微波工程实验讲义.doc

目录 实验一 分支线定向耦合器的设计 2 实验二 Wilkinson功率分配器的设计 23 实验三 微带天线设计实验 43 实验四 平行耦合线微带带通滤波器 58 实验五 耦合线定向耦合器的制作 76 附录一 网络分析仪使用 96 附录二 匹配网络设计软件使用 99 附录三 微波实验板示意图 101  实验一 分支线定向耦合器的设计 一、实验目的 ⒈掌握分支线定向耦合器的原理及基本设计方法。 ⒉学会使用ADS电磁仿真软件对分支线定向耦合器进行仿真。 ⒊掌握分支线定向耦合器的实际制作和测试方法。 二、实验要求 ⒈做好实验设计前的预习和准备工作。 ⒉掌握分支线定向耦合器的原理及设计方法。 三、实验条件 普纳PNA36系列网络分析仪、微波无源实验箱、PC机 四、实验原理 1.1分支线定向耦合器理论基础 在射频微波电路中，经常用到多端口网络，分支线定向耦合器是最常用的多端口网络，它在电路中起着重要作用，因为它能在固定参考相位的条件下，分开和组合射频微波信号。 1.1.1微带分支定向耦合器的散射参数 分支线定向耦合器是一个4端口网络，它有输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，如图1.1所示。图中给出了耦合器中微带线段的结构尺寸和特性阻抗。 理想的微带分支定向耦合器的散射参量为： （1.1） 由式（1.1）可以得出如下结论。 因为S11 = S22 = S33 = S44 = 0，所以理想情况下在中心频率，它的4个端口是完全匹配的。 因为S21 = -j/, S31 = -1/，所以在端口1有输入而其他端口匹配时，端口2和端口3有等幅不同相输出，端口2输出比端口1输入信号滞后90°，端口3输出比端口1输入信号滞后180°。端口2输出和端口3输出相位相差90°，这是一个90°正交3dB耦合器。 因为S41 = 0，所以在端口1有输入而其他端口匹配时，端口4无输出。 分支线耦合器具有很好的对称性，4端口中任何一端口均可作为输入端口。因为有λp/4段，所以分支线耦合器不是宽带器件。 1.1.2分支线定向耦合器的参数指标 1. 耦合度C 耦合端口③的输出功率和输入端口①的输入功率之比为耦合度，记为： （1.2） 耦合度的分贝数越大耦合越弱，通常把耦合度0dB～10dB的定向耦合器称为强耦合定向耦合器，把耦合度为10dB～20dB,的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器，把耦合度大于20dB的定向耦合器称为弱耦合器。 2. 隔离度I 隔离端口④的输出功率P4和输入端口①的输入功率P1之比为隔离度，记为： （1.3） 3. 定向度D 隔离端口④的输出功率P4和耦合端口③的输出功率P3之比为定向度，记为： （1.4） 4. 回波损耗RL 输入端口①的回波损耗定义为： （dB） （1.5） 同理，其他端口的回波损耗也类似。 5. 输入驻波比 端口②、③、④都接匹配负载时的输入端口的驻波比，记为： （1.6） 1.2分支线定向耦合器尺寸计算 微带线的几何结构如图1.2(a),电场线示意图绘于图1.2(b)。宽度为W的导体印制在厚度为h、相对介电常数为接地电介质基片上。由于微带线包含空气和介质基片两种介质，因此为了分析方便，通常引入“有效介电常数”， 所谓“有效介电常数”是指在微带尺寸及其特性阻抗不变的情况下，用一均匀介质完全填充微带周围空间，以取代微带的混合介质，此均匀介质的相对介电常数就称为有效介电常数。因此，部分场线在电介质区域，部分场线在空气区域，所以有效介电常数满足关系1，并依赖与基片厚度h和导体带宽W。 的计算公式如下： (1.7) 引入以后，微带线的特性参量就可以用均匀介质来处理了，此时微带线的各参量由以下公式确定 (1.8) 式中，为空气微带的特性阻抗，分别为空气中的相移常数、工作波长和光速。 微带线特性阻抗的计算比较复杂，对于导体带条厚度T=0的微带线，在实际应用中通常采用以下解析式近似计算。给定微带线的尺寸，特性阻抗可以计算为 (1.9) 对于给定的特性阻抗和介电常数，比值可以求得为 其中， (1.10) 我们用上面的公式计算可以得到微带线的特性阻抗和相对介电常数与W/h的关系。当然也可以通过查表以及利用一些软件(例：ADS中的LineCalc工具等)来得到不同介电常数、不同W/h下的微带线特性阻抗，相反也可以由特性阻抗