1、微波仿真實驗報告信息與通信工程學(xué)院微波仿真實驗報告院系： 信息與通信工程學(xué)院 班級： 姓名： 學(xué)號： 目錄實驗二 分支線匹配器41、實驗?zāi)康?2、實驗原理43、實驗內(nèi)容54、實驗步驟55、仿真過程65.1、單支節(jié)匹配65.2、雙支節(jié)匹配116、 思考題187、實驗分析和結(jié)論19實驗三 四分之一波長阻抗變換器211、實驗?zāi)康?12、實驗原理213、實驗內(nèi)容234、實驗步驟234.1、單節(jié)和多節(jié)四分之一波長阻抗變換器（負(fù)載為實數(shù)）234.2、單節(jié)匹配（復(fù)數(shù)阻抗負(fù)載）324.3、切比雪夫阻三節(jié)抗變換器365、實驗分析和結(jié)論40實驗六 功率分配器411、實驗?zāi)康?12、實驗原理413、實驗內(nèi)容424、

2、實驗步驟434.1、K2=1.5434.2、K2=1465、實驗分析和結(jié)論50附錄：實驗感想51實驗二 分支線匹配器1、實驗?zāi)康?) 掌握支節(jié)匹配器的工作原理；2) 掌握微帶線的基本概念和元件模型；3) 掌握微帶分支線匹配器的設(shè)計與仿真。2、 實驗原理1. 支節(jié)匹配器隨著工作頻率的提高及響應(yīng)波長的減小，分立元件的寄生參數(shù)效應(yīng)就變得更加明顯，當(dāng)波長變得明顯小于典型的電路元件長度時，分布參數(shù)元件替代分立元件而得到廣泛應(yīng)用。因此，在頻率高達(dá)GHz以上時，在負(fù)載和傳輸線之間并聯(lián)或串聯(lián)分支短截線，代替分立的電抗元件，實現(xiàn)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。常用的匹配電路有：支節(jié)匹配器，四分之一波長阻抗變換器，指數(shù)線匹配器等。

3、支節(jié)匹配器分單支節(jié)、雙支節(jié)和三支節(jié)匹配。這類匹配器是在主傳輸線上并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娂{（或串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娍梗?，用附加的反射來抵消主傳輸線上原來的反射波，以達(dá)到匹配的目的，此電納（或）電抗元件常用一終端短路或開路段構(gòu)成如圖1.1所示。 （a）單支節(jié)匹配器 （b）雙支節(jié)匹配器圖 1.1 支節(jié)匹配器原理單支節(jié)匹配（圖a）的基本思想是選擇支節(jié)到阻抗的距離，使其在距負(fù)載處向主線看去的導(dǎo)納是形式。然后，此短截線的電納選擇為，根據(jù)該電納值確定分支短截線的長度，這樣就達(dá)到匹配條件。 雙支節(jié)匹配器（圖b），通過增加一支節(jié)，改進(jìn)了單支節(jié)匹配器需要調(diào)節(jié)支節(jié)位置的不足， 只需調(diào)節(jié)兩個分支線的長度就能達(dá)到匹配。雙支節(jié)匹配存在匹配

4、禁區(qū)。圖中假設(shè)主傳輸線和分支線的特性阻抗都是，、分別為兩段分支線的長度，為負(fù)載與最近分支線的距離，為兩分支線之間的距離，可以是，也可以是、。本實驗考慮的情況。2. 微帶線 從微波制造的觀點看，這種調(diào)諧電路是方便的，因為不需要集總元件，而且并聯(lián)調(diào)諧短截線特別容易制成微帶線或帶狀線形式。微帶線由于其結(jié)構(gòu)小巧，可用印刷的方法做成平面電路，易于與其它無源和有源微波器件集成等特點，被廣泛應(yīng)用于實際微波電路中。 我們仿真軟件中有專門計算微帶線特性阻抗的程序，在主窗口頂部的Window下拉菜單的TXLINE里。 3、實驗內(nèi)容 已知： 輸入阻抗 ，負(fù)載阻抗，特性阻抗，介質(zhì)基片，導(dǎo)體的厚度T遠(yuǎn)小于介質(zhì)基片厚度H

5、。假定負(fù)載在時實現(xiàn)匹配，利用圖解法設(shè)計微帶線單支節(jié)和雙支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)雙支節(jié)網(wǎng)絡(luò)分支線與負(fù)載的距離，兩分支線之間的距離為。畫出幾種可能的電路圖并且比較輸入端反射系數(shù)幅值從至的變化。4、 實驗步驟1. 建立新項目，確定項目中心頻率為2GHz，步驟同實驗一的13步。 2. 將歸一化輸入阻抗和負(fù)載阻抗所在位置分別標(biāo)在Y-Smith導(dǎo)納圖上，步驟類似實驗一的46步。 3. 設(shè)計單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，在圓圖上確定分支線與負(fù)載的距離d以及分支線的長度l所對應(yīng)的電長度，根據(jù)給定的介質(zhì)基片、特性阻抗和頻率用TXLINE計算微帶線物理長度和寬度。注意在圓圖上標(biāo)出的電角度360對應(yīng)二分之一波長，即 。 4. 在設(shè)計環(huán)

6、境中將微帶線放置在原理圖中。將微帶線的襯底材料放在原理圖中，選擇MSUB并將其拖放在原理圖中，雙擊該元件打開ELEMENT OPTIONS對話框，將介質(zhì)的相對介電常數(shù)、介質(zhì)厚度H、導(dǎo)體厚度依次輸入。注意微帶分支線處的不均勻性所引起的影響，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?5. 負(fù)載阻抗選電阻與電感的串聯(lián)形式，連接各元件端口。添加PORT，GND，完成原理圖，并且將項目頻率改為掃頻1.82.2GHz. 6. 在PROJ下添加圖，添加測量，進(jìn)行分析。 7. 設(shè)計雙支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，重新建立一個新的原理圖，在圓圖上確定分支線的長度、，重復(fù)上面步驟35。5、 仿真過程5.1、單支節(jié)匹配 在Output Equation中

7、繪制Smith圓圖，代碼如下： Zin為輸入阻抗，ZL為負(fù)載阻抗，Z0為特性阻抗，zl為歸一化的負(fù)載阻抗，Tl為反射系數(shù)，Yl為反射系數(shù)的倒數(shù)，a=stepped(0,2*_PI,0.002)定義相角變量a從0到2，步長為0.002rad。R表示模值為Tl、相角為a的等反射系數(shù)圓，AA表示純電納圓（單位圓），A表示g=1的匹配圓。繪制的圓圖如圖1.2所示。標(biāo)記出了歸一化的輸入阻抗zin和負(fù)載阻抗zl。繪出了負(fù)載等反射系數(shù)圓R和匹配圓A。 圖1.2 單支節(jié)匹配器仿真結(jié)果單支節(jié)匹配的具體步驟如下：1) 首先從負(fù)載處（標(biāo)號7.45）沿等反射系數(shù)圓移動到與匹配圓交點（標(biāo)號2887）處，可知移動了94.

8、05+104.7=198.75。因為圓圖上360對應(yīng)半波長，所以計算采用的角度為198.75/2=99.375，對應(yīng)的電尺寸可以通過TXLINE計算器得到：L=28.884mm，W=1.4373mm。圖1.3 TXLINE計算單支節(jié)距離負(fù)載的距離（，下同，不贅述）2) 其次從標(biāo)號2887點處，得到單支節(jié)傳輸線阻抗為，在AA圓上作出該點（標(biāo)號為488.4），讀出其角度為55.85，再從開路點（實軸最右端）向源方向順時針旋轉(zhuǎn)到該點，計算出移動的角度為360-55.85=304.15，所以計算采用的角度為304.15/2=152.075，同理可以通過TXLINE計算器可得到支節(jié)的電尺寸：L=44.1

9、85mm，W=1.4373mm。圖1.4 TXLINE計算單支節(jié)匹配的長度由以上的分析與計算，可繪制電路圖見圖1.5。其中微帶線的模型含義如下：PORT為輸入阻抗，MLIN為標(biāo)準(zhǔn)微帶線，MTEE為T型接頭（用來模擬不均勻性），MLEF為終端開路微帶線，RES為負(fù)載阻抗的實部，IND為負(fù)載阻抗的虛部（用電感等效），MUSB為微帶線襯底材料。圖1.5 單支節(jié)匹配器電路圖調(diào)整微帶線的長度的時候，需要先設(shè)置調(diào)整的范圍為正負(fù)10%（將Tune、Limit勾選，并計算后填寫最大值Upper、最小值Lower），d的調(diào)節(jié)見圖1.6，L的調(diào)節(jié)見圖1.7：圖1.6 距離負(fù)載距離d的動態(tài)調(diào)整范圍圖1.7 單支節(jié)匹

10、配線長度L的動態(tài)調(diào)整范圍調(diào)整L與d的值，使得輸入端口的反射系數(shù)幅值在中心頻率2GHz處最低。經(jīng)調(diào)諧后的參數(shù)(L=44.28mm，d=28.48mm)見圖1.8的第3、4列，調(diào)諧后的電路圖見圖1.9：圖1.8 調(diào)諧后的L與d的數(shù)值（L-TL4:L，d-TL3:L）圖1.9 經(jīng)調(diào)諧后的單支節(jié)匹配器電路圖輸入端的反射系數(shù)如圖1.10所示，其中灰色的線為調(diào)諧前的輸入端口的反射系數(shù)，藍(lán)色的線為調(diào)諧后的輸入端口的反射系數(shù)曲線(L=44.28mm，d=28.48mm)：圖1.10 輸入端反射系數(shù)仿真圖分析：1. 輸入端反射系數(shù)的幅值隨著頻率的增加出現(xiàn)先減小后增大的趨勢，在接近設(shè)計頻率2GHz（即調(diào)諧頻率）的

11、時候，反射系數(shù)會出現(xiàn)最小值。2. 圖中灰色的線為調(diào)諧前，藍(lán)色的線為調(diào)諧后，可見經(jīng)調(diào)諧后在設(shè)計頻率2GHz時，反射系數(shù)的幅值會更加小，性能更好。 3. 參數(shù)變化：參數(shù)變化支節(jié)長度L距離負(fù)載長度d調(diào)諧前（mm）44.18528.884調(diào)諧后（mm）44.2828.48 參數(shù)的變化范圍都在設(shè)定的10%的范圍內(nèi)，且經(jīng)過調(diào)諧，可以使反射系數(shù)在頻率2GHz處更 加小，頻率穩(wěn)定性也更好（未調(diào)諧前，最小點偏離2GHz）。調(diào)諧的目的是通過調(diào)節(jié)L與d使 得反射系數(shù)在中心頻率處2GHz最低，性能最好。5.2、雙支節(jié)匹配雙支節(jié)匹配時在Output Equation中增量添加如下代碼：雙支節(jié)匹配的具體步驟如下：雙支節(jié)匹

12、配有兩組解，本實驗選取較小的解。其中BB是zl1點所在的等電導(dǎo)圓，CC為輔助圓，DD圓為棕色的等反射系數(shù)圓，如圖1.11所示為雙支節(jié)匹配Smith圓圖。標(biāo)號5.004是負(fù)載阻抗，沿著傳輸線移動即180以后得到的點zl1（標(biāo)號為1569），然后沿著BB圓順時針旋轉(zhuǎn)到CC圓的交點（標(biāo)號為1608），1608點順時針沿著等反射系數(shù)圓DD旋轉(zhuǎn)于匹配圓A上（標(biāo)號為829.8）。第一支節(jié)的導(dǎo)納值為1569點到1608點導(dǎo)納值相減：1.99035-0.467939=1.52447；第二支節(jié)的導(dǎo)納值為829.8點的相反數(shù)：2.1817。在純電納等反射系數(shù)圓（即圓AA）上作出兩個支節(jié)的阻抗值，從開路點（最右端）

13、順時針移動到此兩點，分別讀出移動的角度：113.5、130.8。 圖1.11 雙支節(jié)匹配器仿真結(jié)果根據(jù)以上分析和作圖，由TXLINE計算器可得到電尺寸數(shù)值。其中角度為113.5/2=56.75 ，130.8/2=65.4，由此計算得到第一支節(jié)L=16.495mm，W=1.4373mm（見圖1.12），第二支節(jié)L=19.009mm，W=1.4373mm（見圖1.13）。第一段傳輸線L=26.27mm，第二段傳輸線L=13.08mm。圖1.12 TXLINE計算第一支節(jié)匹配長度（）圖1.13 TXLINE計算第二支節(jié)匹配長度（）然后計算的電尺寸：其中書上給出，度數(shù)應(yīng)分別為180/2=90，,90/

14、2=45，由TXLINE計算器可得到電尺寸數(shù)值，見圖1.14和1.15。圖1.14 TXLINE計算第一段傳輸線的電尺寸（）圖1.15 TXLINE計算第二段傳輸線的電尺寸（）根據(jù)上述電尺寸作出電路圖如圖1.16所示，其中微帶線的模型含義如下：PORT為輸入阻抗，MLIN為標(biāo)準(zhǔn)微帶線，MTEE為T型接頭（用來模擬不均勻性），MLEF為終端開路微帶線，RES為負(fù)載阻抗的實部，IND為負(fù)載阻抗的虛部（用電感等效），MUSB為微帶線襯底材料。圖1.16 雙支節(jié)匹配電路圖調(diào)整微帶線的長度的時候，需要先設(shè)置調(diào)整的范圍為正負(fù)10%（將Tune、Limit勾選，并計算后填寫最大值Upper、最小值Lower

15、），第一支節(jié)L1長度的調(diào)節(jié)見圖1.17，第一支節(jié)L2長度的調(diào)節(jié)見圖1.18：圖1.17 雙支節(jié)匹配線第一支節(jié)長度L1的動態(tài)調(diào)整范圍圖1.18 雙支節(jié)匹配線第二支節(jié)長度L2的動態(tài)調(diào)整范圍調(diào)整L1與L2的值，使得輸入端口的反射系數(shù)幅值在中心頻率2GHz處最低。經(jīng)調(diào)諧后的參數(shù)(L1=15.3mm，L2=18.01mm)見圖1.19的第1、2列，調(diào)諧后的電路圖見圖1.20：圖1.19 調(diào)諧后的L1與L2的數(shù)值（L1-TL6:L，L2-TL7:L）圖1.20 調(diào)諧參數(shù)后雙支節(jié)匹配器電路圖輸入端的反射系數(shù)如圖1.21所示，其中灰色的線為調(diào)諧前的輸入端口的反射系數(shù)，藍(lán)色的線為調(diào)諧后的輸入端口的反射系數(shù)曲線(

16、L1=15.3mm，L2=18.01mm)：圖1.21 輸入端反射系數(shù)仿真圖分析：1) 輸入端反射系數(shù)的幅值隨著頻率的增加出現(xiàn)先減小后增大的趨勢。調(diào)諧前，頻率偏移2GHz，且幅值較大；調(diào)諧后，在接近設(shè)計頻率2GHz（即調(diào)諧頻率）的時候，反射系數(shù)會出現(xiàn)最小值。2) 圖中灰色的線為調(diào)諧前，藍(lán)色的線為調(diào)諧后，可見經(jīng)調(diào)諧后在設(shè)計頻率2GHz時，反射系數(shù)的幅值會更加小，性能更好。 3) 參數(shù)變化：參數(shù)變化第一支節(jié)長度L1第二支節(jié)長度L2調(diào)諧前（mm）16.49519.009調(diào)諧后（mm）15.318.01 參數(shù)的變化范圍都在設(shè)定的10%的范圍內(nèi)，L1、L2均減小一些。且經(jīng)過調(diào)諧，可以使反射系數(shù)在頻率2G

17、Hz處更加小，頻率穩(wěn)定性也更好（未調(diào)諧前，最小點偏離2GHz）。通過調(diào)整L1、L2使得輸入端口的反射系數(shù)在中心頻率2GHz處達(dá)到最低，達(dá)到最好的性能。6、 思考題 不考慮微帶線的不均勻性模型：T型接頭，雙支節(jié)匹配的電路圖見圖1.22，圖1.22 不考慮T型接頭后的電路原理圖 仿真原理圖如圖1.23所示，其中粉色為未經(jīng)調(diào)諧的反射系數(shù)，藍(lán)色為調(diào)諧后的反射系數(shù)，棕色為未經(jīng)調(diào)諧且去除T型接頭的反射系數(shù)：圖1.23 不考慮T型接頭后的仿真圖 分析：1. 可以看出，如果未加T型接頭（即不考慮不均勻性），反射系數(shù)幅值比較大，且偏離頻率中心；2. 微帶線中由于終端開路、微帶線尺寸跳變、彎折等存在不均勻性，需要

18、將其不均勻性等效成電路中的參數(shù)進(jìn)行仿真，否則會引起較大誤差。所以在該軟件中，為了表征這種不均勻性，提出了T型接頭MTEE、終端開路微帶線MSTEP、和折彎MBENDA。微帶電路是分布參數(shù)電路，從等效電路來看，它相當(dāng)于并聯(lián)或者串聯(lián)一些電抗元件，或者使參考面發(fā)生一些變化。7、實驗分析和結(jié)論在本次實驗中，主要了解了單、雙支節(jié)匹配器的工作原理和仿真過程：利用Smith圓圖上的等反射系數(shù)圓、等電導(dǎo)圓達(dá)到阻抗匹配，通過TXLINE計算得到電路尺寸，然后繪制出電路圖，經(jīng)過調(diào)諧得到匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。本次實驗過程中實驗原理我們在理論課上都已經(jīng)學(xué)過，簡單易懂，比較艱難的過程就是利用AWR軟件在Smith圓圖找到對應(yīng)

19、的點，得到它的角度，并計算電尺寸。前面基礎(chǔ)的過程就是繪制等反射系數(shù)圓和導(dǎo)納圓以及Smith圓圖顯示方式的變換，轉(zhuǎn)換的時候需要選擇屬性，選擇改變里面的兩個參數(shù)即可。實驗中用TXLINE計算電尺寸時，和同學(xué)討論了一下，這個計算器應(yīng)該是360對應(yīng)半波長，所以在得到角度后需要進(jìn)行除2處理。本以為這個軟件針對于微波實驗設(shè)計，會有180對應(yīng)半波長這個功能，但是實際極端測量了一下，發(fā)現(xiàn)不對，才改正了自己的錯誤。由于是第一次使用這個軟件，所以大部分時間都在盡量的熟悉使用軟件，在這個過程中，老師的指導(dǎo)和同學(xué)之間的互幫互助、相互討論讓我感到學(xué)習(xí)氣氛濃郁，心理挺感激有這么個機(jī)會好好討論一下學(xué)習(xí)的內(nèi)容，而不是那種在網(wǎng)

20、上直接找代碼的過程。通過這次實驗，不僅會使下面的實驗進(jìn)展會更順利一些，而且使我對以后的實驗的態(tài)度有了影響。實驗三 四分之一波長阻抗變換器1、實驗?zāi)康?) 掌握單節(jié)和多節(jié)四分之一波長變阻器的工作原理；2) 了解單節(jié)和多節(jié)變阻器工作帶寬和反射系數(shù)的關(guān)系；3) 掌握單節(jié)和多節(jié)四分之一波長變阻器的設(shè)計與仿真。2、實驗原理1) 單節(jié)四分之一波長阻抗變換器四分之一波長變阻器是一種阻抗變換元件，它可以用于負(fù)載阻抗或信號源內(nèi)阻與傳輸線的匹配，以保證最大功率的傳輸；此外，在微帶電路中，將兩段不同特性阻抗的微帶線連接在一起時為了避免線間反射，也應(yīng)在兩者之間加四分之一波長變阻器。實現(xiàn)負(fù)載阻抗與傳輸線匹配，其實質(zhì)是與

21、用“補(bǔ)償原理”，即由可調(diào)的匹配器產(chǎn)生一個合適的附加反射波，它與負(fù)載阻抗所產(chǎn)生的反射波在指定的參考面上等幅而反相。從而相互抵消，相當(dāng)于傳輸線在此參考面上與一個等效匹配負(fù)載相連。 （1）負(fù)載阻抗為純電阻Rl圖2.1 純阻抗負(fù)載的四分之一波長阻抗變阻器 這樣就實現(xiàn)了匹配。根據(jù)微波傳輸線理論得 ，因為，所以 （2）負(fù)載阻抗為復(fù)數(shù)Zl我們知道實現(xiàn)匹配之前線上會存在駐波，自電壓駐波波腹波節(jié)位置的輸入阻抗為純電阻，它們分別是，其中為駐波比。這時可以把電壓駐波波節(jié)處2的輸入電阻作為等效負(fù)載阻抗，即而將變換器接在電壓駐波波節(jié)位置（離負(fù)載為Lm處）。也可把電壓駐波波腹的輸入阻抗作為等效負(fù)載阻抗，求得而將變換器接在

22、電壓駐波波腹位置（離負(fù)載為Ln處）。圖2.2 復(fù)數(shù)負(fù)載阻抗的阻抗變換器2) 多節(jié)四分之一波長阻抗變換器單節(jié)四分之一波長阻抗變換器是一種簡單而有用的電路，其缺點是頻帶太窄。為了獲得較寬的頻帶，可以采用雙節(jié)或多節(jié)阻抗變換器，多節(jié)四分之一波長變換器如下圖：圖2.3 多節(jié)阻抗變換器（1） 二項式多節(jié)阻抗變換器根據(jù)二項式通帶特性的表達(dá)式為式中A為常數(shù)，令則總反射系數(shù)為最終可以得到二項式多節(jié)阻抗變換器的近似設(shè)計公式：（2） 切比雪夫多節(jié)阻抗變換器 切比雪夫阻抗變換器的設(shè)計方法是：使它的反射系數(shù)的摸隨按切比雪夫多 項式變化，其設(shè)計公式的推導(dǎo)過程與上述二項式類似。 為了便于應(yīng)用，可以查本書附錄6獲得變換器的阻

23、抗值。3、實驗內(nèi)容1) 已知：負(fù)載阻抗為純電阻=150，中心頻率為，主傳輸線的特性阻抗為Z0=50，介質(zhì)基片，厚度H=1mm，最大反射系數(shù)模不應(yīng)超過0.1，設(shè)計1,2,3節(jié)二項式變阻器，在給定的反射系數(shù)條件下比較他們的工作帶寬，要求用微帶線形式實現(xiàn)。2) 已知負(fù)載阻抗為復(fù)數(shù)：Zl=85-j45，中心頻率，主傳輸線特性阻抗Z0=50，在電壓駐波波腹或波節(jié)點處利用單節(jié)四分之一波長阻抗變換器，設(shè)計微帶線變阻器。微帶線介質(zhì)參數(shù)同上。4、實驗步驟4.1、單節(jié)和多節(jié)四分之一波長阻抗變換器（負(fù)載為實數(shù)）1) 計算單節(jié)和多節(jié)傳輸線的特性阻抗和相對帶寬計算所得的阻抗數(shù)據(jù)在上面已經(jīng)列出（根據(jù)書上公式1.4.1，公

24、式1.4.19，公式1.4.21），后面不再贅述。2) 單節(jié)阻抗變換器A. 1節(jié)匹配長度：由上述計算可知，計算可得L=13.83mm，寬度為W=0.62807mm圖2.4 TXLINE計算單節(jié)變阻器參數(shù)B. 電路圖：其中微帶線的模型含義如下：PORT為輸入阻抗，MLIN為標(biāo)準(zhǔn)微帶線，MTEE為T型接頭（用來模擬不均勻性），MUSB為微帶線襯底材料，MSTEP為寬度階梯變換器（防止微帶線尺寸的跳變）。（下面的模型所用元件相同，不再贅述）。圖2.5 單節(jié)變阻器電路圖分析：圖中左面第四個元件（藍(lán)色）所代表的特性阻抗為Z1=86.6歐。C. 頻率響應(yīng)（灰色線為調(diào)諧前，利用Freeze功能，藍(lán)色線為調(diào)諧

25、后，調(diào)諧前的參數(shù)L=13.83mm，調(diào)諧后的參數(shù)L=13.67mm，設(shè)置的調(diào)諧范圍為10%，然后進(jìn)行調(diào)諧使得3GHz達(dá)到最低點，鑒于之后的實驗過程類似，過程不再贅述）。圖2.6 單節(jié)變阻器仿真圖圖2.7 本實驗所有參數(shù)調(diào)諧后的結(jié)果（后面不再贅述）分析：1. 在頻率3GHz處，反射系數(shù)很小，接近0；2. 工程上最大可容忍的反射系數(shù)的幅值為0.1，從圖中可以看出，這時的頻率范圍為2.664GHz3.332GHz，相對帶寬為，而根據(jù)書上式（1.4.9）算出的理論的相對帶寬值為0.2564?？梢姸呦嗖詈苄?，說明仿真結(jié)果在誤差范圍內(nèi)，可以接受。3) 二節(jié)阻抗變換器A. Z1、Z2的微帶線長度13.54

26、7mm，14.119mm，寬度為1.1525mm，0.27087mm。圖2.8 二節(jié)變阻器Z1的參數(shù)圖2.9 二節(jié)變阻器Z2的參數(shù)B. 電路圖：（調(diào)諧后）圖2.10 二節(jié)變阻器電路圖分析：左面第4個和第6個元件（藍(lán)色）所代表的的特性阻抗分別為Z1=65.8歐姆和Z2=116歐姆；阻抗跳變點處的反射系數(shù)為：。C. 頻率響應(yīng)（藍(lán)色為調(diào)諧前，粉色為調(diào)諧后，調(diào)諧前的參數(shù)L1=13.55mm、L2=14.12mm，調(diào)諧后的參數(shù)L1=13.58mm、L2=14.03mm）圖2.11 二節(jié)變阻器仿真圖分析：1. 在頻率3GHz處，反射系數(shù)很小，接近0，下面的曲線變得圓滑；2. 工程上最大可容忍的反射系數(shù)的幅

27、值為0.1，從圖中可以看出，這時的頻率范圍為2.169GHz3.789GHz，相對帶寬為，而根據(jù)書上式（1.4.21）算出的理論的相對帶寬值為0.5393。可見二者相差很小，說明仿真結(jié)果在誤差范圍內(nèi)，可以接受。4) 三節(jié)阻抗變換器A. Z1、Z2、Z3的微帶線長度13.4mm，13.83mm，14.216mm，寬度為1.4946mm，0.62807mm，0.17796mm 圖2.12 三節(jié)變阻器Z1的參數(shù)圖2.13 三節(jié)變阻器Z2的參數(shù)圖2.14 三節(jié)變阻器Z3的參數(shù)B. 電路圖（調(diào)諧后）圖2.15 三節(jié)變阻器電路圖分析：左面第4個、第6個和第8個元件（藍(lán)色）所代表的的特性阻抗分別為Z1=57

28、.36歐姆、Z2=86.6歐姆和Z3=130.8歐姆；阻抗跳變點處的反射系數(shù)為：，。C. 頻率響應(yīng)（藍(lán)色為調(diào)諧前，粉色為調(diào)諧后，調(diào)諧前的參數(shù)L1=13.4mm、L2=13.83mm、L3=14.22mm，調(diào)諧后的參數(shù)L1=13.49mm、L2=13.82mm、L3=14.08mm）圖2.16 三節(jié)變阻器仿真圖分析：1. 在頻率3GHz處，反射系數(shù)很小，接近0，下面的曲線變得更加圓滑；2. 工程上最大可容忍的反射系數(shù)的幅值為0.1，從圖中可以看出，這時的頻率范圍為1.862GHz4.084GHz，相對帶寬為，而根據(jù)書上式（1.4.21）算出的理論的相對帶寬值為0.7953。可見二者相差很小，說明

29、仿真結(jié)果在誤差范圍內(nèi)，可以接受。5) 一二三節(jié)反射系數(shù)圖（匯總）圖2.17 一、二、三節(jié)變阻器電路圖 分析：1. 隨著支節(jié)數(shù)的增加，曲線下部更加平坦，相對帶寬增加：N=1,2,3，=0.223, 0.537, 0.741。所以工程上為了獲得更寬的帶寬，一般采用多節(jié)阻抗變換器，同時為了均衡造價、電路復(fù)雜度等因素，一般采用二節(jié)或三節(jié)阻抗變換器；2. 對于二節(jié)阻抗變化器跳變點的反射系數(shù)為0.276，三節(jié)阻抗變化器跳變點的反射系數(shù)為0.203，所以，也可以通過反射系數(shù)看出：支節(jié)數(shù)增加，反射系數(shù)減小，性能更好。4.2、單節(jié)匹配（復(fù)數(shù)阻抗負(fù)載）1) 算各項參數(shù)： 歸一化負(fù)載阻抗為，反射系數(shù)為，駐波比 ，代

30、碼如下：2) 史密斯圓圖圖2.18 負(fù)數(shù)負(fù)載Smith圓圖其中標(biāo)號3730點為電壓波節(jié)點，標(biāo)號590點為電壓波腹點。本次實驗選擇利用波節(jié)點進(jìn)行計算，從負(fù)載點（標(biāo)號1）到波節(jié)點（編號3730）轉(zhuǎn)過的角度為146.31，TXLINE中角度為73.155，據(jù)此計算微帶線的長度10.773mm，寬度為1.8986mm（見圖2.19）。如果是電壓波腹點，從負(fù)載點（標(biāo)號1）到波腹點（編號590）轉(zhuǎn)過的角度為326.31，TXLINE中角度為163.155，據(jù)此計算微帶線的長度24.027mm，寬度為1.8986mm（見圖2.20）。圖2.19 TXLINE計算負(fù)載到波節(jié)點的微帶線參數(shù) 圖2.20 TXLI

31、NE計算負(fù)載到波腹點的微帶線參數(shù)3) 本實驗選擇接在電壓波節(jié)點，變化器的特征阻抗為，計算Z4微帶線的長度為12.831mm，寬度為3.6308mm （見圖2.21）。圖2.21 TXLINE計算Z4微帶線的參數(shù)4) 電路圖（調(diào)諧后）圖2.22 負(fù)數(shù)負(fù)載電路圖5) 頻率響應(yīng)（藍(lán)色為調(diào)諧前，粉色為調(diào)諧后，調(diào)諧前的參數(shù)L1=12.83mm、L2=10.77mm，調(diào)諧后的參數(shù)L1=12.83mm、L2=10.67mm）圖2.23 負(fù)數(shù)負(fù)載仿真圖分析：1. 在頻率3GHz處，反射系數(shù)很小，接近0；2. 與負(fù)載阻抗為實數(shù)相比，主要區(qū)別在于，負(fù)數(shù)負(fù)載是由電感等效的，頻率的改變，會對負(fù)載的虛部有影響，故圖像沒

32、有實數(shù)的圖像對稱。頻率逐漸變得很高時時，曲線開始不規(guī)則彎曲。3. 負(fù)數(shù)負(fù)載的相對帶寬為： 純阻抗負(fù)載的相對帶寬為： 本次實驗中，由于參數(shù)不同，使得純阻抗負(fù)載的相對帶寬大一些。4.3、切比雪夫阻三節(jié)抗變換器1) 三節(jié)切比雪夫阻抗變化器最大反射系數(shù)模值不應(yīng)超過0.1，那么最大的駐波比：，而且根據(jù)阻抗比，查閱附錄6，駐波比為1.183的傳輸 系數(shù)，（粉色）為端口1-2的傳輸系數(shù)，P為功分比）圖6.5 調(diào)諧后a（TL17、TL18）、y（TL4、TL5）的數(shù)值圖6.6 傳輸系數(shù)、隔離度仿真結(jié)果圖圖6.7 隔離度、功分比仿真結(jié)果圖分析：1. 圖6.6中為傳輸系數(shù)和隔離度的大小隨頻率變化的仿真圖，圖6.7

33、為隔離度和功分比p的大小隨頻率變化的仿真圖。從圖6.7中可以看出，功分比在2GHz時的比值為1.498（1.4951.505），隔離度=51.88dB大于25dB，滿足設(shè)計的要求；2. 對于圖6.6、6.7，調(diào)諧過程中，通過調(diào)節(jié)y（TL4、TL5）和a（TL17、TL18），發(fā)現(xiàn)對曲線的幅度變化影響不同。y對傳輸系數(shù)和隔離度影響都特別的大，即使是微小的變化也會使三條曲線的幅值和最值發(fā)生較大變化，y主要是使圖形左右大范圍移動，可以進(jìn)行粗調(diào)使得頻率穩(wěn)定在2GHz；a的影響比較小，使得幅值變化不明顯，可以進(jìn)行幅度上下微調(diào)。綜上，可以知道y參數(shù)對性能指標(biāo)影響較大，與隔離電阻相連的參數(shù)a對性能指標(biāo)影響較

34、小。4.2、K2=11) 重復(fù)上述的步驟，得到阻抗值，并設(shè)計微帶線的長度與寬度：(mm)(mm)19.971.8820.520.98620.520.986319.971.8819.971.8821.0070.4252) 原理圖圖6.8 電路原理圖3) 添加矩形圖，仿真結(jié)果（調(diào)諧后）圖6.9 調(diào)諧后a（TL17、TL18）、y（TL4、TL5）的數(shù)值圖6.10 傳輸系數(shù)、隔離度仿真結(jié)果圖圖6.11 隔離度、功分比仿真結(jié)果圖分析：1) 圖6.10為傳輸系數(shù)和隔離度的大小隨頻率變化的仿真圖。由于功率平等分配，兩個輸出端口的傳輸系數(shù)相等，從圖6.10中可以看出，兩條曲線重合，端口的隔離度為46.42dB25dB；設(shè)計符合標(biāo)準(zhǔn)；從圖6.11中可以看出，功分比在2GHz時的比值為1.061；2) 通過對比功分比： 電路結(jié)構(gòu)相同； 元件參數(shù)有變化：上下兩路的元件參數(shù)y相同，與隔離電阻相連的微帶線長度a不同，分別為0.13和2.75mm； 性能指標(biāo)：隔離度p分別為51.48dB和46.42dB，功分比的隔離度最值要更大一些；傳輸系數(shù)分別為2.309、4.064dB和3.047、3.047dB，由于二者的輸入功率相同，所以不管怎么分配，兩個傳輸系數(shù)的值加應(yīng)近似相等，實驗結(jié)