西交大射頻實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、射頻專題實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)一 匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與仿真 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握阻抗匹配、共軛匹配的原理 2.掌握集總元件L型阻抗抗匹配網(wǎng)絡(luò)的匹配機(jī)理 3.掌握并(串)聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器、/4阻抗變換器匹配機(jī)理 4.了解ADS軟件的主要功能特點(diǎn) 5.掌握Smith原圖的構(gòu)成及在阻抗匹配中的應(yīng)用 6.了解微帶線的基本結(jié)構(gòu) 基本阻抗匹配理論 信號(hào)源的輸出功率取決于Us、Rs和RL。在信號(hào)源給定的情況下，輸出功率取決于負(fù)載電阻與信號(hào)源內(nèi)阻之比k。當(dāng)RL=Rs時(shí)可獲得最大輸出功率，此時(shí)為阻抗匹配狀態(tài)。無論負(fù)載電阻大于還是小于信號(hào)源內(nèi)阻，都不可能使負(fù)載獲得最大功率，且兩個(gè)電阻值偏差越大，輸出功率越小。 匹配包括：共軛

2、匹配，阻抗匹配，并(串)聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器。 練習(xí) 1.設(shè)計(jì)L型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，使Zs=(46j×124) Ohm信號(hào)源與ZL=(20+j×100) Ohm的負(fù)載匹配，頻率為2400MHz. 仿真電路圖 2. 設(shè)計(jì)微帶單枝短截線線匹配電路，使MAX2660的輸出阻抗ZS=（126-j*459）Ohm與ZL=50Ohm的負(fù)載匹配，頻率為900MHz. 微帶線板材參數(shù)： 相對(duì)介電常數(shù)：2.65 相對(duì)磁導(dǎo)率：1.0 導(dǎo)電率：1.0e20 損耗角正切：1e-4 基板厚度：1.5mm 導(dǎo)帶金屬厚度：0.01mm 仿真電路圖 仿真結(jié)果 實(shí)驗(yàn)二 衰減器的仿真設(shè)計(jì) 1、 練習(xí)：設(shè)計(jì)10dB 型同

3、阻式（Z1=Z2=50）固定衰減器。 仿真電路： 仿真結(jié)果： 二、衰減器的測量AV36580A 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (一)測失配負(fù)載在6002600MHz 的駐波比（S11、回?fù)p） S11 對(duì)數(shù)幅度 實(shí)驗(yàn)三 威爾金森功分器的設(shè)計(jì)與仿真 一、設(shè)計(jì)指標(biāo)要求： 中心頻率：2.45GHz 帶寬：60MHz 頻帶內(nèi)輸入端口的回波損耗：S11<-20dB，S22<-20dB 頻帶內(nèi)插入損耗：S21>-3.1dB, S31>-3.1dB 隔離度：S32<-25dB 二、板材參數(shù)： H:基板厚度(1.5 mm)， Er:基板相對(duì)介電常數(shù)(2.65) Mur:磁導(dǎo)率(1)， Cond:

4、金屬電導(dǎo)率(5.88E+7) Hu:封裝高度(1.0e+33 mm) T:金屬層厚度(0.035 mm) TanD:損耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm) 三、威爾金森功分器原理： 如下圖為威爾金森功分器的結(jié)構(gòu)圖，其輸入、輸出特性阻抗均為。若P2和P3所得功率平分，則在輸入口P1與輸出P2之間、輸入P1 與輸出P3之間的分支線上特性阻抗均為=，波長為四分之一其上波長。若在輸出P2和P3之間跨接阻值為2。當(dāng)P2與P3口接匹配負(fù)載時(shí)，P1無發(fā)射，且P1功率被平分至P2和P3，而且P2與P3 口間隔離。 （3） 功分器原理圖仿真： S32>-25dB，沒有達(dá)到指標(biāo)要求，

5、還需進(jìn)一步優(yōu)化。 （5） 版圖仿真結(jié)果： （6） 優(yōu)化仿真結(jié)果： 五、結(jié)果分析： 優(yōu)化之后結(jié)果達(dá)到指標(biāo)要求：S11<-20dB，S22<-20dB S21<-3.1dB，S32<-25dB。 功分器的測量用PNA網(wǎng)絡(luò)分析儀 駐波圖像 各支路幅相特性 各支路隔離度測量 功分器參數(shù)測量記錄表 頻率0.80.91.01.11.21.31.41.5回?fù)p-21.89-28.66-40.11-28.78-24.76-22.11-22.10-22.89駐波1.1751.0071.0181.0741.1121.1551.6661.155支路1損耗-25.33-35.99-34.54-2

6、7.00-24.67-23.88-23.77-24.89支路一相移-147.6-168.5172.9154.8133.9113.0100.985.0支路2損耗-3.89-3.45-3.40-3.30-3.29-3.20-3.19-3.03支路2相移-148.9-169.9170.9154.7120.9112.990.9985.00隔離度-25.45-33。7-34.78-27.00-24.99-23.99-23.65-23.11實(shí)驗(yàn)四 微波射頻濾波器設(shè)計(jì)與仿真 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握低通原型濾波器的結(jié)構(gòu) 2.掌握最平坦和等波紋型低通濾波器原型頻率響應(yīng)特性 3.了解頻率變換法設(shè)計(jì)濾波器的原理及設(shè)計(jì)

7、步驟 4.了解利用微帶線設(shè)計(jì)低通、帶通濾波器的原理方法 5.掌握用ADS進(jìn)行微波濾波器優(yōu)化仿真的方法與步驟。 二濾波器原理 1 濾波器的技術(shù)指標(biāo) 中心頻率 通帶最大衰減 阻帶最小衰減 通帶帶寬 插入損耗、群時(shí)延 帶內(nèi)紋波 回波損耗、駐波比 2. 濾波器的設(shè)計(jì)步驟 （1）由衰減特性綜合出低通原型 （2）再進(jìn)行頻率變換，變換成所設(shè)計(jì)的濾波器類型 （3）計(jì)算濾波器電路元件值(集總元件) （4）微波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電路元件，并用微波仿真軟件進(jìn)行優(yōu)化仿真。 三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 作業(yè)1：對(duì)下面結(jié)構(gòu)的微帶枝節(jié)低通濾波器的兩種設(shè)計(jì)進(jìn)行原理圖和版圖仿真，并分析其特性。 版圖及仿真結(jié)果 作業(yè)2：設(shè)計(jì)一平行耦合線帶通濾波器，其設(shè)計(jì)

8、指標(biāo)為：通帶2.42.5GHz，帶內(nèi)衰減小于2dB，起伏小于1dB，2.3GHz以下及2.7GHz以上衰減大于40dB，端口反射系數(shù)小于-20dB。 板材參數(shù)： H:基板厚度(1.5 mm)， Er:基板相對(duì)介電常數(shù)(2.65) Mur:磁導(dǎo)率(1)， Cond:金屬電導(dǎo)率(5.88E+7) Hu:封裝高度(1.0e+33 mm) T:金屬層厚度(0.035 mm) TanD:損耗角正切(1e-4) Roungh:表面粗糙度(0 mm) 原理圖及優(yōu)化結(jié)果 2、 版圖及仿真結(jié)果 基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通帶2.42.5GHz，帶內(nèi)衰減小于2dB，起伏小于1dB，2.3GHz以下及2.7GHz以上衰減大

9、于40dB，端口反射系數(shù)小于-20dB。 但由于優(yōu)化并不能達(dá)到最優(yōu)以及版圖與原理圖存在誤差，因此優(yōu)化結(jié)果并不非常理想。 濾波器的測量AV36580A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 支路1：3dB帶寬f1=2.238GHz，f2=2.295GHz，W=57MHz 支路2：3dB帶寬f1=2.435GHz，f2=2.487GHz，W=52MHz 實(shí)驗(yàn)五 微帶天線設(shè)計(jì)、仿真、制作與測試 作業(yè)要求設(shè)計(jì)、制作一中心頻率為2.45GHz的微帶天線,天線采用50Ohm微帶線饋電，掃頻范圍：2.2GHz-2.7GHz。 板材參數(shù)： H:基板厚度(1.5 mm)， Er:基板相對(duì)介電常數(shù)(2.65) Mur:磁導(dǎo)率(1)， C

10、ond:金屬電導(dǎo)率(5.88E+7) Hu:封裝高度(1.0e+33 mm)， T:金屬層厚度(0.035 mm) TanD:損耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm) 微帶天線工作原理 微帶天線在一個(gè)薄介質(zhì)基片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕方法制成一定形狀的金屬貼片，利用微帶線或同軸探針對(duì)貼片饋電構(gòu)成的天線。微帶天線分2 種：貼片形狀是一細(xì)長帶條，則為微帶振子天線。貼片是一個(gè)面積單元時(shí)，則為微帶天線。如果把接地板刻出縫隙，而在介質(zhì)基片的另一面印制出微帶線時(shí)，縫隙饋電，則構(gòu)成微帶縫隙天線。微帶天線的版圖尺寸 版圖仿真結(jié)果 天線實(shí)測結(jié)果 回波損耗： 駐波比：

11、 輸入阻抗： 天線在2.45GHz處的接收峰值： 實(shí)驗(yàn)記錄： 實(shí)驗(yàn)六 射頻放大器的設(shè)計(jì)與仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解描述射頻放大器的主要性能參數(shù)及類型 2. 掌握放大器偏置電路設(shè)計(jì)方法 3. 了解最小噪聲、最大增益放大器的基本設(shè)計(jì)方法 4. 掌握放大器輸入、輸出網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)類型 5. 掌握用ADS進(jìn)行放大器仿真的方法與步驟 二、基本理論常用的微波晶體管放大器有低噪聲放大器、寬帶放大器和功率放大器。目的是提高信號(hào)的功率和幅度。 低噪聲放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號(hào)，減小噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)據(jù)。 功率放大器一般在系統(tǒng)的輸出級(jí)，為天線提供輻射信號(hào)。 三、低噪聲放大器

12、設(shè)計(jì)的依據(jù)與步驟1、設(shè)計(jì)依據(jù)： 滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)：噪聲系數(shù)、功率增益、增益平坦度、工作頻帶、動(dòng)態(tài)范圍等； 2、設(shè)計(jì)步驟： （1）依據(jù)具體要求選定放大器級(jí)數(shù)； （2）選擇所用的晶體管； （3）確定電路拓樸結(jié)構(gòu)； （4）電路具體結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)； （5）CAD軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)； （6）在優(yōu)先滿足噪聲小的前提下，提高電路增益。即根據(jù)輸入等增益圓、等噪聲圓，選取合適的S ，作為輸入匹配電路的設(shè)計(jì)依據(jù)； （6）輸出匹配電路設(shè)計(jì)以提高放大器增益為主； （7）滿足穩(wěn)定性條件。 四、具體操作過程以利用ATF-34143設(shè)計(jì)2.4GHz低噪聲放大器為例，設(shè)計(jì)步驟如下： 步驟一： 在頻率、 增益、 噪聲指標(biāo)條件下選擇

13、器件，得到偏置條件下器件的S 參數(shù)。 步驟二: 滿足穩(wěn)定判據(jù),則進(jìn)入步驟三； 不滿足判據(jù)，在圓圖中畫出穩(wěn)定區(qū)，必要時(shí)畫出等增益圓和等噪聲圓。 步驟三： 確定輸入輸出反射系數(shù)in及out 步驟四: 設(shè)計(jì)輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。 1、 晶體管直流工作點(diǎn)分析2、 晶體管偏置電路設(shè)計(jì)3、 穩(wěn)定性分析查看穩(wěn)定曲線通過在源級(jí)加小電感抑制負(fù)反饋修改后 實(shí)驗(yàn)七 混頻器的仿真設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解描述混頻器的主要性能參數(shù)及類型2.了解混頻器的基本設(shè)計(jì)方法3.掌握用ADS進(jìn)行混頻器仿真的方法與步驟二、基本工作理論 混頻器是三端口非線性器件（兩個(gè)輸入端一個(gè)輸出端），它可以將兩個(gè)不同頻率的輸入信號(hào)變?yōu)橐幌盗械妮敵鲱l譜，輸出頻率分別為兩個(gè)輸入頻率的和頻、差頻及其諧波。三、主要技術(shù)指標(biāo)噪音系數(shù)和等效相位噪音(單邊帶噪音系數(shù)、雙邊帶噪音系數(shù))；變頻增益，中頻輸出和射頻輸入的比較；動(dòng)態(tài)范圍，這是指混頻器正常工作時(shí)的微波輸入功率范圍；雙頻三階交調(diào)與線性度；工作頻率；隔離度；本振功率與工作點(diǎn)。四例子：設(shè)計(jì)C波段微帶鏡像抑制混頻器，分析其非線性特性。技術(shù)指標(biāo)：射頻信號(hào)