电磁场与微波技术实验报告(全)

很明显可以看出,在中心频率处,调谐后的 S 参量大大低于未调谐的,而且很接近于零,说明在中心频率处,系统设计接近理想状态。

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实验三:四分之一波长阻抗变换器 一、 实验目的

掌握单节和多节四分之一波长变阻器的工作原理; 了解单节和多节变阻器工作带宽和反射系数的关系; 掌握单节和多节四分之一波长变换器的设计与仿真。

二、 实验原理

四分之一波长变阻器是一种阻抗变换元件,用于负载阻抗或信号源内阻与传输线的匹配,以保证最大功率的传输。实现负载阻抗与传输线匹配,其实质是利用“补偿原理”,即由可调的匹配器产生一个合适的附加反射波,它与负载阻抗所产生的反射波在指定的参考面上等幅反相,从而互相抵消。

1. 单节四分之一波长变阻器 . 负载阻抗为纯电阻 RL:

………………………………(1)

. 负载阻抗为复数 ZL: 波节点:

………………………………(2)波腹点:

………………………………(3)

多节四分之一波长变阻器

……………(4)

切比雪夫阻抗变换器

R = RL/??0 ………………………………(5)

………………………………(6)

三、 实验内容

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. 已知:负载阻抗为纯电阻 ???? = 150??,中心频率 ??0 = 3??????,主传输线特性阻抗 ??0 = 50??,介质基片 ???? = 4.6,厚度 ?? = 1????,最大反射系数模 ???? 不应超过 0.1,设计 1,2,3 节二项式变阻器,在给定的反射系数条件下比较它们的工作带宽,要求用微带线形式实现。 . 已知负载阻抗为复数:???? = 85 ? ??45??,中心频率 ??0 = 3??????,主传输线特性阻抗 ??0 = 50??,在电压驻波波腹或波节点利用单节四分之一波长阻抗变换器,设计微带线变阻器。微带线介质参数同上。

四、 实验步骤

. 对于纯电阻负载,根据已知条件,算出单节和多节传输线的特性阻抗、相对带宽。 . 根据各节特性阻抗,利用 TXLine 计算相应的微带线的长度和宽度。每段变阻器的长度为四分之一波长(在中心频率),即 ?? = ????0/4。

. 对于复数负载 ???? ,根据负载阻抗 ???? 、特性阻抗 ??0 ,计算归一化负载阻抗和反射系数,将负载反射系数标注在 Smith 圆图上,从负载点沿等驻波系数圆向源方向旋转,与 Smith 圆图左、右半实轴交点,旋转过的电长度 ????、???? ,计算变换器的特性阻抗。 . 根据传输线的特性阻抗,利用 TXLine 计算相应微带线的长度及宽度,以及对应电 长度 ????、???? 的微带线长度。 . 设计并完成原理图。

. 添加并测试 Rectangular 图。

. 调谐电路元件参数,使反射系数幅值在中心频率 3GHz 处最低。

. 对于纯电阻负载,上述指标不变,采用 3 节切比雪夫变阻器重新设计上述阻抗变换器。

五、 实验仿真

1. 单节变换器

. 利用式(1)算得 Z1 = 86.603Ω,利用 TXLine 计算各微带线参数,如下表: 微带线 Impedance(Ω) Frequency(GHz) Electrical Length(deg) TL1(????) 50 3 90 19

TL2(????)可调 86.603 3 90 TL3(????) 150 3 90

Physical Width(mm) Physical Length(mm) . 调谐后的原理图:

1.8986 13.254 0.62801 13.83 0.10292 14.314

MLIN MLIN MLIN PORT ID=TL1

ID=TL2

ID=TL3

W=0.628 mm

L=13.66

MSTEP$

W=0.1029 mm

L=14.31

mm

P=1 W=1.899 mm Z=50 Ohm L=13.25

MSTEP$

mm ID= TL4 mm ID= TL5

MSUB

PORT Er=4.6

P=2

H=1 mm

Z=150 Ohm

T=0.001 mm Rho=1 Tand=0 ErNom=4.6 Name=SUB1

2. 2 支节变换器

. 利用式(4)算得 Z1 = 65.804Ω,Z2 = 113.975Ω,利用 TXLine 计算各微带线参数,如下表: 微带线 Impedance(Ω) Frequency(GHz) TL1(????) TL2(????)可调 TL3(????)可调 TL4(????) 50 3 65.804 3 90 1.1523 13.547 113.975 3 90 0.28686 14.103 150 3 90 0.10292 14.314 Electrical Length(deg) 90 Physical Width(mm) 1.8986 Physical Length(mm) 13.254 . 调谐后的原理图:

MLIN MLIN ID=TL2

ID=TL3

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