微波仿真课-作业1 - 副本

微波仿真

实验报告

学院：电子工程学院

专业：电子信息科学与技术班级：

学号：

姓名：

2014年1月16日

微波仿真课（1）

北京邮电大学电子工程学院

FR4基片：介电常数为4.4,厚度为1.6mm，损耗角正切为0.02

第一次课作业

1．了解ADS Schematic的使用和设置

2．在Schematic里，分别仿真理想电容20pF和理想电感5nH，仿真频率为（1Hz-100GHz），观察仿真结果，并分析原因。

3．Linecalc的使用

a)计算中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω微带线的宽度

计算得到，W =3.053360mm

b)计算中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω共面波导（CPW）的横截面尺

寸（中心信号线宽度与接地板之间的距离）

W = 171.985000mm, L = 62.730800mm

4．基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长开路CPW线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分析原因。

分析：Smith圆图上近似在r = 无穷的等电阻圆上转一圈多，反射系数的绝对值从低频到高频从1不断略微减小，说明频率越高，损耗越小。

5．基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长短路CPW线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。

500MHz下，Z in = Z0*(0.003+j*1.001) ≈j*Z0

2GHz下，Z in = Z0*(0.012-j*0.005) ≈0

变化原因：对以1GHz为中心频率的1/4波长CPW而言，对1GHz的1/4波长阻抗倒置，变为开路点m3；2GHz下，频率加倍，波长减半，对相同的波导规格，电长度加倍，相当于1/2波长阻抗还原，原来的短路仍对应短路，对应m1点；而500MHz下，电长度相当于1/8波长，相当于从短路点（-1，0）在Smith圆图中顺时针（向源）旋转了1/4个圆，即为m2点。

6．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。理想传输线：

微带传输线：

理想传输线：

500MHz ，Zin= Z0*(1E-10-1.0j) ≈-Z0 * j

2GHz ，Zin = Z0*(2E10+2E5*j) ≈∞

微带线：

500MHz ，Zin= Z0*(0.025-j0.991) ≈-Z0 * j

2GHz ，Zin = Z0*(31.902-j*1.049) 阻抗较大。

对于两种传输线，对应频率在Smith圆图上的位置基本相同，原因见上题对CPW线的讨论。对以1GHz为中心频率的1/4波长传输线/微带线而言，对1GHz 的1/4波长阻抗倒置，从开路点变为（-1,0）短路点；500MHz下，电长度相当于1/8，相当于从开路点（1，0）在Smith圆图中顺时针（向源）旋转了1/4个圆，即为m1点；

2GHz下，频率加倍，波长减半，对相同的微波线规格，电长度加倍，相当于1/2波长阻抗还原，原来的开路仍对应开路，对应m2点。相对而言，理想传输线反射系数模值为1，没有衰减，而微带线随频率增加衰减变大。

尤其当频率较大时，电长度相应更大，相应的衰减就更大了。见下图当扩展仿真频率（500MHz-50GHz）时的衰减情况。而理想传输线由于没有衰减，所以反射系数绝对值保持为1。

扩展仿真频率：500M~50GHz

7．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。

微带传输线：

理想传输线：

500MHz ，Z in = Z0*(5.55E(-17)+j*1.0) ≈Z0 * j 2GHz ，Z in = Z0*(8,284E-18+j*1E(-5)) ≈0 微带线：

500MHz ，Z in = Z0*(0.012+j*1.004) ≈Z0 * j

2GHz ，Z in = Z0*(0.032+j*0.002) 阻抗较小。

变化原因：对以1GHz为中心频率的1/4波长传输线/微带线而言，对1GHz的1/4波长阻抗倒置，从短路点变为（1,0）的开路点；500MHz下，电长度相当于1/8，相当于从短路点（-1，0）在Smith圆图中顺时针（向源）旋转了1/4个圆，即为m1点；

2GHz下，频率加倍，波长减半，对相同的微波线规格，电长度加倍，相当于1/2波长阻抗还原，原来的短路仍对应短路，对应m2点。相对而言，理想传输线反射系数模值为1，没有衰减，而微带线随频率增加衰减变大。

尤其当频率较大时，电长度相应更大，相应的衰减就更大了。见下图当扩展仿真频率（500MHz-50GHz）时的衰减情况。而理想传输线由于没有衰减，所以反射系数绝对值保持为1。

扩展仿真频率：

8．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω二分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。

微带传输线：

理想传输线：

500MHz Z in= Z0*(5E(-11)+j*6.123E-17) ≈Z0 2GHz Z in = Z0*(2E10+j*2E(5)) ≈∞

微带线：

500MHz Z in= Z0*(0.018+j*0.007) ≈0

2GHz Z in = Z0*(15.562-j*0.525)

变化原因：对以1GHz为中心频率的1/2波长传输线/微带线而言，对1GHz的1/2波长阻抗还原，从开路点仍变换为开路点（M5点）；500MHz下，电长度相当于1/4，相当阻抗倒置，于从开路点（1，0）在Smith圆图中顺时针（向源）旋转了1/2个圆，即为m1点的短路点；2GHz下，频率加倍，波长减半，对相同的微波线规格，电长度加倍，相当于进行两次1/2波长阻抗还原，仍为阻抗还原，原来的开路仍对应开路，对应m2点。理想传输线反射系数模值为1，没有衰减，而微带线随频率增加衰减变大。

尤其当频率较大时，电长度相应更大，相应的衰减就更大了。见下图当扩展仿真频率（500MHz-50GHz）时的衰减情况。而理想传输线由于没有衰减，所以反射系数绝对值保持为1。微带线Zin(50GHz) = Z0*(1.434-j*0.063)接近开路点的缩小版，即纯阻抗。

扩展仿真频率：

9．分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω二分之一波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻

抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。理想传输线

微带传输线：

理想传输线：

500MHz Z in = Z0*(-1.00 + j*1.633E16) ≈∞

2GHz Z in = Z0*(8.284E(-18) + j*1.000E(-5)) ≈0 微带线：

500MHz Z in = Z0*(47.789 - j*16.756) 阻抗较大

2GHz Z in = Z0*(0.065 + j*0.003) 阻抗较小

变化原因：对以1GHz为中心频率的1/2波长传输线/微带线而言，对1GHz的1/2波长阻抗还原，从短路点仍变换为短路点（M5点）；500MHz下，电长度相当于1/4，相当阻抗倒置，于从短路点（-1，0）在Smith圆图中顺时针（向源）旋转了1/2个圆，即为m1点的开路点；2GHz下，频率加倍，波长减半，对相同的微波线规格，电长度加倍，相当于进行两次1/2波长阻抗还原，仍为阻抗还原，原来的短路仍对应短路，对应m2点。理想传输线反射系数模值为1，没有衰减，而微带线随频率增加衰减变大。

尤其当频率较大时，电长度相应更大，相应的衰减就更大了。见下图当扩展仿真频率（500MHz-50GHz）时的衰减情况。而理想传输线由于没有衰减，所以反射系数绝对值保持为1。微带线Zin(50GHz) = Z0*(1.508 + j*0.096)传输系数特别小。

扩展仿真频率：

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