微波技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書new

蘇州市職業(yè)大學(xué)課程實(shí)訓(xùn)任務(wù)書 課程名稱：微波技術(shù)與應(yīng)用課程實(shí)訓(xùn)起訖時(shí)間：院系：電子信息工程系班級(jí)：11通信技術(shù)三指導(dǎo)教師：陶志福系主任：范海建

課程實(shí)訓(xùn)課題用微波仿真軟件設(shè)計(jì)一個(gè)集總（或分布）參數(shù)濾波器課程設(shè)計(jì)要求熟悉微波仿真軟件在射頻微波濾波器設(shè)計(jì)中應(yīng)用。熟悉微波仿真軟件的基本操作和優(yōu)化工具。理解微帶線、帶狀線的特性和各種參數(shù)指標(biāo)熟悉他們各種分布參數(shù)元件的使用。根據(jù)實(shí)訓(xùn)的要求設(shè)計(jì)微波濾波器。掌握微帶線。帶狀線電路仿真過(guò)程。給出軟件設(shè)計(jì)過(guò)程與步驟以及最終的分析結(jié)果。完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書，進(jìn)行分組答辯。課程實(shí)訓(xùn)工作量明確課程實(shí)訓(xùn)的任務(wù)和目標(biāo):1、軟件熟悉時(shí)間：8小時(shí)；2、理解實(shí)訓(xùn)要求，計(jì)算參數(shù)設(shè)置值：2小時(shí)；3、濾波器軟件設(shè)計(jì)過(guò)程：2小時(shí)；4、分析結(jié)果給出分析圖表：2小時(shí)5、完成調(diào)試，結(jié)果驗(yàn)收并撰寫報(bào)告：8小時(shí);6、分組答辯，報(bào)告完成：3小時(shí)。課程實(shí)訓(xùn)說(shuō)明書內(nèi)容（有指導(dǎo)書的可省略）1課程實(shí)訓(xùn)目的微波技術(shù)與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)是通信類課程中為微波技術(shù)與應(yīng)用開設(shè)的一門實(shí)踐課。本課程強(qiáng)調(diào)以實(shí)踐教學(xué)為主，在軟件分析實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中要求學(xué)生把在微波技術(shù)課程中學(xué)到的基礎(chǔ)內(nèi)容貫穿起來(lái)，以軟件方式實(shí)現(xiàn)微波器件的性能參數(shù)設(shè)置和分析。使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐能較好地掌握基本微波器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，更深層地掌握微波技術(shù)教材的內(nèi)容。2．課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、原理及要求⑴內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)集總（或分布）參數(shù)濾波器。⑵課題要求：集總參數(shù)：設(shè)計(jì)一個(gè)七級(jí)集總參數(shù)低通濾波器1）截止頻率：200MHz；通帶增益大于-5dB；阻帶內(nèi)300MHz以上增益：小于-35dB；通帶內(nèi)反射系數(shù)：小于-20dB。分布參數(shù)：設(shè)計(jì)分布參數(shù)的低通濾波器，使用微帶線或者線狀電路實(shí)現(xiàn)。技術(shù)要求：截止頻率：3GHz；通帶增益大于-5dB;阻帶增益：在4.5GHz以上小于-50dB;通帶反射系數(shù)：小于-35dB。⑶原理：濾波器是最基本的信號(hào)處理器件，是一種選頻器件。濾波器按照傳輸性可分為：低通，高通帶通，帶阻濾波器；按照設(shè)計(jì)方法可分為：巴特沃斯濾波器，切比雪夫?yàn)V波器。橢圓函數(shù)濾波器等；按照所用元件可分為：集總參數(shù)濾波器和分布參數(shù)濾波器；無(wú)源濾波器和有源濾波器；等等。濾波器的主要技術(shù)參數(shù)有：截止頻率、帶寬、通帶傳輸系數(shù)（傳遞函數(shù)、插入損耗）、帶內(nèi)波紋（紋波系數(shù)）、反射損耗、形狀系數(shù)（矩形系數(shù)）。集總參數(shù)濾波器中元件：電容、電感、電阻等；使用頻率不是很高，（小于1GHz）；一般為電感與電容級(jí)聯(lián)，以元件的個(gè)數(shù)來(lái)定義級(jí)別。理論級(jí)別越高（元件個(gè)數(shù)愈多），濾波性能越好，但相應(yīng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性能降低，成本增加，插入損耗增大，因此要根據(jù)需要選擇濾波器的級(jí)數(shù)。隨著這工作頻率的升高，集總元件設(shè)計(jì)的濾波器在低頻時(shí)能正常工作，但在微波電路中往往卻不能不能。其原因有：功能元件模塊如電容電感值都是對(duì)應(yīng)低頻的，當(dāng)頻率很高，超過(guò)其諧振頻率時(shí)，元件模塊的寄生效應(yīng)非常明顯，這使一方面元件值特性變得復(fù)雜；另一方面電感電容的自身特性會(huì)發(fā)生改變。往往電容性變成電感性，電感性變?yōu)殡娙菪?。而在微波電路中，電容值很?只有零點(diǎn)幾個(gè)pf)，一般的元件模塊根本無(wú)法做到如此小的值，只有用微帶傳輸線制作，需要用分布參數(shù)方法來(lái)設(shè)計(jì)。濾波器的網(wǎng)絡(luò)分析大部分微波濾波器和濾波元件可通過(guò)一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示，如下圖1.圖1濾波器二端口網(wǎng)絡(luò)其中V，I是端口電流（在微波頻段很難測(cè)量）；，a，b表示歸一化的入射波與反射波（容易測(cè)量）。其關(guān)系為：這個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性可用散射矩陣（S矩陣）表示為參數(shù)S11、S22即為反射系數(shù)；S12、S21為傳輸系數(shù)。而S參數(shù)一般是復(fù)數(shù)，可用幅值與相位來(lái)表示：它們的幅值一般以單位dB給出：，濾波器特性參數(shù)中LA，LR，分別并表示為：其中：LA表示在由端口n到端口m的插入損耗（即設(shè)計(jì)要求中的增益相關(guān)）；LR表示由端口n返回?fù)p耗（即設(shè)計(jì)要求中的反射系數(shù)相關(guān)）。微波濾波器設(shè)計(jì)濾波器的響應(yīng)是用傳遞函數(shù)來(lái)描述的。對(duì)于一個(gè)無(wú)源無(wú)耗的二端口濾波器網(wǎng)絡(luò)其傳遞函數(shù)是S21，即有：式中：是波紋常數(shù)，是特性函數(shù)，是頻率變量（單位為rad/s）。式中，如果是取截止頻率，就是一個(gè)低通原型濾波器。濾波器設(shè)計(jì)思路：按照給定的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)得到低通原型濾波器，然后通過(guò)頻率變換，把它變成實(shí)際低通、高通、帶通或帶阻濾波器。微帶電路在微波電路中，常用分布參數(shù)元件，而以微帶線和帶狀線最為常用，在MMIC中，為了便于制版，常用的是微帶線。微帶電路是近幾十年發(fā)展起來(lái)的新型微波系統(tǒng)，它使微波系統(tǒng)的體積、重量、生產(chǎn)成本等大幅度降低，使微波個(gè)人通信系統(tǒng)的普及成為現(xiàn)實(shí)。微帶電路包括：?jiǎn)纹⒉呻娐罚∕MIC）、微帶傳輸線、微帶元件等。微帶線而微帶傳輸系統(tǒng)即微帶線，是有介質(zhì)基片的一邊接地板和介質(zhì)基片另一邊的帶狀導(dǎo)體構(gòu)成。實(shí)際上可視為沿中心線剖開并展平的同軸線。由于介質(zhì)的不同，微帶傳輸線構(gòu)成的微波電路具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）體積小，重量輕，成本低，可構(gòu)成薄膜或厚膜微波集成電路。2）損耗大，功率容量小，電路參數(shù)調(diào)整困難。3）微帶傳輸線是雙導(dǎo)體傳輸系統(tǒng)，但不能傳輸TEM模，是準(zhǔn)TEM。實(shí)際微帶傳輸線的特征阻抗、傳播常數(shù)都是工作頻率的函數(shù)，并且微帶線工作頻率升高時(shí)，其色散增大，但在小于4GHz時(shí)，可以忽略色散效應(yīng)。但當(dāng)工作頻率帶寬較寬時(shí)，特性阻抗、傳播常數(shù)的頻率響應(yīng)不可忽略。工作頻率升高時(shí)，其等效介電常數(shù)增大。由于微帶傳輸線的相速度、群速度、等效介電常數(shù)、等效波長(zhǎng)都是微帶傳輸線結(jié)構(gòu)參數(shù)W（導(dǎo)體帶寬度）、h(介質(zhì)厚度)的函數(shù)。在介質(zhì)基板厚度確定的前提下，可調(diào)節(jié)微帶線參數(shù)有兩個(gè)即線寬W和線長(zhǎng)L，但微帶線特性參數(shù)決定要線寬W，而與線長(zhǎng)無(wú)關(guān)，在其他條件不變的情況下，為帶向越寬其特性阻抗越小。微帶電容和微帶電感：利用微帶傳輸線導(dǎo)體的寬度變化，可以直接在微帶電路中形成等效微帶電容或等效微帶電感。圖2用串聯(lián)微帶傳輸線構(gòu)成的串聯(lián)微帶電感，左為實(shí)際電路，右為等效電路。圖2中間導(dǎo)體變窄，是一段高阻串聯(lián)微帶線。由終端方程的阻抗表達(dá)式，在傳輸線長(zhǎng)度d小于工作波長(zhǎng)時(shí)，可計(jì)算其輸入阻抗：由于大于，可知X大于0?？梢姡@段串聯(lián)的高阻微帶線等效為一個(gè)串聯(lián)電感。圖3是由并聯(lián)開路微帶傳輸線構(gòu)成的等效微帶電容微帶線濾波器設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)需要選取元件及其基板材料。圖4就是用微帶線設(shè)計(jì)的一款低通濾波器。圖4分布參數(shù)低通濾波器3．課程設(shè)計(jì)器材⑴PC機(jī)一臺(tái)。⑵microwaveoffice軟件一套4．課程設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)要求⑴復(fù)習(xí)微波器件中關(guān)于微帶線，濾波器等相關(guān)章節(jié)⑵復(fù)習(xí)S散射矩陣5．課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書要求課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)容：原理分析、計(jì)算說(shuō)明、數(shù)據(jù)分析報(bào)告、心得體會(huì)等部分。蘇州市職業(yè)大學(xué)課程實(shí)訓(xùn)說(shuō)明書名稱年月日至