微波仿真实验报告

北京邮电大学微波仿真实验报告
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一、实验目的
1、了解ADS微波仿真软件的使用
2、用ADS软件，观察不同的传输线及微波器件的Sminth圆图和S参数。

二、实验要求
FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02
1．Linecal的使用
a)计算FR4基片的50欧姆微带线的宽度
b)计算FR4基片的50欧姆共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线宽
度与接地板之间的距离）
2．分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。

观察Smith圆图变化。

理想传输线
微带传输线
分析：四分之一波长开路线具有“开路变短路”的作用。

3．分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆四分之波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。

观察Smith圆图变化。

理想传输线
微带传输线
分析：四分之一波长短路线具有“短路变开路”的作用。

综上可知：四分之一波长传输线具有“阻抗倒置”的作用。

4．分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧姆二分之波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。

观察Smith圆图变化。

短路传输线
微带传输线
分析：二分之一波长开路线阻抗不变，所以开路经阻抗变换后还是开路。

5．分别用理想传输线和微带传输线在FR4基片上，仿真一段特性阻抗为50欧
姆二分之波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。

观察Smith圆图变化。

理想传输线
微带传输线先计算
分析：二分之一波长短路线阻抗不变，所以所以短路经阻抗变换后还是短路。

综上可知：二分之一波长传输线具有“阻抗还原”的作用。

6．用一段理想四分之一波长阻抗变换器匹配10欧姆到50欧姆，仿真S参数，给出-20dB带宽特性，工作频率为1GHz。

带宽B=m1-m2=200.0 MHz
7．用一段FR4基片上四分之一波长阻抗变换器匹配10欧姆到50欧姆，仿真S 参数，给出-20dB带宽特性，工作频率为1GHz，分析7 和8结果。

带宽B=m2-m1=200.0 MHz
8．设计一个3节二项式匹配变换器，用于匹配10欧姆到50欧姆的传输线，中心频率是1GHz，该电路在FR4基片上用微带线实现，设计这个匹配变换器并的带宽，给出回波损耗和插入损耗与频率的关系曲线。

计算1.0
Γ
=
m
S(1,1)表示回波损耗，S（2,1）表示插入损耗。

带宽B=1.000 GHz
9．例题9，若用3节切比雪夫匹配变换器实现，比较同样情况下的带宽，回波损耗和插入损耗与频率的关系曲线。

分析：相对3节二项式匹配变换器,3节切比雪夫匹配变换器的带宽显著增加，且回波损耗具有等波纹特性，插入损耗两者差别不大。

10．对于一个负载阻抗Z L=60-j80欧姆，利用Smith Chart Utility功能，分别设计并联短路单枝节和并联开路单枝节匹配，并将Smith Chart Utility给出的匹配结果在Schematic中仿真，给出1-3GHz的回波损耗与频率的关系曲线，并的带宽。

给出1.0
Γ
=
m
并联短路单枝节
带宽B=m3-m1=200 MHz 并联开路单枝节
带宽B=m3-m1=200 MHz
11．并联双枝节匹配电路，并联双枝节为开路，枝节之间相距λ/8，中心工作频率为2GHz,利用理想传输线，给出1-3GHz的回波损耗与频率的关系曲线，的带宽。

并给出1.0
Γ
=
m
带宽B=m3-m1=40 MHz
Momentum
12．在FR4基板上分别仿真四分之一波长开路线，四分之一波长短路线，二分之一波长开路线和二分之一波长短路线，中心工作频率为1GHz，并与Schematic仿真结果比较。

仿真的频率（0-3GHz）
四分之一短路
四分之一开路
二分之一短路
二分之一开路
13．针对第12题，改变仿真的频率为（0-40GHz），观察上述传输线的性能变化并分析原因
四分之一波长开路线：
四分之一波长短路线:
二分之一波长开路线：
二分之一波长短路线：
分析：当仿真频率逐渐增大到40GHz时，传输线上的电压、电流幅度与相位相差很大，就必须考虑分布参数效应。

14．在Schematic里，分别仿真理想电容20pF和理想电感5nH，仿真频率为（0-40GHz），观察仿真结果，并分析原因。

理想电容：
分析：随着频率的增大，S(1,1)即电压反射系数逐渐减小，这是因为随着频率的增大，电容的阻抗变小的缘故。

理想电感：
分析：随着频率的增大，S(1,1)即电压反射系数逐渐增大，这是因为随着频率的增大，电感的阻抗变大的缘故。

15.在Momentum 里，仿真一个大小为80mm*80mm的负载（频率:3-4GHz），求出f=1.6GHz的阻抗值，并在该频率下针对该负载分别设计并联开路单枝节和并联短路单枝节匹配，观察仿真结果，分析带宽性能，如果中心频率出现偏移，试看能否通过调整传输线尺寸，将其性能调回谐振频点。

谐振频点阻抗值R=50*（1.739-j*0.063）=(96.95-j*3.15) Ohm 谐振频率freq=3.560 GHz
并联短路单支节：
调整前:
调整后:
并联开路单枝节：
调整前:
调整后:
12.用第15题中的负载，在扫描的频率范围内，找出虚部为0的频率点，并在该
频率点用四分之一阻抗变换器实现匹配，并观察和分析仿真结果。

有时候会无法仿真，这时需要设置处理器相关性：
实验总结：
历时6周的实验结束了，我收获提高了很多，微波仿真实验是对理论计算的一种很好补充，从实验过程中能很明确地体会到，理论计算结果往往不是最佳结论，例如多节阻抗变换器理论计算值在带宽范围内并非等波纹波动，理论计算之后的值还不能直接应用到电路中，此时仿真就起到了优化设计的作用。

仿真由于采用了更加精准的计算，考虑了实际器件的传输特性，其利用的主要参数实际就是厂商提供的实际测试的散射矩阵值，因而比理论计算的误差会小，但仿真不能替代实际电路，仿真对分布参数的模拟是不完备的，因而其精准度还有待实际工程的检验。

这也印证了课上老师讲过的，优秀的仿真软件无法替代经验丰富的微
波工程师。

微带分支线匹配器的设计加深了我对Smith圆图的理解，更加体会到圆图不仅是理论计算中强大而快捷的工具，也是仿真中必不可少的辅助。

实验中难点在于如何利用方程绘制各种圆和标注阻抗点。

多节阻抗变换器是一种优点明显的变换器，仿真结果让我对切比雪夫变换的等波纹性有了更直观的理解。

我深深体会到，只有理解了设计的原理才能减少设计中的疑惑和错误。

在实验开始之前，助教老师已经通知我们要提前安装好软件，第一节课大家都安装好了，我也在课前安装好了，但是上课时由于我的软件没有破解，旁边同学的破解方法对我的软件版本又不适用，所以我只能卸载了我的软件又用同学的重新安装，等我破解完毕，第一节课已经过去一半。

在后半段，我和旁边的同学一点一点摸索，凭借自己对老师所教的步骤的拼凑，勉强完成了一个题。

后面就轻松多了，因为明白了一个题的操作过程，后面都是类似的题目，所以第一节课虽然坎坷，但是还是对这个软件的有了初步的了解。

第二节课时，因为助教老师讲解时速度稍稍有一点快，再加上第二节课的题目难度又有了提升，所以我没能跟上老师的进度。

第二节课是最狼狈的一节课了，因为难度提高了，周围的人也都是一头雾水，这节课上完之后真心感到很挫败，觉得不知道要做什么。

在课下，我问了好多同学，终于找到了一些头绪，把第二节课的实验内容完成了。

第三节课时，我找到了一些学习方法，比如把老师的步骤迅速的用word文档记下来，这样等自己实践时就不会很茫然了。

第三节课的内容很繁琐，步骤很多，但是我已经慢慢摸到了规律，知道了各个设置的功能，不会再死记硬背每一个步骤。

通过理解各个数据与设置的功能联系，第三次的实验内容也变得不那么难以完成了。

但是第三次的实验题目因为仿真的点很多，所以所用的时间很长，常常是一个小时才能仿真出一道题，后来我基本上是电脑仿真着，我拿着课本或者手机在旁边做其他事情，这样效率就高了很多。

通过这次试验，我对微波的理论知识有了更深入的了解，实验将理论联系实际，提高我的学习兴趣，帮助我更好的学习微波工程的课程。

而且在实验中学习的ADS软件的使用，这在以后的实习设计中也会有很大帮助。

这次的实验很有意义，虽然过程很艰辛，但是学到了很多东西，收获很多，希望之后的实验都能够有所收获，有所提高。