz。
2.低噪声放大器低噪放位于接收机的最前端，要求其噪声越小越好。
为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，增益不适合过大。
且低噪放一般是与天线直接相连，所以要求它和天线的匹配性要好。
低噪放的原理图如图6。
图6 低噪放原理图仿真结果如图7和图8。
图7观察到最大增益为19.811dB，稳定系数为0.897，小于1，而只有系数大于1时才是稳定，所以不稳定。
使用负反馈可以让系统稳定，在源极添加小电感作为负反馈，如图1.7：图83. 滤波器滤波器采用了6阶的巴特沃斯滤波器图9。
微波射频电路设计及其应用研究
微波射频电路设计及其应用研究微波射频电路是现代电子技术中一种重要的电路类型，涵盖了广泛的应用领域，如通信、雷达、卫星导航等。
微波射频电路设计是实现电子设备中微波器件的重要环节，对于提高微波信号的可靠性、稳定性和性能至关重要。
本文将从微波射频电路设计的基本原理、技术发展以及应用研究等方面进行探讨。
一、微波射频电路设计的基本原理微波射频电路是一种特殊的电路类型，其射频信号的频率在几十兆赫兹到几百千兆赫兹之间，需要具备高频率、宽带、低噪声和低失真的特点。
微波射频电路设计需要在充分理解电子器件的基本原理和射频特性的基础上，开展系统化设计、优化设计和高精度仿真，最终实现微波射频电路的功能需求。
微波射频电路设计需要考虑以下几个方面：1.电路系统的全面认识：设计人员需要从整个电路系统的角度出发，全面认识微波射频电路的功能需求，包括信号源、放大器、滤波器和射频器件等。
2.稳定性分析：由于微波射频电路频率高、信号强度大，需要对电路稳定性进行分析和仿真，以保证电路的可靠性和稳定性。
3.匹配：由于微波射频电路的频率范围宽、波长短，需要进行正确的参量匹配，以实现微波信号的能量传递和转移。
4.噪声和失真分析：由于微波信号在传输过程中易受到干扰，需要对电路的噪声和失真进行分析和优化。
二、微波射频电路设计的技术发展随着微波射频电路设计技术的不断发展，已经涌现出了一众业内知名的设计软件，如ADS、MWO、HFSS等，这些软件的出现使得微波射频电路的设计成功率和精度有了显著的提高。
同时，还出现了微波射频电路集成化设计的新技术，如芯片集成技术、封装技术、系统模组技术等。
集成化设计可以大大减小微波射频电路的体积和重量，降低元器件数量和成本，提高了微波电路的性能和可靠性。
三、微波射频电路应用研究微波射频电路被广泛应用于通讯、雷达、卫星导航、遥控、无线电视等领域。
国内外的通信设备厂商、电视厂商、航空和航天制造商等，在微波射频电路设计和应用方面都有重要的成果。
微波及射频电路设计
本文主要针对通讯产品的一个前沿范畴棗微波级高频电路及其PCB设计方面的理念及其设计原则。
之所以选择微波级高频电路之PCB设计原则，是因为该方面原则具有广泛的指导意义且属当前的高科技热门应用技术。
从微波电路PCB设计理念过渡到高速无线网络（包括各类接入网）工程，也是一脉相通的，因为它们基于同一基本原理棗双传输线理论。
有经验的射频工程师设计的数字电路或相对较低频率电路PCB，一次成功率是非常高的，因为他们的设计理念是以“分布”参数为核心，而分布参数概念在较低频率电路（包括数字电路中）中的破坏作用，常为人们所忽略。
长期以来，许多同行完成的电子产品（主要针对通讯产品）设计，往往问题重重。
一方面固然与电原理设计（包括冗余设计、可靠性设计等方面）的必要环节缺乏有关，但更重要的，是许多这类问题在人们认为已经考虑了各项必要环节下而发生的。
针对这些问题，他们往往将精力花在对程序、电原理、参数冗余等方面的核查上，却极少将精力花在对PCB设计的审核方面，而往往正是由于PCB电路板设计缺陷，导致大量的产品性能问题。
PCB板设计原则涉及到许多方方面面，包括各项基本原则、抗干扰、电磁兼容、安全防护等等。
对于这些方面，特别在高频电路（尤其在微波级高频电路）方面，相关理念的缺乏，往往导致整个研发项目的失败。
许多人还停留在“将电原理用导体连接起来发挥预定作用”基础上，甚至认为“PCB设计属于结构、工艺和提高生产效率等方面的考虑范畴”。
许多专业射频工程师也没有充分认识到该环节在射频设计中，应是整个设计工作的特别重点，而错误地将精力花费在选择高性能的元器件，结果是成本大幅上升，性能的提高却微乎其微。
应特别在此提出的是，数字电路依靠其强的抗干扰、检纠错以及可任意构造各个智能环节来确保电路的正常功能。
一个普通的数字应用电路而高附加地配置各类“确保正常”的环节，显然属于没有产品概念的举措。
但往往在认为“不值得”的环节，却导致产品的系列问题。
射频电路设计大作业
上海电力学院射频电路设计大作业实验报告实验名称：低通滤波器专业：通信工程姓名：班级：学号：一、实验目的1、了解基本低通、带通和高通滤波器的设计方法。
2、利用实验模块进行实际测量，以掌握滤波器的特性。
二、实验内容1、完成低通滤波器P1端口的S11的测量，记录数据；并与示波器观察的结果比较。
2、完成低通滤波器P1、P2端口S21的测量，记录数据；并与示波器观察的结果比较。
三、实验原理1、滤波器的原理滤波器的用途是抑制无用信号，而使有用信号顺利通过。
通过滤波器时不衰减或很小衰减的频带称为通带，衰减超过某一规定值的频带称为阻带，位于通带和阻带之间的频带称为过渡带。
根据通带和阻带所处范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻四种。
滤波器种类繁多，按构成的元器件，可分为无源滤波器和有源滤波器（含运放）两种；按处理的对象，可分为模拟滤波器和数字滤波器；按滤波器原型的频率响应，可分为巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆型滤波器等。
本实验以较常使用的巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器为例，说明其设计方法。
2、巴特沃斯和切比雪夫低通滤波器原型的衰减特性（1）、巴特沃斯低通滤波器原型巴特沃斯滤波器又称最大平坦滤波器。
其特性曲线的数学表达式为：210lg[1()]nPA dB ωεω=+（6－1） 式中ε满足关系式10lg(1)P A ε+= （6－2）其中P ω是通带的截止频率，P A 为其对应的衰减；参数n 为滤波器的阶数。
这种衰减特性曲线之所以称为最大平坦曲线，是由于式（6－1）方括号中的量在0ω=处（21n -）阶的导数为零。
大多数场合，最大平坦滤波器的P ω定义为衰减3dB 的通带截止点。
巴特沃斯滤波器的阶数n 取决于阻带的截止频率S ω（S P ωω>）所对应的最小衰减S A ，即：210lg[1()]nS S PA ωεω+≥ （6－3） 联立（6－2）和（6－3）式可得：10101101lg()2101lg()SP A A S Pn ωω-⋅-≥（6－4）3、低通巴特沃斯滤波器的设计方法 步骤一：确定规格。
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微波和射频电路设计
大作业
题 目 微波与射频综合模块设计
姓 名 学 号 专业班级 指导教师 分 院
宁波理工学院
一、实验目的
1) 熟练掌握微带天线设计的基本流程，掌握矩形微带天线的设计方法。
2) LC 低通滤波器的设计方法及原理。
3) 将天线、滤波器、低噪放三个模块组合成一个模块。
二、实验仿真
1. 微带天线
天线模块仿真后得出的参数中可以计算需要匹配的微带线的长度。
参数大小可由
1/2
1()22r c W f ε-+=，0.490.49
d r L λλε≈=计算得出。
利用史密斯原图进行传输线匹配，从而达到比较好的仿真效果。
图1中可以发现经过圆心时驻波比保持在1左右，效果较好。
图1
图2天线原理图
图3
没有采用单可变仿真的结果如图3所示，在2.4GHz处，S11=-28.007，效果不是很明显。
天线原理图如图2和4。
如果用单可变匹配来优化天线参数。
插入损耗小，且工作频率更加收敛于2.4GHz。
做过双可变的话，就会发现2.4GHz处匹配后的S
达不
11
到-50dB，而是在-20dB左右，所以后来采用了单可变，并通过优化功能进行实现。
图4 天线原理图
仿真结果如图5。
图5 单可变匹配结果
由图可知，2.4GHz处的S11（插入损耗）为-30.298dB，匹配后效果应该理论上可以达到-50dB，所以不是十分理想的，但是工作频率却十分收敛于2.4GHz。
2.低噪声放大器
低噪放位于接收机的最前端，要求其噪声越小越好。
为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，增益不适合过大。
且低噪放一般是与天线直接相连，所以要求它和天线的匹配性要好。
低噪放的原理图如图6。
图6 低噪放原理图
仿真结果如图7和图8。
图7
观察到最大增益为19.811dB，稳定系数为0.897，小于1，而只有系数大于1时才是稳定，所以不稳定。
使用负反馈可以让系统稳定，在源极添加小电感作为负反馈，如图1.7：
图8
3. 滤波器
滤波器采用了6阶的巴特沃斯滤波器图9。
图9 巴特沃斯滤波器原理图
其实滤波器还是可以看作LC 两种元器件构成，然后通过变化将LC 用微带线
替代。
查表可以得到6阶巴特沃斯滤波器的低通原型参数。
由公式πλ20gC
high Z LR l ∙=可以得出高低阻抗线的长度。
滤波器仿真结果如图10。
图10 巴特沃斯结果
从图中可以发现巴特沃斯还是有些缺陷的。
4. 三个模块综合仿真
先将天线和低噪放联合仿真，仿真原理图如图9。
图9 天线和低噪放联合
仿真结果如图10。
图10 天线和低噪放
暂时不进行匹配了，后面还要加低通滤波器，因此最后再匹配。
从图10中可以看出，天线和低噪放联合仿真后，插入损耗S11的值变大了，这里只有-19.135dB，而之前我们在微带天线仿真时，S11有-30dB左右。
采用6阶巴特沃斯型滤波器，原理图如图11。
仿真结果如图12。
图12加入滤波器的结果
从仿真结果可以发现，频率不在2.4GHz了，有些偏移，这时只需要再进行一下匹配，加入匹配电路，便可实现。
匹配优化后最终的结果如图13。
图13 最后仿真的结果
由图中可知，频率最终还是回到了我们最初设定的2.4GHz，S11参数等于-39.883,符合实际要求，仿真成功。
三、实验体会与总结
几次实验下来，发现自己在ADS2011仿真上还不是很熟练，甚至有时候会被很多步骤卡住，希望在今后的学习中要不断加强自己对新事物的学习能力，不断提高自己的自学能力。
在这次综合实验中，由于比较系统化，在理解的基础上，尽量去做好匹配和优化，以至于完成最后的效果。