西电微波技术虚拟实验

设计题目： 微波技术虚拟实验 学 院： 电子工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 021191 学 号： 姓 名： 电子邮件：

日 期： 2013年 12 月 成 绩： 指导教师：

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fc=2.2GHz，

在通带内最大波纹LAr=0.2dB，S11小于-16dB；在阻带频率fs=4GHz处，阻带衰减LAs不小于30dB。输入、输出端特性阻抗Zo50。

用同轴线实现，其外导体直径为D016mm；高阻抗特性阻抗Zoh138；低阻抗线内、外导体间相对介电常数r2.54，低阻抗线特性阻抗Zol10。 确定滤波器的结构尺寸，测量滤波器的参数S11、S12，进行适当调整，使之达到最佳。记录滤波器的最终结构尺寸，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.确定原型滤波器

启动软件中Wizard模块的AWR Filter Synthesis Wizard（AMR滤波器综合向

导）功能，输入各项技术指标，即自动生成原型滤波器的原理图。具体电路如下所示：

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Ca=1.81Cb=3.085L0=4.749PORTP=1Z=50 OhmINDID=L1L=L0 nHINDID=L2L=L0 nHCAPID=C1C=Ca pFCAPID=C2C=Cb pFPORTP=2CAPZ=50 OhmID=C3C=Ca pF 图1——原型滤波器电路图

由于默认的优化目标与实验要求指标不同，必须自行重新设置，即f<2.2GHz时，S11<-16dB,S21>-0.2dB；f>4GHz时，S21<-30dB；目标设定完成后再进行优化。

优化结束后，即得到原型滤波器的各个已优化的参数值。

2.计算滤波器的实际尺寸

（1）微带线结构

①高阻抗线

先计算高阻抗线的宽度。已知条件：r9.0，fo1.1GHz，H=800um，T=10um，阻抗Zoh106，计算得W,re； 再计算高阻抗线的长度：

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lL1lL2②低阻抗线

L0L0*1093*1014vph*um Zoh106re先计算低阻抗线的宽度。已知条件：r9.0，fo1.1GHz，H=800um，T=10um，阻抗Zoh10，计算得W,re； 再计算低阻抗线的长度： lC1lC3ZolvplCa10*3*1014re*Ca*1012um

lC2ZolvplCb10*3*1014re*Cb*1012um

注意：计算公式中的L0、Ca、Cb即为原型滤波器的优化参数，仅为数值，不带单位！计算结果的单位为微米。 （2）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，用于绘制实际结构的微波低通滤波器。 微带线结构所需元件：MLIN,PORT,MSUB（参数为 =9.0，h=800um,T=10um)。 同轴线结构所需元件：COAXP2,PORT。

工作频率（1~5GHZ，阶长0.01）保持不变，依次画电路图，添加图标，添加测量项 ， （单位dB)。全部完成后分析电路，观察所得曲线。

若性能不符合指标要求，还需要对实际结构的滤波器进行优化。将各高低阻抗线的长度设为可优化参数，再重新添加优化目标。优化目标，优化方法与原型滤波器的完全相同。优化电路，直到各项参数符合指标要求。

激活实际结构滤波器原理图，从主菜单选Schematic\\View Layout,观察滤波器的二维布线图；再从工具栏选View 3D Layout,观察三维布线图。

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记录实际结构滤波器的优化结果。 微带线结构滤波器原理图：

L1=5659C1=1977C2=3258MLINID=TL1W=8433 umL=C1 umMLINID=TL2W=93 umL=L1 umMLINID=TL3W=8433 umL=C2 umMLINID=TL4W=93 umL=L1 umMLINID=TL5W=8433 umL=C1 umPORTP=1Z=50 OhmMSUBEr=9H=800 umT=10 umRho=1Tand=0ErNom=9Name=SUB1PORTP=2Z=50 Ohm 图2——微带线结构滤波器原理图

电路中的参数均可由上公式算出。

三、实验数据记录

表1——原型滤波器参数 元件ID 元件变量 优化值 C1（pF） Ca 1.81 C2（pF） Cb 3.085 C3（pF） Ca 1.81 L1（nH） L0 4.749 L2（nH） L0 4.749

表2——微带线结构 参数 高阻抗线 低阻抗线 W（um） 92.9395 8432.53 re 5.39124 7.83519 lL1、lL2 5789 lC1、lC2 lC2 1039 3305

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原型滤波器仿真结果：

0-10-20-30-40-50-6012Filter1 ResponseDB(|S(1,1)|)Filter1DB(|S(2,1)|)Filter13Frequency (GHz)45 图3——原型滤波器仿真结果（优化后）

微带线结构滤波器仿真结果：0-10-20-30-40-50-6012Graph 12.2 GHz-0.5188 dB4 GHz-28.48 dBDB(|S(1,1)|)Schematic 1DB(|S(2,1)|)Schematic 13Frequency (GHz)45 图4——微带线结构滤波器仿真结果（优化后）

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滤波器的二维布线图：

图5——滤波器的二维布线图

表3——微带线结构优化后数据

元件 L(mm) W(um)

TL1 1977 8433 TL2 5659 93 TL3 3258 8433 TL4 5659 93 TL5 1977 8433 五、结果分析

首先对原型滤波器进行仿真结果分析，图

3中，当f<2.2GHz时，

S11<-16dB,S21=-0.11dB>-0.2dB；f>4GHz时，S21=-31.19dB<-30dB，其仿真结果

完全符合预期要求。

而在自行绘制的原理图时，当采用计算所得结果的时候，所得的波形与语气还是有很大差距的。即使经过优化，如图4，我们还是可以看到，其实际指标与所要求的指标均有不少差距，当f<2.2GHz时，S11>-16dB,S21=-0.5188dB<-0.2dB；

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当f>4GHz时，S21=-28.48dB>-30dB。所以说，在自行绘制的实验原理图中，仿真优化的结果并不太理想，但是已经能够满足实验的要求。如果要进一步改进，可能需要作出优化方法上的改变。

六、实验总结

通过这一个多月的微波技术虚拟实验，我对Microwave Office软件有了较为深入的了解，Microwave Office软件为本行业普遍使用的主流专业设计软件。可以对各种微波电路进行设计、分析。，内容涵盖了IC、电路模块以及端对端系统，具有很强的工程实用性。目前已在通信、电子、航天等领域的各大研究所、公司广泛使用。

实验中我们还用到了用“传输线理论CAI软件”。这个软件很好的满足了我们在学习过程中的需求，图解和说明清晰透彻，大大方便了我们的学习。比如用于计算单支节匹配和双支节匹配下支节的位置和长度；以及可以直观的观察入射波与反射波的波形变化。使用起来简单方便。

通过跟随老师上课的指导以及实验报告手册上详细的讲解，我对Microwave Office软件有了初步的认识，能够通过该软件设计较为简单的电路，并对其进行分析。在接下来的课程中，自己就按照实验手册上详细的实验过程进行了实验及软件的学习，包括整流器非线性分析、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、阻抗调配器以及最后的微波低通滤波器实验。使自己对微波技术有了更为深入的了解，从之前电磁场课程上的抽象概念到实验中较为具体的实际电路分析。自己对其中涉及到的概念都有了更加清楚的了解。

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另外，我还希望能够对这门课程的精进提出自己的一些意见。那就是希望在课程的时间安排上能够向前提一些，因为到了学期末，大家都忙于期末考试，能够拿出来认真熟悉和掌握microwave软件以及深刻消化课堂学习内容的时间毕竟不多，同时，我还希望可以多增加几个课时，以便同学们可以更好的掌握 。

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