18GHZ微帶漸變阻抗變換器設(shè)計報告

1、1.8GHZ 微帶漸變阻抗變換器設(shè)計報告一、設(shè)計任務(wù)1.1名稱：設(shè)計一個工作頻率為1.8GHZ輸入阻抗為50Q,輸出阻 抗為30 Q的阻抗變換器。1.2主要技術(shù)指標：S11低于-20dB,S21接近0.7dB,re(Z0)接近50Q ,VWAF接近 1。二、設(shè)計過程1.原理：1 1 阻抗匹配的概念阻抗匹配元件在微波系統(tǒng)中用的很多， 匹配的實質(zhì)是設(shè)法在終端負載 附近產(chǎn)生一新的反射波， 使它恰好和負載引起的反射波等幅反相， 彼 此抵消，從而達到匹配傳輸?shù)哪康?。一旦匹配完善，傳輸線即處于行 波工作狀態(tài)。在微波電路中，常用的匹配方法有：( 1 )電抗補償法： 在傳輸線中的某些位置上加入不消耗的匹配元件

2、， 如純電抗的膜片、銷釘、螺釘調(diào)配器、短路調(diào)配器等，使這些電抗負 載產(chǎn)生的反射與負載產(chǎn)生的反射相互抵消， 從而實現(xiàn)匹配傳輸， 這些 電抗負載可以是容性， 也可以是感性，其主要有點是匹配裝置不耗能， 傳輸效率高。(2)阻抗變換法：采用入/4阻抗變換器或漸變阻抗變換器使不匹配 的負載或兩段特性阻抗不同的傳輸線實現(xiàn)匹配連接。( 3)發(fā)射吸收法：利用鐵氧體元件的單體傳輸特性(如隔離器等)將不匹配負載產(chǎn)生的反射波吸收掉。傳輸線的核心問題之一是功率傳輸。 對一個由信號源、傳輸線和負載 構(gòu)成的系統(tǒng)，希望信號源在輸出最大功率的同時負載能全部吸收，以實現(xiàn)高效穩(wěn)定的傳輸。這就要求信號源阻與傳輸線阻抗實現(xiàn)共軛匹 配

3、，同時要求負載與傳輸線實現(xiàn)無反射匹配。12阻抗匹配的方法阻抗匹配的方法是在負載與傳輸線之間接入匹配器，使其輸入阻抗作 為等效負載與傳輸線的特性阻抗相等。匹器圖3-1阻抗匹配匹配器是一個兩端口的微波元件， 要求可調(diào)以適應(yīng)不同負載，其本身 不能有功率損耗，應(yīng)由電抗元件構(gòu)成。匹配阻抗的原理是產(chǎn)生一種新 的反射波來抵消實負載的反射波（二者等幅反相），即“補償原理”。常用的匹配器有有入/4阻抗變換換器和支節(jié)匹配器。本論文主要采 用入/4阻抗變換器。1.3 .入/4阻抗變換器入/ 4阻抗變換器是特征阻抗通常與主傳輸線不同、長度為入 / 4的 傳輸線段，它可以用于負載阻抗或信號源阻與傳輸線的匹配， 以保證

4、最大功率的傳輸；此外，在微帶電路中，將兩段不同特性阻抗的微帶 線連接在一起是為了避免線間反射，也應(yīng)在兩者之間加四分之一波長 變阻器。當負載阻抗與其傳輸線的波阻抗不相等，或兩段波阻抗不同的傳輸線 相連接時，在其間接入阻抗變換器可以消除或減少傳輸線上的反射波 以獲得匹配。對某些傳輸線如金屬波導，因其封閉性和制品的標準性， 阻抗變換器要做成準用元件；而對于微帶線則可根據(jù)負載情況設(shè)計微 帶阻抗變換階段，并與微帶電路一同光刻腐蝕（或真空鍍膜的方法） 一次形成。阻抗變換器的最基本形式是利用四分之一波長線的阻抗變 換特性。在兩個特性阻抗不同的傳輸線之間插入一段或多段不同特性阻抗的 傳輸線，佘當選取其長度、特

5、性阻抗的值和節(jié)（段）數(shù)，就可以在一 定帶寬駐波比低于某個給定的值。這種變換裝置成為階梯式阻抗變換入/4阻抗變換器由一段特性阻抗為 Z01的入/4傳輸線構(gòu)成。如圖3-2-1所示圖3-2-1入/4阻抗變換器原理性示意圖假設(shè)負戰(zhàn)為述電阻.即僉司“則冇；El + yZoitaiX/? /4)Zoi + jPl taii(Z? z 4)RlC3-1)為了使尸矗實現(xiàn)匹配，則必須使由F無耗線的特性IE抗為實數(shù)故X/4阻抗變換器只陡匹配純電魁負載。 著當ZRl+JXl為復數(shù)時，根辦存駐波的電壓波腹和波節(jié)點處的輸入Rt抗為純陽一 P Zu RnrKZj可將W4陰抗變換器接任靠述終筑的電壓波腹或波胃點處來實現(xiàn)陰抗

6、卩LllL = C -4/i；,i.（工波恢點按人，咖k J汶DM1C：Zjj= JZq 述 o =Zcp若人/4線住電壓波廿點接入，則X/4線的特性阻抗為單節(jié)A/4 M抗乩S!器的I建缺點是麹帶窄.當工作披長為M時，“ 24*對單一工件頻率竊當矗巳云R町冥現(xiàn)配./即亦派 當工作規(guī)半D偏離珀吋，匸AV4H24, 牛 汕H環(huán)心心而是:廠 _ Zin - Z oZh+Zq2j?+ /ZoitanZZoi +“/? + /Zoitin /?Zoi-:Zoi + jJ?tiUi filZo(3-2)r-r- 収+ N)+八云Wtim國在中心頻宰附近;(3-3)(3-4)萬0 =0.相片J 1=0,此時

7、限抗變換器不存在，|晟大.(3-5)R-Zmax=|R +羽由（3-4 ）、（ 3-5）可畫出| r |隨B （或f）變化的曲線；曲線作周期 為n的變化。設(shè)允許I r | | r |m,則其工作帶寬對應(yīng)于限定的圍頻率。由于B偏離n /2時| r |曲線急劇下降，故工作帶寬很窄file圖3-2-2單節(jié)入/4阻抗變換器的帶寬特性當| r 1 = 1 r |皿時，則通帶邊緣I .的日值為務(wù)二0z=n-0.且由式(3-3)有弘=Z2), Z0為漸變級小 心位nm抗.則斫如乜。(1) 50Q微帶線50Q微帶線模型C 5415M1 LW? 51 62561- 49-744FiqP3H417B50Q微帶線的

8、特性阻抗實部由圖可以看出在1.8GHz時，微帶線阻抗的實部約為50.4333 Q,接近50Q，此時微帶線的寬度約為3.15mm(2) 30 Q微帶線30Q微帶線模型37 5i isMi陽 ?T 初IHM S護wGuTilrtriJ-JU-nn Al-MtIUhih Wl -1 iZaci|j朮AJCeiv Wl -咽啤訕 unjp!i -細9C1|)&rup1i Stwg嗎珂1；1 Eupl! Swwp rtffWVhwm M-nBCZaU S5.00 7 50 1Caribe knltiL2-4&mn L3-Efmf 5|1.11u*j|*aKWZT*H尹5|i HiLJ-4 -M44444

9、4n -EMMD 5加T弓L：-45&Hfrin -也STS Mlf?! 5wtp l:T SMwl Swr?電Mi tMJIDDO I11m1 717SFwqfGHXY Hlot &嚴 iga/|優(yōu)化圖三、設(shè)計結(jié)果仿真結(jié)果：1.1結(jié)構(gòu)截圖1.2參數(shù)列表TalaeUnitZr61a&.ied V. BTypilescriptitnBe3dMilTMi idmVO5050廠廠K1.6L. ftwtIviitn廠r*13.175rfen3. 175mIqjl ln廠廠Li5nn5mmlezi gjt廠廠V26STnn6 _7mm廠廠U7.EZ222Zmnlei; r廠廠L3mSniTs廠廠WO基板寬度 W1:50 Q微帶線寬度L1 :微帶線長度W2:30Q微帶線寬度L2:阻抗變換器長度H:基板高度2.指標圖-iii -M50 -57 60 moo1 TO1 73drftSii.lfi 5?初14 駟丼i u卅r痢勒他佃HT riS11 （回波損耗）圖S21(插入損耗）圖VSWR（駐波比）圖Re（ZO）（輸入阻抗）圖3.測試結(jié)果：S11 （回波損耗）在 1.8GHZ 時為-66.0399dB-20dBS21（插入損耗）在1.8GHZ時為-0.6493dB接近-0.7dBVWSR駐波比）在1.8GHZ時為1.0010約等于1Re（ Z0）（輸入阻抗） 在1.8GHZ時為49.755