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=2.2GHz,在通带内最大波纹=0.2dB,小于-16dB;在阻带频率=4GHz处,阻带衰减不小于30dB。输入、输出端特性阻抗。
用同轴线实现,其外导体直径为;高阻抗特性阻抗;低阻抗线内、外导体间相对介电常数,低阻抗线特性阻抗。
确定滤波器的结构尺寸,测量滤波器的参数、,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:
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,<-16dB,>-0.2dB;f>4GHz时,<-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:,,H=800um,T=10um,阻抗,计算得W,;
再计算高阻抗线的长度:
②低阻抗线
先计算低阻抗线的宽度。已知条件:,,H=800um,T=10um,阻抗,计算得W,;
再计算低阻抗线的长度:
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。
将结果填入表2。
得到各个参数后,即可得到微带线结构滤波器原理图:
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。
四、实验数据记录
表1——原型滤波器参数
表2——微带线结构
原型滤波器仿真结果:
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:
图4——微带线结构滤波器仿真结果(优化后)
五、结果分析
首先对原型滤波器仿真结果完全符合预期要求。
而在自行绘制的原理图中,即图4中,我们可以清楚地看到,其实际指标与所要求的指标均有较大差距,滤波器在高频段不能很好的达到设计要求,虽然这个结果在允许范围内,但还是希望能分析出真正原因。
六、实验总结
在本次微波技术虚拟实验的过程中,自己首次接触了微波领域一个专业软件——Microwave Office。在系列实验中,通过视频教程和实验报告手册的双重学习基本学会了利用Microwave Office软件进行一些简单的电路设计并对其进行分析,对其中的常用的功能都有了一定的掌握和了解。
实验中使用的“传输线理论CAI软件”虽然功能较为单一,但是使用起来很方便,能有效的解决实验中出现的数值计算问题。
实验中用到的“传输线理论CAI软件”主要用于计算单支节匹配和双支节匹配下支节的位置和长度;也可以直观的观察入射波与反射波的波形变化。虽然功能较为单一,但使用起来简单方便,能够有效地解决实验过程中遇到的数值计算问题。
在整个实验的学习过程中,进行了整流器非线性分析、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的设计分析。是自己对于微波课程上设计的一系列的概念有了深入的了解。
希望以后增加实验课时,多讲述一些实例,多与实际相结合,以帮助学生更好的使用这款软件。
微波技术虚拟实验报告
班级:0210**
姓名:张**
学号:021012**
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=2.2GHz,在通带内最大波纹=0.2dB,小于-16dB;在阻带频率=4GHz处,阻带衰减不小于30dB。输入、输出端特性阻抗。
用同轴线实现,其外导体直径为;高阻抗特性阻抗;低阻抗线内、外导体间相对介电常数,低阻抗线特性阻抗。
确定滤波器的结构尺寸,测量滤波器的参数、,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:
图1——原型滤波器电路图(未优化)
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,<-16dB,>-0.2dB;f>4GHz时,<-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:,,H=800um,T=10um,阻抗,计算得W,;
再计算高阻抗线的长度:
②低阻抗线
先计算低阻抗线的宽度。已知条件:,,H=800um,T=10um,阻抗,计算得W,;
再计算低阻抗线的长度:
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。
将结果填入表2。
得到各个参数后,即可得到微带线结构滤波器原理图:
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。
四、实验数据记录
表1——原型滤波器参数
表2——微带线结构
原型滤波器仿真结果:
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:
图4——微带线结构滤波器仿真结果(优化后)
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,<-16dB,=-0.11dB>-0.2dB;f>4GHz时,=-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中,即图4z中,我们可以清楚地看到,其实际指标与所要求的指标均有较大差距,当f<2.2GHz时,>-16dB,=-0.5188dB<-0.2dB;当f>4GHz时,=-28.48dB>-30dB,也就是说,在自行绘制的实验原理图中,仿真优化的结果并不理想,虽然软件已经显示不能进行优化了,即达到最优了,但实际情况并非如此,而是进行优化的方式可能需要一定的变化,但自己还没有想到合适的方法。老师虽然说过上述结果已可以接受,但还是希望有一个更详细的解释。
六、实验总结
在本次微波技术虚拟实验的过程中,自己对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。
实验中用到的“传输线理论CAI软件”主要用于计算单支节匹配和双支节匹配下支节的位置和长度;也可以直观的观察入射波与反射波的波形变化。虽然功能较为单一,但使用起来简单方便,能够有效地解决实验过程中遇到的数值计算问题。
自己在进行试验的过程中,由刚开始的不熟悉,通过实验报告手册上详细的讲解,逐渐对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。并且,对其中较为常用的功能都有了一定的了解和掌握。而对传输线理论CAI软件,自己通过实验7的学习,对其单支节和双支节匹配的计算有了较为深入的了解,而对实验过程中未涉及到的圆图匹配较为陌生。
在该实验课程的学习过程中,首先通过视频讲解从总体上了解了该课程中用到的两个软件,并对Microwave Office软件的实用性有了大概的了解。而在接下来的课程中,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。
当然自己在实验过程中也发现了自己对一些知识点的不了解,也因此导致实验过程中犯了一些不该有的错误,比如实验5——功率分配器的实验过程中,由于没有意识到端口标号会影响到最终的图形,导致分析出的图形没有出现预期中的结果。再仔细检查后才发现这个问题,因而浪费了不少时间。
另外就是希望在课程的时间安排上能够稍稍做一些改进,尽量不要拖到学期末才进行课程的学习,这样的话,可能难以达到让学生真正掌握软件的目的。还有一点就是实验进行的时间较短,课时可能对学生来说较少,希望以后能增加一部分课时以满足同学们的学习热情。
微波技术虚拟实验报告
班级:020991
姓名:李宁
学号:02099014
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