2023年西交大射频实验报告.pdf

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1、等 打 施 娉射频专题实验实验报告实验一匹配网络的设计与仿真实验目的1.掌握阻抗匹配、共枕匹配的原理2 .掌握集总元件L 型阻抗抗匹配网络的匹配机理3 .掌握并（串）联单支节调配器、入/4 阻抗变换器匹配机理4 .了解A D S 软件的重要功能特点5 .掌握S m i t h 原图的构成及在阻抗匹配中的应用6 .了解微带线的基本结构基本阻抗匹配理论T T2PO=TRL=-RL(&+R)U2&=飒,K凡信号源的输出功率取决于U、R 和R。在信S5L号源给定的情况下，输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比k。当口=!时可获得最大输出功率，此时为阻抗匹配状态。无论负载电阻大于还是小于信号源内阻，都不

2、也许使负载获得最大功率，且两个电阻值偏差越大，输出功率越小。匹配涉及:共软匹配，阻抗匹配，并(串)联单支节调配器。练习L设计L型阻抗匹配网络，使Zs=(46j X124)Ohm信号源与ZL=(20+jX 10 0)O hm的负载匹配，频率为24 00MHz.仿真电路图0 wih3_po i uctifedl&大苏还E 由 St Vw ImMt Opbcrn_ j 0 面 膏 Q :M M l 口Saak ckwc aachi 1ype=Load ImpedanceZ0=50 QhmTerm.Term 2Num=2Z=(20+j*100)OhmSelect Enter the vUtting p

3、oiMMF嵯 量GROWN。G2 M 2.$00,0.62S-W5.i n A/R；SnSdwmo(fi .O D 曾 1 6:1 12 M 2 O 1 W 2仿真结果(二一wmp(C-Lwmp-402.0 2.22.4 2.62.8 3.0freq,GHz2.设计微带单枝短截线线匹配电路，使M A X 2 6 6 0的输出阻抗ZS=(1 2 6 j*4 5 9 )O h m 与Z L =5 0 O h m 的负载匹配，频率为9 0 0M Hz.微带线板材参数：相对介电常数：2.6 5相对磁导率：1.0导电率：1.0 e 2 0损耗角正切：l e 4基板厚度：1.5 m m导带金属厚度：0.0

4、 1 m m仿真电路图E5(wzh2_pj untititdi,Fit*E&t S*toci Virw Option，look Layout SimuUte Window OynanMlink OKignCud*Hdp点 等Q t)仁 二 通R虱P/Q网 晟 色 探 哈 用 日宜:：、iw Circuit K lclua1H=1.5mmEr=2.65Mur=1Cond=1.0E+20Ku=1.0e+033mmT=0.01 mm1inD=1e-4R o u g h 5 mmDA_SSMatc-hVuntitledlDA二SSMatch11Subst=MSubKF=900 MHzZn=(126+j

5、*459)OhmZload=50 OhmZstub=50 OhmZ)ine=50 OhmZfeeds50 OhmStubType=Open CircuitNetiype=AutomaticDelta=0 mmTermlerm2Num=2Z=50 Ohm0 itemswe-3.000.L2S09XX.35S0 in WRf6 图-。D 曾小Input Reflection Coefficient仿真结果-40-45freq(100.0MHz to 1.100GHz)Forward Transmission,dB-500.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

6、1.1freq.GHzR everse Transm ission,dBC N(7)Output Reflection Coefficientfreq(100.0MHz to 1.100GHz)实验二衰减器的仿真设计一、练习：设 计10dB 口型同阻式(Zl=Z2=5 0。)固定衰减器。Act=IO10R p i=R p i=z。ycc+1仿真电路:T&rm.TenniNum=1Z=50 OhmR.Rs1R=96.25 0hmRpR-7 1 15 OhmR.Rs2R=96.25 OhmTerm.Term2Num=21S-PARAMETERSS_ParamSP1Start=1.0 GHzStop

7、=10.0 GHzStep=O.OO1 GHz仿真结果:m2freq=10.00GHzS(1,1 )=4.454E-6/0.000im pedance=Z0*(1.000+jO.OOO)二、衰减器的测量一一A V 3 6 5 80 A 矢量网络分析仪（一）测失配负载在6 0 0 2 6 0 0 M Hz的驻波比（S1K 回损）S 1 1 对数幅度频率(M Hz)6 0 080 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0驻波比1.3 3 81.3 5 31.3 2 51.2 831.3 1 91.3 5 0（二）测衰减器在6 0 0 M Hz-2 6 0 0 M Hz的插损和回波

8、损耗S 2 1 对数幅度频率(M Hz)6 0 080 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0回损-1 0.0 2-1 0.0 1-1 0.0 1-1 0.0 3-1 0.0 2-1 0.0 3(d B)199643频率(M Hz)1 80 02 0 0 02 2 0 02 4 0 02 6 0 0回损(d B)-1 0.0 25-1 0.0 26-1 0.0 47-9.9 9 7-1 0.0 04S 1 1史密斯圆图频率(M Hz)6 0 080 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0输入阻5 1.7875 2.3 72 5 2.6 85 5 2.71

9、 4 5 1.70 1 5 0.2 2 8抗+-(Q)j*0.3 9 J*0.3 0 J*0.0 0 J*0.0 0 J*0.0 0 J*0.0 07 0 3 85 6 61 2 2 92 2 4 83 4 5 43 8 8 7频率(M H z)1 8 0 02 0 0 02 2 0 02 4 0 02 6 0 0输入阻4 8.7 2 8 4 7.3 7 0 4 6.6 0 3 4 6.5 1 9 4 7.0 8 1抗-+(Q)j*0.0 03 6 8 1J*0.0 02 8 4J*0.0 01 8 1 7J*0.6 36 8 3 8J*0.7 66 8 7 3S11驻 波频 率(MHz)60

10、08001000120014001600驻 波 比1.0361.0481.0591.0711.0761.081频 率(MHz)18002000220024002600驻 波 比1.0821.0831.0831.0761.063S 1 1 对数幅度频率(M H z)6 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0回损(dB)-3 4.9 50-3 2.6 58-3 0.8 04-2 9.2 81-2 8.4 42-2 8.2 43频率(M H z)1 8 0 02 0 0 02 2 0 02 4 0 02 6 0 0回损(dB)-2 8.1 16-2 8.0 18-2

11、 7.9 65-2 8.6 68-3 0.1 93实验三 威尔金森功分器的设计与仿真一、设计指标规定：中心频率:2.45GHz带宽：6 0 M H z频带内输入端口的回波损耗：S l l -2 0 dB,S 2 2 -3.IdB,S 3 l -3.IdB隔离度：S 3 2-25dB,没有达成指标规定，还需进一步优化。（4）功分器版图:（5）版图仿真结果:S 1 150505J.22.3.399999_mp】sen2.42 2.44 2.46 2.48 2.50-9.402.40Frequency（6）优化仿真结果：2.34 2.36 2.38 2.40 2.42 2.44 2.46 2.48

12、2.50 2.52 2.54 2.56freq,G H zm 15 0 G H zd B(以4,1)=-31.487fre q=2m2freq=2.450GHzdB(S(2,1)=-3.077-3.12-1 2.34 2.36 2.38 2.40 2.42 2.44 2.46 2.48 2.50 2.52 2.54 2.56freq,GHz(岂mspfreq,GHzm4freq=2.450GHzdB(S(2,3)=34.1822.34 2.36 2.38 2.40 2.42 2.44 2.46 2.48 2.50 2.52 2.54 2.56freq,GHz五、结果分析：优化之后结果达成指标规

13、定:S I 2 0 d B,S 2 2 -2 0 dBS 2 1 -3.1 dB,S 3 2 4 S U B.MSU01H=1 27 mmSI。8MUF1 Cooa=J 0E*50Hu=i 0e+033 mmT=0mmRocnn-o mm T?TL10s u n s u b vmmL-14 mmMLEFTL14S u b s IF S u”“、丫 二 5 mmE 3 mmX%重14-15.00壬TL11S U E=F S U WWwi mmL=QmmMLEFTL16Subsl=1JISutrw=5m mL=i3 mmIL12SUOM=M5UOVL=5 mmQ工MLEP,1L16S ub M S

14、 u b lM 5 mmL=n mmIM n 2Num2Z=50Onm与PARAMETERS S ParamSPASlart-OOQHzSWp3 0GMZSlftgO 01 GHZ.-50-100-150-2000 0 0 5 i 2.5 3 0freq.G H zr HZZJ,ML IK.*g=*W Sut)1W=1 1 mmL=5 mmforriiw n iNurniZ=50 0ttnHZZMUN+ILSSygwFlSuQTW=vrl mmMUN-1 17L10 Sutot=.$uar.W-vi mmCZIMUN7L11S3l=WSuU1W=wl mm(=MUN7L12SuOst=MSut

15、1W=1 1 mtnooo5o1(Lz)smp15 0CZH工-L=Q mmMI.EF TL13SUOM-MSUMW=5 mmL=I1 mmCZHH-_L=i4mmf心F.m.S g M E S u O T W=5m m.L=t3mm口工-L=t2 mmMLF,n.15SUDSTMSIOVw=5mmL=J3mmdHH_-L=6mmMLEP 1 11L16suostMSiorw=5 mm1=11 mmieiTTl.*E.2 .Num=2Z=6d OfmMSubMSUBMSUD1H*117 mmET=108Mur=1 H5.3SCond=1 0E+50 12=16.36HU=1 06+033 mm

16、*8 67T=om(n U=i8d3BnD叩Rough=O mmS_PaiamSP1Start=O 0 GHzStOp3.0 GHzStep0.01 GHZ版图及仿真结果S11-10C-百：二-2 0J 5 -w-30C-14 一|a i i i|i i i i|i i i i|i i i|i i i iQ0 05 1 0 1.5 20 25 3 0FrequencyS220-100/如0工-300-1-400-0.0 05 10 1 5FrecuencyS12一9P.6EW作业2:设计一平行耦合线带通滤波器，其设计指标为：通带2.4 -2.5 GH z,带内衰减小于2 d B,起伏小于1 d

17、 B,2.3 G H z 以下及2.7 GH z 以上衰减大于4 0d B,端口反射系数小于-2 Od B0板材参数：H：基板厚度(1.5 m m),E r:基板相对介电常数(2.65)M u r:磁导率，C o n d:金属电导率(5 .8 8 E+7)H u：封装高度(L O e+3 3 m m)T:金属层厚度(0.03 5 m m)T a n D:损耗角正切(1 e-4)R o u n gh:表面粗糙度(0 m m)原理图及优化结果S-PARAMETERSM S u bTermlnn1Num=1Z50O hmW=4.105mrrtL=2.5 m m S p 3 0 G H zStep=0

18、.01 GH;回OPOptimOptim lOptirnType=.RandoMxitr200Status,FinalAnaiyss-N oneNorml(zGoalnoSetBestVaiues=yesSaveSolns=yesStvG o，by”SsveOptimfers-=noSaveNorninalncS v*M lltrio n n oUseAJOptVars=yesC L r1S u 6 sh M S u bWW1 mm8=s1 mm LI1 mm.W 1=4.C6 mmW 2 2 mmS=s2m m -L|1 rpm.W 1=w 1 mmW 2=w 3m mS u b iK M

19、S u bW=w 3 tn mS3 mm W 1w 2 mmW 2=w 2 mmGOALGoal.Cctim GcallExpr-,dBl 5(2.1)；Srnlnst3nceN3rn6=SP1 M i n k-Z.M a x=.W e ig h t.RangeV3ri1l=fr&qR an g eW n 1J-2.GHzRangetsxr=2.51Ghz MSWB M Sw bt H=1.5tnmE r 2 5.hkr=1C ohd-5 88E+7,H u=*.0e*033-mmT0.036 m m lanD=1&-4R o g h O m m口o-M C F L.C L iM ,S u b

20、 lM S u bW=w 2 m m ,8*2 nnm-L=I1 mrn.W 1w 3fn fnW 2=w 1 mmGOALGoal.Q tim G nal?Exp吗 *2.1)“S m Ins ta n c&Na me=S P 1M a 4 0.W eight.RsngeVar(11=freaR an g M n(1K L 2G H zR angeM axi=2.3G H z-VAR.VAR1.w1=1.5cw 2 i1 5&“知5c11205os1=Q3.o.2 P 3.。.s3=Q 3oM CFIL.CLinB-Su b st=S u b 1*W w 1 m m-3=5 1.m nLnl

21、1 cnmW 1=w 2rnmW 24,05 mmGOALSubs t=MS ubW=4.05 m m -1=2-.5 mm-form.r n 2 .Num=2Z-M O h mGOALGoal.Optim GoanGoal-Q tim G n a!4Mi r*.Max=-4D W eight.RangeVarf1J=freqR angM irXIJ-aTG H zCangeMajl=2.8 GHzSimlnstsnceFlam=SP 1M in.M a x=R.W ight.RangeVarf IJsfreq*,R.n g.M i 由 2：EGRRangektex 1=2.5l-GHz VA

22、RVAR1.w1=2.41377 ow2=1.7485ow3=2.18634 011=20.3039 os 1=0.589375os2=2.99934 os3=2.98559 o2、版图及仿真结果mp6士mpS 1 1S 2 2oi|i r r i|i i I|i ii I|i i ii it ii i I i i2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8Frequency基本达成设计规定。通带2.4 2.5 G H z,带内衰减小于2 d B,起伏小于1 d B,2.3GHz以下及2.7GHz以上衰减大于4 0 d B,端反射系数小于-2 0 d B o但由于优化并不能达成最优以

23、及版图与原理图存在误差，因此优化结果并不非常抱负。滤波器的测量一AV36 5 8 0 A矢量网络分析仪频2.12 12 12 19 9 9 9 9 92 32 32 32 4?42 42 42 52 52.5率03692581470369258(GHZ)回-0.-0.-0.-1.-4.1 4 1-3.-1.-1.-1.-7.-1 3-1 0-1.-0.-0.损67575 99 01 2 9 5 1 5 6.2 46.7 65 42 8 6 0625 5 5 71 5.3 2.8 12 6261 34 4 6(d b)39 234频-4 8-4 6-4 4-3 5-1 7-5.-5.-1 7-3

24、 3-4 2-4 4-3 8-4 5-5 2-5 9-5 9-5 9响.09.1 2.1 4.67.3 6 8 1 0 2 1 2.00.62.9 2.1 4.1 5.9 7.1 2.01.5 0.3 4(d B)239350199173311相-1 2-1 6 1 75 1 07 2 1.-1 4-65-9 9-1 7 1 4 1 1 1 862.-3 85.9-9.1 0.2 0.移7.11.3.70.042 3 23.7.8 9.5 0 1.4.3 2.76 05 4.9 2 2 9 9 3 1 3 0401 32 3 3 3393 9245 4403频-5 2-5 0-4 9-4 5-

25、42-3 8-4 7-6361-4 6-2 9-8.-4.-9.-3 2-4 8-5 6响.01.4 1.2 3.68.1 2.9 5.9 1.1 3.9 1.01.07 667 2 1 7 05 1.70.71.4 7(d B)43593639328773相-1 0-1 2-1 0-1 5-1 5 1 00-3 48 0.-1 7 1 012 7.-8 7 1 01-8 9 1 62 1 1 89 6.移1.29.59.82.0 3.9.9 7.022 01 2.0.8 7 8 1 7.2 6.3 6.1 5.76.9 7 4 9 63 31 31 3 9 3 2 33373332293支路

26、 1：3 d B 带宽 fl =2.2 3 8 GH z,f 2=2.2 9 5 GH z,W=5 7M H z支路 2：3 d B 带宽 fl=2.4 3 5 GH z,f2=2.4 8 7GH z,W=5 2M H z实验五微带天线设计、仿真、制作与测试作业规定设计、制作一中心频率为2.45GH z的微带天线，天线采用5 OOhm微带线馈电，扫频范围：2.2 G H z-2.7GHZo板材参数：H:基板厚度(L 5 mm),E r:基板相对介电常数(2.65)M u r:磁 导 率(1),Cond:金属电导率(5.88E+7)Hu：封 装 高 度(1.Oe+33 mm),T:金属层厚度(0

27、.035 mm)TanD：损耗角正切(le-4),Roun g h：表面粗糙度(0 mm)微带天线工作原理微带福射单元四周的场分布微带天线在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，运用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。微带天线分2种：贴片形状是一细长带条,则为微带振子天线。贴片是一个面积单元时，则为微带天线。假如把接地板刻出缝隙,而在介质基片的另一面印制出微带线时，缝隙馈电，则构成微带缝隙天线。微带天线的版图尺寸r 120 冠AL=0.412%+0.34 0.258(/)+0.264(犷/)+0.82歹 工120/W 九 f =_ _ _0

28、 2 后(Z.+2AL)cW=一2%(2 丫2否+L计算公式由上给出，计算得；W=45.32mm,L=34.68mm,输入阻抗 Rin=82.12。阻抗变换器特性阻抗为Z70=J82.12 x 50=64.08QWl=2.69mm,ll=20.95mm版图仿真结果 8 I I I I 1 1 111 1 1 11111 1 1 11 12.2 2.3 24 2.5 2.6 2.7F re q u e n c y 200-n|i 1 1 ,I I I I2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7F r e q u e n c y天线实测结果回波损耗:驻波比:输入阻抗:天线在2.45GH z

29、处的接受峰值:实验记录:2.302.342.382.422.462.502.542.58-0.431-0.508-0.621-0.783-1.039-1.449-2.269-3.812底波翼敷40.3334.4431.1024.1517.4811.636.993.72 人用抗1.20-11.591.444JZ181.80+J6.652.39+J11.53.60+J17.426.06+p5.9412.14+J38.4434.69+J58.962.622.662.702.742.782.822.862.90同波横转-6.039-5.623-3.258-2.023-1.543-1.102-0.870

30、-0.739驻波拿敏2.412.694.257.0910.4914.5418.3923.50入用抗118.55+jl8.9046.79-j48.9015.68-j28.696.98-J13.424.3644.633.22+J1.622.60+17.452.17-H12.05实验六射频放大器的设计与仿真一、实验目的1.了解描述射频放大器的重要性能参数及类型2 .掌握放大器偏置电路设计方法3 .了解最小噪声、最大增益放大器的基本设计方法4 .掌握放大器输入、输出网络的基本结构类型5 .掌握用A D S 进行放大器仿真的方法与环节二、基本理论常用的微波晶体管放大器有低噪声放大器、宽带放大器和功率放大

31、器。目的是提高信号的功率和幅度。低噪声放大器的重要作用是放大天线从空中接受到的薄弱信号,减小噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。功率放大器一般在系统的输出级，为天线提供辐射信号。三、低噪声放大器设计的依据与环节1、设计依据：满足规定的技术指标:噪声系数、功率增益、增益平坦度、工作频带、动态范围等；2、设计环节:(1)依据具体规定选定放大器级数；(2)选择所用的晶体管；(3)拟定电路拓朴结构；(4)电路具体结构的初步设计；(5 )CAD软件实现设计；(6 )在优先满足噪声小的前提下，提高电路增益。即根据输入等增益圆、等噪声圆，选取合适的 S，作为输入匹配电路的设计依据；(6)输出匹配电路设计

32、以提高放大器增益为主；(7)满足稳定性条件。四、具体操作过程以运用A T F-3 4 1 4 3 设计2.4 GH z低噪声放大器为例，设计环节如下：环节一：在频率、增益、噪声指标条件下选择器件，得到偏置条件下器件的 S 参数。环节二：满足稳定判据，则进入环节三；不满足判据，在圆图中画出稳定区，必要时画出等增益圆和等噪声圆。环节三：拟定输入输出反射系数i 门及 o u t环节四：设计输入输出匹配网络。1、晶体管直流工作点分析FET Curve TracerDC_FETSIM1VGS_start=-0,6VGS_stop=0.6VGS_points=11VDS_start=OVDS_stop=6

33、.0VDSjDoints=41园 DisplayfemplatedisptemplDC FET Tp七卬 ATF34143 19990129XiMo/e Marker ml to updatevalues beloADC Power Consumption/ersus Biasmlindepfm 1)=3 750 s(IDS.i.VDS)=0 131SIM1 VGS=-0 120000Device PowerConsumption atml bias point.WattsVDS2、晶体管偏置电路设计3、稳定性分析查看稳定曲线C-B0XEWfreq,GHzfreq,GHzLoeLqss通过在源

34、级加小电感克制负反馈修改后6.0LU-eoXEW-6455.mlfreq=2.400GHzMaxGain 1=5.354o_N.80.3 6-0.35 0.3 4-LoELqec n0.3 7-8s2-s-o$38S12INfreq,GHz替换理想扼流电感和隔直电容：增加旁路电容 Stort-2.3 2S tcp-3.0G I-z.SLfep0.Q1 GHZ.Iwl.E.M&c3an,M axSam h U axS an l m ax_gn(S),S ta tF K t.StatF actl.StabF actl tab_fect5，R=5O)O1WR=S-?Z Cir-C=4Q pFC-4

35、0 p FSRC12Z=50OhnMUNIMSutBhiSubrW=0 96 mmL2.5 mmMUNTUSdt=WSubTW=0S8mmLL1 mmMUNIL8Sutet=SubTW=0 98 mmL=L1 mmOodeI CXOOE1v Model=OKX)EM1 Area=Penph=Scale=Region：,femp=TnseMode=nortrwarOode ModelOOOEM1ls=5e-9A BV=10V Vjsw=Rs=60tm itvlOl tA Fcsw=Geak=N*AHo*Sctfing=noN=1O2 itM=TnomTt=Osec N W=Tnse=8 Kf X

36、UC)O=02pF Af=Eg=昨08V F!e=AA Params：M=05 Jsw=ft=RS”lmax=Geeksw eimeit*N$lsr=lkp=Nr cjsw=l=Ms”MTEE ADSfee3Sutet=,NSuM,Wl=167mmW2=098mmW3*098mma-MUNT15SuDSt=*MSubTW=1 67 mmL=L2 mmHJ z k MTEE ADSte aSut=73Sut)rWl=098mmW2=167 mmW3M)98nwnCZR-MUN716SuKAMSuM”W=O98mmL=25 mmV Model=DKEM1J-ArcaC2 penpn=CO35pF

37、scale*Tl-骼,66nLL2ER-Mode=nortinear(LC0SP(寸W)S)BP(scosp(P.SS)BPkzzj-MUNTISSutst=iiSuMW=O98tnmL=186mmL-707nHC51 Z C M 78 pFCC4S i C=62pFL3L-399nHR=71cC3C=50pFVO UlL_ibnnf fem3 Nun=3I Z=50OhmMSUBMSubiHO 5 mmEr4 2Mur=lCond=41E+7Hipi5mmT=0005mm1in0=0 0003RougfrOOOO!mmVSWRVSWRlVSWR1-vswrtS11)m4 m3(Lz)s)sp

38、(LE)S)BPan)9P(*m)w)BPIm 4freq=3.500GHz|dB(S(2j)=-3.124Im 3freq=3.900GHzdB(S(2=-3.317freq,GHzfreq,GHzo200-m 5freq=3.500GHzdB(S(1,4)二-24.381m6-freq=3.900GHzdB(S(1,4)=-16.869(Lz)s)secd(Lcousecd(中7)w)8seuddys8eMdfreq,GHzfreq.GHz端口1的驻波系数很小,表白端口反射很小,这是单平衡混频器的优点之一。混频器的三阶交调分析实验结果：实验总结：一方面感谢老师不知厌烦的教我们实验，有错误的地方细心纠正。通过这几次实验我大约了解了天线的设计方法，理论计算然后原理图仿真,再版图仿真，若不满足规定再设立变量不断优化,最终达成目的。