微波无源电路仿真技术(04)复习过程
微波无源电路仿真技术(01波导滤波器)
对于本案例，由于现有结构参数的对应结果已经比较理想，因此优化 的时间会很短。 在 Analyze 窗口内更改 step 的数值为 500，提高优化精度 点击Analyze窗口内的“Optimize”按钮 打开优化窗口
添加优化目标
点击 S11，再点击“Add”按钮，这样S11 就被列入优化目标 选择合适的符号（<，>，=），输入合适的频率范围、权重等信息 点击“Apply values”按钮 优先选择快速稳定的优化方式 “Extreme” 设置合适的优化终止条件最大迭代次数、最大仿真时间。
注意：
Default settings 设置Ⅳ：Dim.
尺寸单位设置：
点击“Dim”按钮， Geometry、 Frequency 和 Angle 栏中分别采用默认设置 （“mm”、“GHz” 、“deg”）即可.
完成基本设置后的窗口
滤波器综合向导
点击主菜单中的Tool，选择Filter wizard，打开设置窗口
具体设置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在对话框右侧选择 Chebyshev 或者 Butterworth 型 ，本案例中选择前者 输入滤波器名称为 f2 如果需要还可以通过点击“Load filter”按钮载入已 有滤波器工程文件 提示：如果需要，可以将带通指标放宽一点，以便于 综合后的进一步优化，使得结果更为理想。例如，本 案例中，可将带宽指标14.3 GHz -14.7GHz ，放宽为 14.26 GHz -14.71GHz 。 点击“Next”按钮，窗口显示如下
注意：
Default settings 设置Ⅲ：Planes
微波仿真实验 北邮通信工程
微波仿真实验北邮通信工程————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：ﻩ信息与通信工程专业微波仿真实验报告班级: 2０092111１９学号：０921056Ｘ班内序号：23姓名：ＸX实验２微带分支线匹配器一、实验目的1.熟悉支节匹配的匹配原理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二、实验原理1．支节匹配器随着工作频率的提高及相应波长的减小,分立元件的寄生参数效应就变得更加明显，当波长变得明显小于典型的电路元件长度时,分布参数元件替代分立元件而得到广泛应用。
因此，在频率高达以上时,在负载和传输线之间并联或串联分支短截线，代替分立的电抗元件，实现阻抗匹配网络。
常用的匹配电路有:支节匹配器,四分之一波长阻抗变换器,指数线匹配器等。
支节匹配器分单支节、双支节和三支节匹配。
这类匹配器是在主传输线并联适当的电纳（或串联适当的电抗),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。
此电纳或电抗元件常用一终端短路或开路段构成。
２. 微带线从微波制造的观点看，这种调谐电路是方便的，因为不需要集总元件,而且并联调谐短截线特别容易制成微带线或带状线形式。
微带线由于其结构小巧，可用印刷的方法做成平面电路，易于与其它无源和有源微波器件集成等特点，被广泛应用于实际微波电路中。
三、实验内容已知：输入阻抗Ｚｉn=7５Ω负载阻抗 Zｌ=(64＋j７5）Ω特性阻抗 Z0=7５Ω介质基片面性εr=2.55 ，H=１ｍｍ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ｄ１＝λ/4，两分支线之间的距离为d2＝λ/8。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅值从1.8GＨz至2.２ＧＨｚ的变化。
四、实验步骤1.建立新项目，确定项目频率,步骤同实验１的1-3步。
电磁场与微波仿真实验教程
电磁场与微波仿真实验教程
电磁场仿真实验是电磁场理论课程中非常重要的一环，通过仿真实验可以加深学生对于电磁场及其应用的理解，并且从实际中提高了学生的动手实践能力。
本文将向大家介绍电磁场与微波仿真实验教程。
1. 实验目的
通过对电磁场仿真实验的学习，达到以下目的：
1）熟练掌握电场、磁场的分布特性；
2）掌握典型的电磁场问题的求解方法；
3）掌握微波传输理论及其在工程中的应用；
4）掌握电磁场仿真软件的使用方法。
2. 实验内容
本实验涉及到的内容主要有：
2）电容器、电感器、共振器、传输线等典型电磁场问题的求解；
3. 实验设备
本实验主要使用Ansys电磁场仿真软件。
4. 实验步骤
1）学生需要独立完成仿真实验和报告撰写工作；
2）学生需要根据课件资料学习仿真软件的基本操作，包括建立仿真模型，设定仿真参数，运行仿真程序等；
3）学生需要选择一个电磁场仿真实验题目进行仿真实验，理解仿真实验过程，并且掌握解决典型电磁场问题的方法；
4）学生需要根据学习成果，撰写实验报告，包括实验目的、实验原理、仿真结果分析等。
5. 实验注意事项
2）学生需要注意安全事项，遵守实验室规章制度；
3）学生需要独立思考和创新，加深对电磁场理论和应用的理解和掌握。
6. 实验总结
通过电磁场仿真实验的学习，使学生加深了对电磁场理论与应用的理解和掌握，并且掌握了电磁场仿真软件的使用方法。
学生通过自主选择模型，独立完成仿真实验和报告撰写工作，培养了学生的实践能力和创新思维。
电子科大HFSS(01)微波仿真技术与微波仿真软件
CST Design Studio界面
Ansoft Serenade
Ansoft Serenade 设计环境为现代的射频以及微波设计者们提供了一个强大 的电路、系统和电磁仿真的工具。简易的使用环境允许使用者们在仿真器和 其他的工具（如文字处理器）最大程度的产生数据资料的转移。简单的说， 它主要包括Harmonica电路仿真 和 Symphony系统仿真部分。 Symphony 可以在Serenade 文件夹（一种计算机标原理图获取、布局、和 仿真环境）下面运行。它是一个可以仿真有射频、微波和数字部分组成的通 信系统的软件工具。Symphony 添加了针对外围环境的高效的模拟、数字混 合方式（模拟和数字）和系统分析能力。使用者能够很快的构建一个系统包 括大量元件的库里的射频部分的模拟和数字信号处理。像信道编码，模拟和 数字信号处理滤波器，放大器，晶体震荡器衰减信道模型。这些都能使设计 者们迅速的组建有线的或者无线系统。由于系统自带了那么多模型，因此设 计者只需要对元器件键入很少的关键特征。它也能够对线性或非线性系统进 行彻底的操作。 它也能输出例如增益、噪声和在时域或者频域上的误码率。针对不同的设计 方法，在早期阶段的时候它就能够迅速的检查，以减少设计周期时间和避免 由于射频和数字信号处理系统之间的互相干扰而造成的高成本的重新设计。 一旦一个设计系统结构被确认了那么一个自上而下的设计流程就能被完成。 一个系统的误码率能够基于完整的系统分析而计算出来。对射频的描述，例 如阻抗不匹配，晶体震荡器的相位噪声和群延迟，在系统中（当然包括噪声， 输入功率，S参数和其他的输入信号扫描分析）把误码率的计算作为一个任何 参数的函数。
ADS主要应用
ADS功能非常强大，对整个现代通信系统及其子系统 的设计和仿真提供支持。主要应用有以下几个主要方 面：
主题微波无源电路实践
SPA 固态大功率 合成放大器
功率合成 基础模块
主题SP微A 波无源电路
导弹 固态 导引头
固态 发射机
导引头固态发射机实例
主题微波无源电路
Ka波段相控阵导引头解剖
172×105mm 重量4Kg 功率＞150W Ka 34G-36G
天线面
768阵元
收发模块
八合一空间合成器
波控电路板 电源电路板 和差合成网络
测量系统存在误差： ❖系统误差：
是由测试设备和测量装置的不完善所引起 ❖随机误差：
以随机方式随时间而变，不可通过校准来消除。 主要影响：噪声、开关重复性、连接重复性。 ❖漂移误差：频率漂移、温度漂移
主题微波无源电路
5.3 误差修正
网络分析仪的测量准确度受外部因素的影响较 大。误差修正是提高测量准确度的过程。
r
避雷器
GSM/CDMA
天线 Antenna
Connector电缆C源自ble移动通
讯
系
统
接地卡口
Grounding bar
微波系统在通讯领域的应用
GSM/CDMA移动通讯系统的天线
微波系统在通讯领域的应用
GSM/CDMA
微波系统在通讯领域的应用
移 动 通 讯 系 统
微波系统在通讯领域的应用
7/8G、13/15G、18/23G
误差修正是对已知校准标准进行测量，将这些 测量结果贮存到分析仪的存储器内，利用这些数据 来计算误差模型。然后，利用误差模型从后续测量 中去除系统误差的影响。
主题微波无源电路
5.4 校准
• 用网络分析仪进行传输或反射测量，必须先进
行仪器的校准。校准就是将传输或反射损耗测 量系统中固有的损耗存储在内存中，以后再从 测试数据中减去这些损耗，其结果反映的就只 是被测部件的特性。
微波复习(总结版)
1、 传输线阻抗公式2、半波长阻抗重复性3、1/4波长阻抗倒置性4、 反射系数1）定义：反射波与入射波之比2）无耗传输线上反射系数的模不变5、 驻波比1）定义：电压或电流波的最大值与电压或电流波的最小值之比特性阻抗和传播常数是反映传输线特性的特征量 6、 行波状态(匹配状态)当Z L =Z C 时， ，亦即匹配时：无反射波，即行波状态电压与电流同相 tan ()tan L c in c c L Z jZ l Z l Z Z jZ lββ+=+(()2in in Z l n Z l λ+=2[(21)4()c inin Z Z l n Z l λ++=2-Γ=Γj lL eβΓ=ΓL in C in C Z Z Z Z -Γ=+L C L L CZ Z Z Z -Γ=+(1)()(1)in CZ z Z +Γ=-Γmax min 11U U ρ+Γ==-Γ0L Γ=00j zj z ccU U U e U U I e Z Zββ++-+-====在时域电压电流振幅沿线不变相位随线长增加而连续滞后阻抗沿线不变，等于特性阻抗负载吸收了全部功率行波状态即传输线匹配状态，这时传输效率最高、功率容量最大、无反射，是传输系统追求的理想状态。
7、 驻波状态（全反射） 1）、短路线负载端短路 －全反射。
短路时，反射系数为－1 Z=0处（负载端）, UL=0离负载L 处（Z=-l ），有()()()()00,cos 1,,cu t z U t z i t z u t z Z ωβϕ+=-+=001CU U I U Z ++==0z θϕβ=-1,0==Γρin L cZ Z Z ==in L P P P+==0,1L L Z =Γ=-0000()2sin 2()cos j z j z j z j zc c U U e e jU z U U I e e z Z Z ββββββ+-+++-=-=-=+=22(2)tan 0()11in c in j l j l j l L L LU Z jZ lI P l e e e ββπββρ--±-===Γ=Γ=-=+Γ==∞-Γ短路线的几个特点：电压、电流的驻波分布：随时间变化时具有固定的波腹、波节点。
微波无源电路仿真技术(03低通滤波器)
低通滤波器的实现方法（一）
高、低阻抗传输线法：
X βl βl = Z 0tg ≈ Z 0 2 2 2
βl π
4
= B Y0 Sin ( β l ) ≈ Y0 β l β l π
4
= X Z 0 Sin ( β l ) ≈ Z 0 β l β l π B βl βl = Y0tg ≈ Y0 2 2 2
微波无源电路仿真技术
微波低通滤波器设计
电子科技大学 贾宝富 博士
微波低通滤波器的设计方法
微波低通滤波器的设计过程大致可分为3个步骤： (1)根据滤波器的预先给定的技术指标，设计出一 个LC梯型网络低通原型滤波器； (2)通过低通变换得到LC低通滤波器。 (3)选择合适的微波结构用微波网络元件来实现LC 低通滤波器中串联电感和并联电容。 实现微波网络元件的结构有：波导，同轴线，带 状线，微带线等。相对应的低通滤波器分别被称 作波导低通滤波器，同轴线低通滤波器，带状线 低通滤波器和微带线低通滤波器等。
技术指标
截止频率： f1 = 2GHz 通带最大插入损耗：LAr ≤ 0.1dB 4GHz 阻带最大衰减：La ≥ 30dB @ f a = 输入、输出阻抗： 50Ω
确定滤波器级数
如选择切比雪夫滤波器，根据公式，
= LA (ω ′) 10 log10 2 −1 ω ′ ′ = LA (ω ) 10 log10 1 + ε cosh n cosh ′ ω 1 ω ′≤ω1′ −1 ω ′ 2 1 + ε cos n cos ′ ω 1 ω ′≤ω1′
微波无源电路仿真技术(06)复习过程
Mathematical:
CVc: Complex Vector
Vec: Vector
CSc: Complex Scalar
CACULATOR USAGE HINT: Most data
input types will be self-explanatory, e. g. E and H fields being phasor quantities will be Complex Vector (CVc). The only exception to this rule is the Poynting input, Which will show up as a “CVc” even though E X H* should have no imaginary component. The calculator only knows that two complex vector were crossed, and does not know ahead of time that the imaginary component has been zeroed.
输出表达式
使用“Copy to stack”键，将已存在 的表达式导出到场计算 器堆栈；
使用“Save to”键， 将已存在的表达式保存 成场计算器表达式文件 （*.clc） ；
指定关联区
指定场计算 器使用数据 的出处。
指定求解设 置
指定场类型 ；
指定频率 指定相位
基本面板
Data stack: Contains current and saved entries in a scrolling stack similar to a handheld scientific caculator.
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其作用为在理想导电平面开了一个 ‘孔’ 。
Boundary/Excitations Overview
Perfect E 应用实例
不考虑损耗的金属平面
地平面
腔体表面
微带线导带
Perfect H应用实例
对Outer定义Perfect H相当 于理想开路
N 3.5 0.875 4
Rsheet
Rlumped N
35 40 / square .875
Length (电流方向) Width = number of ‘squares’
Impedance per square = Desired Lumped Impedance number of squares
微波无源电路仿真技术
边界与端口设置
电子科技大学 贾宝富 博士
HFSS中的边界条件
Perfect E Perfect H Finite Conductivity Impedance Layered Impedance Radiation Symmetry Master & Slave Lumped RLC Screen Impedance PML (Perfect Matched Layer)
Radiation
Boundary is /4 away from horn aperture in all directions.
Parameters: None
A Radiation boundary is an absorbing boundary condition, used to mimic continued propagation beyond the boundary plane
在内部定义，用Perfect H覆 盖Perfect E， 用以在地平面 上开孔
=
首先定义Perfect E
将其中的局部定 义为Perfect H
PerfectH定义的区域实际为 自然边界条件，相当于在零 厚度的金属平面上开孔
ห้องสมุดไป่ตู้ 趋肤深度
趋肤深度
= 1 f
趋肤深度
d
f= 1 GHz 铜的趋肤深度=2.088 μm 钛的趋肤深度=10.97 μm 趋肤深度正比于1 /√f 趋肤深度正比于to √f
▪ 电抗不随频率变化，所以他不能表 示一个频段内的“电容”或“电感 ”。
由需要的薄膜电阻值、宽度和长度计算设
EXAMPLE: Resistor in Wilkenson Power Divider
定的薄膜阻抗。
Resistor is 3.5 mils long (in direction of flow) and 4 mils wide. Desired lumped value is 35 ohms.
d=趋肤深度 直流区域: d<趋肤深度 交流区域: d> 3×趋肤深度
Finite Conductivity
E perpendicular, attenuating
参数: 电导率和磁导率
Finite Conductivity is a lossy electrical conductor
Finite Conductivity Boundary
E-场垂直于边界表面； 可以表示金属表面、地平面、理想腔体表面
等； 无限大地平面选项：用于模拟I无限大地平面
；
Perfect H 是理想磁导体
H-场垂直于边界表面， , E-场平行于边界表 面；
现实世界不存在这种边界，但对模拟模型边 界非常有用；
Natural 是指理想磁边界施加到其它边界 ( 如. Perfect E)
▪
Note boundary does not follow ‘break’ at tail end ▪ of horn. Doing so would result in a convex surface to interior radiation.
E-field forced perpendicular,
as with Perfect E
However, surface impedance takes into account resistive and reactive surface losses
User inputs conductivity (in siemens/meter) and relative permeability (unitless)
▪ Absorption is achieved via a secondorder impedance calculation
Boundary should be constructed correctly for proper absorption
▪ Distance: For strong radiators (e.g. antennas) no closer than /4 to any structure. For weak radiators (e.g. a bent circuit trace) no closer than /10 to any structure
Used for non-ideal conductor analysis*
Impedance
参数: 电阻和电抗 ohms/square
Impedance 边界使用户定义的表面阻抗 ；
用于表示薄膜电阻（thin film resistors）
用于表示电抗性负载（reactive loads）
Layered Impedance
参数: : Surface Roughness, Layer
Thickness/Type and material
用于模拟由多个薄层构 成的阻抗表面。它的作 用与阻抗边界相同。均 匀材料组成的边界。如 在某种涂敷吸波材料散 射特性的计算中，可以 使用这种边界。
边界条件定义的覆盖
如果边界被多次定义，则后定义的边界条件覆 盖前面定义的边界条件
几种例外情况：
端口不被覆盖 如果用Perfect H 覆盖Perfect E边界条件，则覆盖
区域的边界条件实际为Natural，即自然边界条件
Perfect E and Perfect H/Natural
Perfect E 是理想电导体*