AWR射频微波电路设计与仿真教程课程实验报告实验名称DBR带通滤波器、功率分配器与耦合器设计i、功率分配器设计一、实验目的设计一个2路等分功率分配器，采用微带电路结构。

输入端特性阻抗Z＝50Ω，工作频率f0＝3GHz，要求S11、S23＜-30dB:基板参数εr＝9.8，H＝1000um，T＝18um。

基本内容:测量特性指标S11、S21、S23(单位dB)与频率(0.5f0～1.5f0)的关系曲线。

调节微带线的尺寸，使功分器的性能达到最佳。

进阶内容:进行版图设计，包括元件封装、布线调节，尤其是 MTRACE2元件的布线扩展内容:利用自动电路提取(ACE)技术，提取电磁模型，进一步缩小版图尺寸。

二、实验仪器硬件：PC；软件：AWR Design Environment 10三、实验步骤⑴初始参数计算根据设计要求，在应用软件进行仿真设计之前，首先需要确定功率分配器的结构，进行电路初值计算。

一个2路等分功率分配器的结构如图4-6所示。

图中，Z0＝5092，Za、2o的长度均为o4。

其他参数计算:Zo＝Z，Zo＝Zos＝V2Zo，Za＝Zas＝Z，R＝2Z0将计算结果填入表4-1。

⑵电路图仿真与分析1、创建新工程（命名为Ex4.emp）2、设置单位（GHz、Ohm、um）3、设置工程频率（单位GHz，start为1.5，stop为4.5，step为0.01）4、创建原理图5、版图细调检查MTRACE2元件，对该元件进行布线操作，微调之后得到结果如下：6、版图对比分析得到MTRACE2 X1元件参数值为：DB { 2800,1807.134,2412 }umRB { 270,180,270 }W 406L 10004.739BType 2M 0.6对比图表如下：将布线向左侧版图靠拢，会得到不一样的仿真结果。

⑷电磁提取分析一、A CE分析1、添加提取器（STACKUP元件、EXTRACT模块）2、选择提取原件3、提取4、提取出的电磁结构如下图：进行电磁电路联合仿真，得到如下图所示：5、版图小型化调整结果如下：2D结构：6、提取三维电磁电路模型如下：6、进一步压缩版图尺寸得到的模型和分析结果如下：二、A XIEM分析AXIEM分析过程与ACE相似，只是将Simulator项改成AXIEM，不再赘述。

最终得到的结果示例如下图：-四、实验结果分析大多数结果符合预期。

ACE分析的结果的图表两个曲线相差略大，经过分析可能是我做的MTRACE2 X1布局尺寸较小造成的。

在改变耦合距离并记录s11参数时，并未观察到耦合效应，在重做了一遍之后看到了应有的耦合效应。

ii、DBR带通滤波器设计一、实验目的设计一个具有插入损耗小、带宽窄、带外陡峭性高、易于加工等特点的基于DBR结构er 的滤波器，设计一个微波带通滤波器，采用微带线、3阶DBR结构。

指标要求:通带中心频率1GHz，相对带宽5％，S21＞-0.1dB:阻带频率分别为875MHz、1125MHz，S21＜-40dB，且在低端0.7GHz、0.77GHz、0.85GHz处，高端1.15、1，23、1.3GHz处，均具有传输零点。

基板:介电系数96，厚度1mn双面覆铜，金属厚度08mSs扩展内容:应用 Protel软件，完善硬件版图设计。

二、实验仪器硬件：PC；软件：AWR Design Environment 10三、实验步骤⑴初始参数计算计算条件均为：εr=9.6，H=1mm，T=0.018mm，f0=1GHz将计算结果填入各表中，结果保留一位小数。

表8-1 1阶DBR单元参数表8-2 2阶DBR单元参数⑵原理图仿真创建新工程，命名为 DBR filter. emp。

新建一个电路原理图，命名为DBR。

设置单位:MHz、m:设置工程频率:500～1500MHz；阶长:1MHz。

绘制原理图，添加图表，添加测量项S1、S21。

分析电路，记录初始仿真结果。

调节:手动调节不同DBR单元的元件参数值，观察电路性能变化情况，总结调节特性手动调节x型结构、J变换器的元件参数值，观察电路性能变化情况，总结调节特性。

通过总结调节经验，确定各个DBR单元所对应的传输零点，明确DBR滤波器的设计原理。

优化:参照DBR滤波器的性能指标，设定优化目标;参考调节经验，自行选择相关敏感元件，设定优化参数及其上、下限范围选择适当优化算法，执行优化。

记录优化后的元件参数值及结果图。

考虑电路元件较多，可分组、多次优化，选择最优结果记录参考电路图(L、W值略)及优化结果。

参考电路图如下：优化结果如下：优化结果为：在电路图中加入STACKUP模块和EXTRACT模块，进行ACE提取。

将ACE标签页的最大耦合距离初设为20mm。

不断地改变耦合距离，也得到不同的有ACE提取的结果。

将EXTRACT模块的Simulator项改为AXIEM，进行AXIEM电磁提取分析。

记录提取结果。

二维版图及电磁结构如下图：三维结构如下：四、实验结果分析ACE分析的时候LPF name没有用MIC metric.lpf定义导致出不来结果。

在提取电磁结构之前需要进行模型位置粗调。

电磁分析没有问题，改变耦合距离的时候，分析结果也在随之发生变化。

结果基本符合预期。

iii、耦合器设计一、实验目的基本内容:设计一个具有特定功率分配比的定向耦合器，采用分支线型结构。

指标要求:工作频率为1GHz，输出功率分配比为1.5，输出端隔离度大于30dB，端口特性阻抗均为50Ω。

基板参数:介电系数4.4，基板厚度1mm，覆铜厚度0.035mm。

要求:确定元件参数，调节电路性能，自行调整、压缩版图结构，进行小型化设计:进行ACE分析、AXIEM分析，验证电路性能。

进阶内容:在满足基本内容指标的同时，设计一个具有特定频率抑制点的定向耦合器，采用多个T型结构。

指标要求:频率抑制点在3GHz和4.5GHz，抑制度大于16dB，其他设计指标不变。

要求:确定元件参数，调节电路性能，自行调整、压缩版图结构，进行小型化设计;进行ACE分析、 AXIEN分析，验证电路性能。

扩展内容:硬件版图设计。

将AWR软件设计完成的dxf版图导入 Protel软件，设计符合硬件加工要求的硬件版图。

记录最终版图设计结果。

扩展内容:应用 Protel软件，完善硬件版图设计。

二、实验仪器硬件：PC；软件：AWR Design Environment 10三、实验步骤⑴物理参数计算特定功率比输出、分支线型定向耦合器的结构模型如图所示。

图中，4个端口的连Z0均为52Ω，四分之一波长，其中功率分配比K＝1.5，即要求S2n(dB)-Sn(dB)＝20lgK ＝20xlg1.5＝32dB。

计算各元件的电参数(阻值、电长度)，填入表5-1:再利用 Txline工具计算元件的物理参数(宽F、长)，计算条件为:G＝4.4，H＝1mm，T＝0.035m，6＝1GHz。

将计算⑵电路原理图仿真1、创建新工程（命名为Ex5.emp）2、设置单位（MHz、mm）3、绘制原理图并创建输出等式（s21、s31、K=s21/s31）4、调节参考电路图如下图所示：测量结果示意图如下图所示：MTEE$ID=TL7MTEE$ID=TL8PORT P=3Z=50 Ohm模型自动连接在电路图中加入STACKUP模块和EXTRACT模块，模块的参数需要自行设置，必须与设计所采用的基板参数相吻合。

将ACE标签页的最大耦合距离初设为20mm，进行ACE 提取。

ACE提取结果如下图：对版图进行小型化设计，缩小版图尺寸。

得到ACE分析结果如下：AXIEM分析结果如下：具有特定功率分配比、特定频率抑制点的定向耦合器采用多个T型结构，需要由分支线型结构向T型结构进行转换计算。

具体转换过程以分支线型的z c1θc1元件为示例进行说明。

通过类似步骤，可以将线性分支结构的z c2θc2元件也转换为T型结构。

具体的转换计算步骤如下:在图5-14中，z c为表5-1中的计算值，θc1=900。

首先将一个z c1θc1微带元件等效变为两个串联的微带元件，等效变换时阻抗z c1不变，串联元件的相位之和必须是θc1的整数倍。

再分别将每一个串联微带元件等效变换为一个T型结构，T型结构的并联枝节Z 元件起到抑制频率的作用。

取θa1=150，继续进行转换计算，最终计算得：Z bj=(1−cosθc1′)cos2θa1tanθbi (cos2θa1−cosθc1′)sinθc1′Z c1再利用TXLine工具，将各个元件的物理参数，计算条件为：εr=4.4，H=1mm，T=0.035mm，f0=1GHz。

将计算结果填入表5-2（保留两位有效数字）分支线阻值/Ω阻值/Ω电长度/deg W/mm L/mmZc1 41.6 Za1 45.47 θa1 15 2.2 6.82 Zb1 25.29 θb1 30 5.12 13.08 Zb2 18.41 θb2 20 7.65 8.56Zc2 75 Za1' 82.01 θa1’15 0.69 7.15 Zb1’45.59 θb1‘30 2.19 13.64 Zb2‘33.19 θb2’20 3.53 8.88端口传输线Z0 50 θ0 / 1.88 10改进版图后模型如下图所示：提取出的电磁结构如下：将ACE模块的最大耦合距离设为60mm，分析电路，观察、记录结果。

进行AXIEM 结果分析，得到下图：四、实验结果分析第一次设置耦合器参数的时候把W和L的顺序弄颠倒了导致了设计失败。

如果四个port设置的不正确的话，也做不出来正确的波形。

Layout要导入MIC-metric.lpf。

给器件画尺寸线需要用标尺圈起来保证准确。

其他大多数结果还是非常符合预期的。

五、实验总结通过这学期的实验，我学习了关于AWR的射频微波电路设计与仿真的相关内容，感觉很大地提升了自己的动手能力、思考能力和实践能力。

这次实验虽然仅有短短的几周，可是学习资料非常丰富，并且经过这个实验我们都得到了知识上的复习和本事上的提高。

正是因为这个实习，加深了我对微波电路仿真的了解，同时对我们专业的发展方向有了初步认识。

这次实习不但巩固了我们平时所学，也为我们日后的专业工作供给了十分实际的便利。

经过这几周，我的动手能力有了明显的提高；它让我养成了课前预习的好习惯。

一直以来就没能养成课前预习的好习惯（虽然一直知道课前预习是很重要的），但经过这半年，让我不仅深深的懂得课前预习的重要，更领会了课前预习的好处。

只有在课前进行了认真的预习，在做实验时效率才会更高，才能收获的更多、掌握的更多；它还提高了我处理数据的能力；做实验就会有数据，有数据就要处理，数据处理的是否得当将直接影响实验成功与否。

课程教学认真到位，内容充实，还有题目测验帮助我们抓住需要掌握的知识点；个人认为该教材非常的详细全面，暂时没有想到可以改进的地方。