北京邮电大学信息与通信工程学院微波实验报告班级：20112111xx姓名：xxx学号：20112103xx指导老师：徐林娟2014年6月目录实验二分支线匹配器 (1)实验目的 (1)实验原理 (1)实验内容 (1)实验步骤 (1)单支节 (2)双支节 (7)实验三四分之一波长阻抗变换器 (12)实验目的 (12)实验原理 (12)实验内容 (13)实验步骤 (13)纯电阻负载 (14)复数负载 (19)实验四功分器 (23)实验目的 (23)实验原理 (23)实验内容 (24)实验步骤 (24)公分比为1.5 (25)公分比为1（等功分器） (29)心得体会 (32)201121111x 班-xx 号-xx ——电磁场与微波技术实验报告实验二 分支线匹配器实验目的1．熟悉支节匹配器的匹配原理2．了解微带线的工作原理和实际应用 3．掌握Smith 图解法设计微带线匹配网络实验原理支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。

单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d 和由并联开路或短路短截线提供的电纳。

匹配的基本思想是选择d ，使其在距离负载d 处向主线看去的导纳Y 是Y0+jB 形式。

然后，此短截线的电纳选择为-jB ，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。

双支节匹配器，通过增加一个支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。

微带线是有介质εr (εr >1)和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质εr ，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为 εe ，介于1和εr 之间，依赖于基片厚度H 和导体宽度W 。

而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为εe 、基片厚度H 和导体宽度W 有关。

实验内容已知：输入阻抗Z 75in ，负载阻抗Z (6435)l j ，特性阻抗0Z 75 ，介质基片 2.55r ，1H mm 。

假定负载在2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离114d，两分支线之间的距离为218d 。

画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz 至2.2GHz 的变化。

实验步骤1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。

2．将归一化阻抗和负载阻抗所在位置分别标在Smith 圆上。

3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE 计算微带线物理长度和宽度。

此处应该注意电长度和实际长度的联系。

4．画出原理图，在用微带线画出基本的原理图时，注意还要把衬底添加到图中，将各部分的参数填入。

注意微带分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。

5．负载阻抗选择电阻和电感串联的形式，连接各端口，完成原理图，并且将项目的频率改为1.8—2.2GHz 。

6．添加矩形图，添加测量，点击分析，测量输入端的反射系数幅值。

7．同理设计双枝节匹配网络，重复上面的步骤。

2011211xx班-1x号-xx——电磁场与微波技术实验报告单支节工程文件截图：图 1 单支节匹配工程1．写入Output Equations。

图 2 Output Equationsz归一化负载阻抗R 阻抗处等反射系数圆lz归一化输入阻抗R1 单位圆inTL 负载处反射系数R p g=1等电导圆T输入端反射系数in表 1 符号说明2绘制步骤：将归一化输入导纳和负载导纳所在位置标在导纳圆图上从负载阻抗处沿等反射系数圆向源旋转，交匹配圆1g 一点，由此确定单支节传输线阻抗为j0.5308 ，取此经历的电长度为分支线与负载的距离d ，经历的角度为93.3105.4198.7 ，TXLINE 采用角度99.35。

在导纳圆图上标出该点位置，从开路点出发向源方向旋转到标识位置，此经历的电长度为分支线的长度l ，经历角度36055.98304.023． 设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE 计算微带线物理长度和宽度。

图 5负载到单支节图 6单支节长度4．画出原理图。

注意微带分支线处的不均匀性所引起的影响，选择适当的模型。

调谐后的电路图为：图7单支节匹配器原始电路图调谐后的电路图为：图8单支节匹配器调谐后电路图说明：输入端口处也需要接一个微带线，其宽度W要和输出端口的阻抗75Ω匹配，长度L不作要求。

负载到支节的微带线TL2：L=28.877mm, W=1.4373mm单支节的微带线MLEF(TL3): L=44.183mm, W=1.4373mm输入端口处的微带线TL1：L=26.159mm, W=1.4373mm5．添加矩形图，添加测量，测量输入端的反射系数幅值。

图9 反射系数仿真图说明：调谐前，最低点略偏离2GHz，可能是由于圆图读数误差；调谐后可以明显发现，反射系数幅值在2GHz最低，且更加接近0，仅0.007388，调谐前是0.02241.微带电路是分布参数电路，其尺寸和工作波长可比拟，因此要考虑其不均匀性，否则引起较大误差，因此需要调谐，并加入T型接头MTEE等。

如下是去掉T型MTEE接头后的电路效果对比结果：图10 去掉T型接头MTEE后的电路图11 去掉MTEE后的反射系数最低点不在2GHz 双支节工程文件截图：图12双支节匹配工程1．写入Output Equations。

图 13 Output Equationsl z归一化负载阻抗 R r 第一支节处等反射系数圆 in z归一化输入阻抗 R j 单位圆 TL 负载处反射系数R_g1 g=1等电导圆 R r阻抗处等反射系数圆 R_fz辅助圆 表 2 参数说明3图 14 双支节圆图图 15 幅度和角度显示绘图步骤：根据两枝节间隔长度为1/8波长，绘出辅助圆位置在图中标出负载处位置，沿等反射系数圆向源方向旋转180度，该点为'1y 点从'1y 点沿等电导圆旋转，交辅助圆于1y 点，通过1y 点导纳值减去'1y 点导纳值得到第一个支节的导纳值。

在图中标出该导纳值点，从开路点向源方向旋转到标出的阻抗值点，经过的电长度为第一支节的长度。

从1y 点沿等反射系数圆向源方向旋转，交匹配圆于'2y 点，'21y 的阻抗值为第二支节的导纳值，在图中标出该导纳点，从开路点向源方向旋转到该点，经过的电长度为第二支节的长度图 16第一支节图17第二支节表 3 两个支节的参数4．画出原理图。

图18调谐后的原理图元件名称MLIN/TL1 MLIN/TL2 MLIN/TL4 MSTEP$作用解释匹配源第二支节第一支节宽度阶梯变换器表4双支节原理图参数说明图 19调谐后矩形图说明：调谐后最低点回到2GHz实验三 四分之一波长阻抗变换器实验目的1． 掌握单节和多节四分之一波长阻抗变换器的工作原理。

2. 了解单节和多节变阻器工作带宽与反射系数的关系。

3. 掌握单节和多节四分之一波长阻抗变阻器的设计和仿真。

实验原理变阻器是一种阻抗变换元件，它可以接于不同数值的电源内阻和负载电阻之间，将两者起一相互变换作用获得匹配，以保证最大功率的功率：此外，在微带电路中，将两不同特性阻抗的微带线连接在一起时为了避免线间反射，也应在两者之间加变阻器。

单节4变阻器是一种简单而有用的电路，其缺点是频带太窄。

为了获得较宽的频带，常采用多节阻抗变换器。

如下图所示，多节变阻器的每节电长度均为 ；012Z Z n Z Z ，，，……，为各节的特性阻抗，1n Z 为负载阻抗，并假设1n n Z Z ,……21Z Z ，10Z Z 。

其中1i i i z z ，111i i i 。

在上图中，变阻器的阻抗由0Z 变到1n Z ，对0Z 归一化，即由00Z 变到1n Z R ，R 即为阻抗变换比。

其中ρ1，ρ2……ρn+1为相邻两传输线段连接处的驻波比。

根据微波技术的基本原理，其值等于大的特性阻抗对小的特性阻抗之比。

1 ，2 ，……1n 则为连接处的反射系数，为了使设计简单，往往取多节变阻器具有对称结构，即使变阻器前后对称位置跳变点的反射系数相等，11=n ，2=n ……。

定义下列公式为变阻器的相对带宽和中心波长：2/)(2/)(12210f f D f f f其中1f 和2f 分别为频带边界的传输线波长，0f 为传输线中心波长，D 为相对带宽。

实验内容① 已知：负载阻抗为纯电阻150L R ，中心频率03f GHz ，主传输线特性阻抗050Z ，介质基片 4.6r ，厚度1H mm ，最大反射系数模m 应不超过0.1，设计 1 、2 、3 节二项式变阻器，在给定的反射系数条件下比较它们的工作带宽，要求用微带线形式实现。

② 已知负载阻抗为复数：8545L Z j ，中心频率03f GHz ，主传输线特性阻抗050Z ，在电压驻波波腹或波节点处利用单节四分之一波长阻抗变换器，设计微带变阻器。

微带线介质同上。

实验步骤工程文件截图：图 20 纯电阻负载阻抗变换器工程纯电阻负载工程文件截图：1) 纯电阻1节：186.6Z ，L 13.83mm ，W 0.62807mm ，相对带宽W 0.2564q图 21单支节参数图 22 单支节电路图 元件名称 MLIN/TL1 MLIN/TL2 MLIN/TL4 MSTEP$作用解释 匹配源 匹配单支节 匹配负载 宽度阶梯变换器表 5 元件符号作用说明2) 双支节：165.8Z ，1L 13.547mm ，1W 1.1525mm ，2113.98Z ，2L 14.103mm ，2W 0.28686mm ，相对带宽W 0.590q 。

图 23双支节原理图 元件名称 MLIN/TL1 MLIN/TL2 MLIN/TL5 MLIN/TL6 MSTEP$作用解释 匹配源 第二支节 第一支节 匹配负载150欧 宽度阶梯变换器表 6 双支节参数说明3) 三支节：157.36Z ，1L 13.4mm ，1W 1.4946mm ，286.11Z ，2L 14.103mm ，2W 0.6279mm ，3130.68Z ，3L 14.216mm ，3W 0.17806mm 相对带宽W 0.7953q 。

图 24三支节原理图 元件名称 MLIN/TL1 MLIN/TL2 MLIN/TL6 MLIN/TL5 MLIN/TL9 MSTEP$作用解释 匹配源 第三支节 第二支节 第一支节 匹配负载150欧 宽度阶梯变换器表 7三支节参数说明图 25多项式阻抗变换器带宽调谐图结论：将纯电阻负载三种二项式变阻器的反射系数曲线绘制在一个图中，可清晰观察到随着节数增加，通带变宽、变平坦。