微波技术虚拟实验报告
一、实验名称微波低通滤波器
二、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f c=2.2GHz，在通带内最大波纹L Ar=0.2dB，S11小于-16dB；在阻带频率f s=4GHz处，阻带衰减L As是不小于30 dB。
输入，输出端特性阻抗Z0=50Ω。
方法一：用微带线实现，基片厚度H=800um，T=10um，相对介电常数ε
r
=9.0；
高阻抗线特性阻抗Z
oh =106Ω，低阻抗线Z
01
=10Ω。
方法二：用同轴线实现，其外导体直径为D0=16mm；高阻抗线特性阻抗Z
oh
=138
Ω；低阻抗线内，外导体间相对介电常数ε
r =2.54，低阻抗线特性阻抗Z
01
=1。
确定滤波器的结构尺寸，测量滤波器的参数S
11，S
21
，进行适当调节，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。
三、实验仪器
硬件：PC机
软件：Microwave Office软件
四、设计步骤
1.确定原型滤波器
生成原形滤波器时，在参数定义页设置
N:5 元件数目为5；
FC:2.2 截止频率为2.2GHz；
PP:Ripple(dB) 带内参数为波纹衰减
PV:0.2 波纹衰减值为0.2dB
RS:50 输入端特性阻抗为50Ω
RL:50 输出端特性阻抗为50Ω
生成名为Fliter的原形滤波器的原理图，以及相关的测量图，优化项。
最终
得到电路图，如下所示：
设置工作频率，分析后得到滤波器相应结果，包括S11，S21参数。
设置优化目标，即f <2.2GHz时，S11<-16dB，S21 >-0.2dB; f >4GHz, S21<-30Db;目标设定完成后进行优化。
优化结束后，得到滤波器相应结果，包括S11，S21参数，如下图所示：
五、实验数据记录
1.根据优化结果，将原型滤波器的各个已优化的参数值填入表1，如下所示：
2.计算滤波器的实际尺寸
(1)微带线结构
○1高阻抗线
先计算高抗阻线的宽度。
已知条件：εr=9.0，f0=1.1 GHz，H=800um，T=10um，阻抗Z oh=106Ω，通过TXLine计算得W=92.4194um，εre=5.3761。
再计算高抗阻线的长度：l L1= L l2=5800.4um。
○2低阻抗线
先计算低阻抗线的宽度。
已知条件：εr=9.0，f0=1.1 GHz，H=800um，T=10um，阻抗Z oh=10Ω，通过TXLine计算得W=8429.86um，εre=7.83072。
再计算低阻抗线的长度：l C1=l C3=1890.05um。
(2)同轴线结构
○1计算内直径
通过TXLine，分别计算各阻抗线的内直径：
设置参数εr=1，f0=1.1 GHz，D0=16mm，阻抗Z oh=138Ω，计算高阻抗线的内直
径D i=1601.29um。
设置参数εr=2.54，f0=1.1 GHz，D0=16mm，阻抗Z oh=10Ω，计算低阻抗线的内
直径D i=12265.1um。
○2计算长度
高阻抗线的长度：l L1= L l2=10.33mm。
低阻抗线的长度：l C1=l C3=3.3186mm，I C2=5.7073mm。
3.完成电路，测量各特性指标
在已有的工程中添加一个新的原理图，用于绘制实际微波结构的滤波器。
参数设置为εr=9.0，H=800um，T=10um，阻抗Z oh=10Ω。
绘制的电路图如下：
依次添加图表，添加测量项S11，S21。
全部完成后，观察所的曲线并进行优化。
将各高低阻抗线的长度设置为优化参数，再重新添加优化目标，执行优化，直到电路性能符合指标要求。
优化后所得曲线如下图所示：
六、结果分析
仿真结果说明，通过Wizard模块的AWR Filter Synthesis Wizard功能自动生成的原型滤波器，和绘制成的微波结构的低通滤波器，优化后的结果得到的曲线图相似，性能比较符合指标要求。
七、实验总结
1. CAI软件将抽象的微波传输线理论图文并茂，声色俱全的展现出来，它通过传输线波形演示和圆图应用两大部分，使我们更深刻的理解了入射波，反射波，驻波的传输过程，以及单支节匹配，双支节匹配的原理。
通过讲解一些经典例题，帮助我们活学活用，充分掌握。
Microwave Office是AWR公司推出的微波EDA软件，为微波平面电路设计提供了最完整, 最快速和最精确的解答。
它通过两个模拟器来对微波平面电路进行模拟和仿真的。
通过在元件库中调出微波电路所需要的原件，建立电路模型，实现仿真。
通过八个实验中对这两款软件的使用，已经掌握了基本的使用方法，但是一些技巧仍然不能熟练使用，一些原理仍然不能深刻理解，希望在以后的学习中能更多的应用，达到熟能生巧，更好的利用它们继续探索微波世界。
2.本次微波实验共完成了八个实验内容。
实验一，是通过课件对CAI软件有了初步了解，看了传输线波形演示的过程，掌握了部分圆图应用方面的知识。
对课堂上老师讲的入射波，反射波，驻波的形成，传播过程有了更深刻的理解。
实验二，Microwave Office软件系统介绍，看过视频教学内容后，对该软件有了些许认识，对软件中的一些功能也有所了解，为后来在实验中的应用做了很好的铺垫。
实验包括，整流器和放大器的非线性分析，首先创建原理图，完成电路图，添加图表，测量项后可以直接在图中观察到输出频谱。
实验三中螺旋电感的电磁分析，学习了创建三维视图来绘制螺旋电感，观察动态电流分析及电场分布，对螺旋电感有了深一层的认识。
实验四，集总元件滤波器中学会了优化电路的方法，并在后来的其他电路中得以应用。
实验五是采用微带线结构设计一个三端口等功率分配器，并测量特性指标与频率的关系曲线，通过TXLine得到微带线的实际尺寸。
实验六是利用两种方法设计一个同轴线阶梯阻抗变换器，分别为最平坦通带特性变换器和等波纹特性变换器。
确定阻抗变换器的结构尺寸，最终比较不同阻抗变换器的性能特点，得出结论：波纹等特性变换器的工作频带更宽。
实验七是分别采用短路单支节和短路双支节设计一个阻抗调配器，并用同轴线结构实现对传输线及负载的匹配。
实验八是设计一个切比雪夫式微波低通滤波器，分别用微带线结构和同轴线结构实现，通过设置参数后优化目标得到原型滤波器的各个已优化的参数值。
然后计算滤波器的实际尺寸，完成电路，测量各特性指标。
最终观察滤波器的二维三维布线图。
3.虽然顺利的做完了八个实验内容，但是对软件使用的熟练程度还远远不够，不能达到活学巧用，独立思考。
但是对实验中涉及到的内容有了新的认知，尤其是与在微波课堂上和老师讲的内容联系起来，能比较深刻的理解教学内容。
对滤波器，功率分配器，阻抗变换器，阻抗调配器等有了更全面的认识。
4.希望实验内容中能有更多独立思考的内容，使同学们有更好的应用。
加强认识，好好利用微波技术带给我们的广阔空间。