微波技术虚拟实验报告_
微波技术虚拟实验报告
班级：1302014
学号：130********
一、设计要求
设计一个切比雪夫式微波低通滤波器，技术指标为：截止频率c f =2.2GHz ，在通带内最大波纹Ar L =0.2dB ，11S 小于-16dB ；在阻带频率s f =4GHz 处，阻带衰减As L 不小于30dB 。输入、输出端特性阻抗0Z =50Ω。
用微带线实现，基片厚度H=800um ，T=10um ，相对介电常数r ε=9.0；高阻抗线特性阻抗h Z 0=106Ω，低阻抗线l Z 0=10Ω。
计算滤波器的结构尺寸，测量滤波器性能，进行适当调节、优化，使之达到设计指标要求。记录滤波器的最终优化结果，总结设计、调节经验。
二、实验仪器
硬件：PC 机
软件：Microwave Office 软件
三、设计步骤
1.原型滤波器设计
（1）利用工程自动生成名为iFilter 的原理图，以及测量图、默认优化目标。 （2）分析，得原型滤波器的仿真结果。
（3）优化：设置优化目标，设置优化参数，执行优化。 （4）优化完成后，将已优化的参数值填入表1。
CAPQ ID=C1C=Ca pF Q=Q_v1
FQ=FQ_v1 GHz ALPH=-0.8341INDQ ID=L1L=L0 nH Q=Q_v2
FQ=FQ_v1 GHz ALPH=0.1139CAPQ ID=C2C=Cb pF Q=Q_v1
FQ=FQ_v1 GHz ALPH=1.964
INDQ ID=L2L=L0 nH Q=Q_v2
FQ=FQ_v1 GHz ALPH=9.479
CAPQ ID=C3C=Ca pF Q=Q_v1
FQ=FQ_v1 GHz ALPH=0.2286
PORT P=1
Z=50 Ohm
PORT P=2
Z=50 Ohm
Ca=1.83
Cb=3.131
Q_v1=1000FQ_v1=0.1Q_v2=100
L0=4.744
Lumped Element Filter Lumped LPF
Chebyshev (0.2dB ripple)Degree= 5Fp= 2200 MHz
图1 原型滤波器电路图iFilter （已优化）
2.微带线结构滤波器物理尺寸计算 （1）高阻抗线
先计算高阻抗线的宽度。已知条件：r ε=9.0，0f =1.1GHz ，H=800um ，T=10um ，阻抗h Z 0=106Ω，计算得W 、re ε；
再计算高阻抗线的长度（手算）：
re
ph oh L L v Z L l l ε14
-92
110310610L00??
?===um （2）低阻抗线
先计算低阻抗线的宽度。已知条件：r ε=9.0，0f =1.1GHz ，H=800um ，T=10um ，阻抗h Z 0=10Ω，计算得W 、re ε；
再计算低阻抗线的长度（手算）：
1214
0311010310-????
===Ca Ca v Z l l re pl l C C εum
1214
021010310-????
==Cb Cb v Z l re
pl l C εum
将所有计算结果填入表2。
3.完成电路，测量各特性指标
在已有的工程中创建一个新原理图，用于绘制实际物理结构的微波低通滤波器。
绘制原理图；创建测量图，添加测量项11S 、12S （单位dB ）；全部完成后分析电路，观察所得曲线。
优化：选取优化参数，设置优化目标，执行优化，直到电路性能符合指标要求。
布线图：观察滤波器的二维布线图和三维布线图。
记录优化结果：微带原件的优化数值（长度），微带电路原理图，测量图，布线图。
MLIN
ID=TL1
W=8430 um L=1964 um MLIN
ID=TL2
W=92.47 um
L=5637 um
MLIN
ID=TL3
W=8430 um
L=3252 um
MLIN
ID=TL4
W=92.47 um
L=5694 um
MLIN
ID=TL5
W=8430 um
L=1986 um
MSUB
Er=9
H=800 um
T=10 um
Rho=1
Tand=0
ErNom=9
Name=SUB1
PORT
P=1
Z=50 Ohm
PORT
P=2
Z=50 Ohm
图2 微带结构滤波器原理图（已优化）
四、实验数据记录
表1 原型滤波器参数
元件ID C1（pF）C2（pF）C3（pF）L1（nH）L2（nH）
元件变量Ca Cb Ca L0 L0
优化值 1.841 3.137 1.841 4.739 4.739
表2 微带线结构
参数W（um）re 1L l、2L l（um）1C l、3C l（um）2C l（um）
高阻抗线92.4727 5.37762 5783.7171
低阻抗线8430.13 7.83116 1973.6130 3362.9679
表3 微带元件优化数值（长度）
元件ID C1（pF）C2(pF) C3(pF) L1(nH) L2(nH) 优化长度L（um）1964 3252 1986 5637 5694
1
2
3
4
5
Frequency (GHz)
iFilter IL RL
-80
-60-40-20
I n s e r t i o n L o s s
-40
-30
-20
-10
0R e t u r n L o s s
2.2 GHz -0.3497 dB
4 GHz -31.72 dB
DB(|S(2,1)|) (L)
iFilter
DB(|S(1,1)|) (R)iFilter
图3 优化后的原型滤波器的仿真结果
1
2
3
4
5
Frequency (GHz)
Graph 1
-50
-40
-30
-20
-10
2.2 GHz -0.5216 dB
4 GHz
-28.45 dB
DB(|S(1,1)|)Schematic 1DB(|S(2,1)|)Schematic 1
图4 优化后的微带结构滤波器的仿真结果
图5 微带结构滤波器布线图（二维）
图6 微带结构滤波器布线图（三维）
五、结果分析
原型滤波器仿真结果基本符合要求。从图3，原型滤波器仿真结果图可以看
出，当 2.2
f G H z
<时，
112016
S dB dB
<-<-，
210.37940.2
S dB dB
=-<-；当
4
f GHz
>时，
2131.72
S dB
<-，因而阻带衰减符合标准，通带内最大波纹略大于理想值。
微带线结构滤波器的仿真结果不是很理想，优化结果
21
S在4GHz处为-28.45dB略大于-30dB。应该多执行几次优化，直到结果符合优化目标。
六、实验总结
两个软件的主要功能，对软件使用的掌握情况。
本课程实验中我们主要使用了传输线理论CAI软件和射频、微波专业软件AWR软件的Microwave Office 套件。
CAI软件为我校实验室师生自主研发、设计的计算机辅助教学软件，分为传输线波形演示和圆图应用两大部分，形象化的波形演示帮助我们加深对微波传输线的理解，圆图的典型应用和单双枝节匹配克服了复数运算的复杂性，是一款实用性强的创新发明。
AWR软件系统由美国NI公司下属的AWR子公司开发，是进行射频、微波
电路设计的专业软件，也是本行业在全球范围内最主流、先进的工程设计软件。主要用来设计微波电路，软件界面直观，无缝连接了电路仿真器，电磁仿真器，原理图与版图，统计设计功能和设计规则检验工具等。
通过按照实验说明结合对这两个软件的使用进行实验，我掌握了运用CAI 软件进行简单的圆图应用，在实验中也运用这个软件对笔算的检验，形象化的波形演示使我可以清楚的看到波的传输波形，加深了对微波传输线的理解。
实验中主要应用了AWR软件，我对这个软件从一无所知到可以进行简单的电路设计和分析，掌握了创建新的原理图，绘制电路图，添加图表及测量项，分析电路，绘制三维视图，优化电路和元器件的封装等应用，可以较为熟练操作。
做了哪些实验内容，对相关理论知识的掌握。
本课程中我们做了8个实验，依次为传输线波形演示及圆图应用、AWR软件系统介绍、整流器非线性分析、放大器非线性分析、螺旋电感的电磁分析、集总元件滤波器、功率分配器、阻抗变换器、阻抗调配器、微波低通滤波器。
按照实验说明结合软件使用，学习了如何创建新的原理图，如何绘制电路图，如何添加图表及测量项，分析电路；还学会了绘制三维视图，优化电路和元器件的封装等。对AWR软件的基本应用有了一定的认识。
通过这些实验，帮助我复习了课堂上学习的理论知识，如史密斯圆图的应用、放大器设计、阻抗变换、调配器等，通过自己动手加深了认识，将抽象的一些知识形象化。
同时学到了课堂上没有讲过的知识，比如整流器、螺旋电感、微波低通滤波器等，学习了阻抗变换器最平坦通带特性变换、等波纹特性变换器中关于工作频带理论计算、分数带宽计算；滤波器元件真实值、实际尺寸计算等。
通过这些实验，加深了我对已学微波技术理论知识的理解，拓展了理论知识。
有哪些提高、不足
提高：
我认为在这次实验课中，我最大的收获是不仅学会了完成实验，还能够发现问题，分析问题，解决问题。通过对照实验说明进行软件操作，增强了我的学习能力，解决问题的能力。让我深刻认识到学以致用的重要性。
加深了我对理论课程的认识，如微波传输线、史密斯圆图应用、微波匹配的
概念等，扩展了知识的深度和广度。
不足：
细心程度不够，实验5的结果出现了问题，在实验过程中不小心改变了元件的长度导致发生了频偏，实验8的过程中因没有看到仅对长度进行优化而对宽度也进行了优化，未能符合要求，但是及时发现了问题，并认真改正。
对本课程的建议、意见
通过本实验课程的学习，我在学习态度和能力上都有了一定的提高，面对问题时得到了老师的耐心讲解，十分感谢老师的耐心帮助。对本课程有一些建议供老师参考：
1、在进行实验软件应用的讲解时适当加入一些理论知识的普及，使学生对
要做的设计有一定的认识。
2、增加一些学生自主设计的内容，增强学生学以致用的能力和创新能力。
3、每次实验完成后验收一次，指出出现的错误并让学生改正。