武大射频期末试题..doc

期末试题 学号：2011202120076 姓名：刘弋锋 班级：1102班 专业：电路与系统 1.设计一个系统特性阻抗为50欧姆、中心工作频率为2.076GHz的3dB等功分耦合器，要求用集总参数及分布参数(微带基板参数：介电常数为4.2，介质材料厚度为1.45mm，导带厚度为0.035mm)两种形式实现。对于分布参数形式，通过编程计算及ads仿真分别3出各端口频率响应特性；对于集总参数形式，通过ads仿真给出各端口频率响应特性。 解：（1）分布参数实现 由于是设计3dB的等功分耦合器，所以用分支线定向耦合器实现。 用ADS仿真 图1.1 ADS计算特性阻抗为50Ω时的微带线尺寸 图1.2 ADS计算特性阻抗为50/Ω时的微带线尺寸 用ADS计算微带线尺寸，如图1.1、图1.2所示。可知，耦合微带线的尺寸为： 特性阻抗为50Ω时,W=2.826880mm，L=20.141700 特性阻抗为50/Ω时，W=4.835730mm，L=19.619200mm 搭建仿真电路，如图1.3所示： 图1.3 ADS搭建仿真电路 进行仿真，得到插入损耗，耦合度，隔离度，驻波比VSWR的频率特性曲线，如图1.4所示。 图1.4 ADS仿真结果 用MATLAB编程计算 给出MATLAB代码： Z0e1=69.371294; Z0o1=36.037961; f0=2.076 ; Z0=50; f=1:0.01:4; S311=j.*(Z0e1-Z0o1).*tan(pi./2.*(f./f0))./(2*50+j*(Z0e1+Z0o1).*tan(pi/2.*(f./f0))) ; plot(f,20*log10(abs(S311))); xlabel(Frequency(GHz)); ylabel(S31(dB)); grid; S211=2.*Z0./(Z0e1+Z0o1)./( 2.*Z0./(Z0e1+Z0o1).*cos(pi./2.*(f./f0))+j*sin(pi./2.*(f./f0))); figure(2); plot(f,20*log10(abs(S211))); xlabel(Frequency(GHz)); ylabel(S21(dB)); grid; figure(3) To=(Z0-Z0o1)/(Z0+Z0o1); Te=(Z0-Z0e1)/(Z0+Z0e1); Zine=Z0e1.*(sqrt(Z0o1)+j.*sqrt(Z0e1).*tan(pi/2.*(f./f0)))./(sqrt(Z0e1)+j.*sqrt(Z0o1).*tan(pi/2.*(f./f0))); Zino=Z0o1.*(sqrt(Z0e1)+j.*sqrt(Z0o1).*tan(pi/2.*(f./f0)))./(sqrt(Z0o1)+j.*sqrt(Z0e1).*tan(pi/2.*(f./f0))); V2o=Zino./(50+Zino)./(exp(-j.*pi./2.*(f./f0))+To.*exp(j.*pi./2.*(f./f0))).*(1+To); V2e=Zine./(50+Zine)./(exp(-j.*pi./2.*(f./f0))+Te.*exp(j.*pi./2.*(f./f0))).*(1+Te); S14=V2e-V2o; plot(f,20*log10(abs(S14))); xlabel(Frequency(GHz)); ylabel(S41(dB)); grid; 图1.5、图1.6、图1.7分别是MATLAB仿真得到的的频率响应曲线。 图1.5 MATLAB仿真频率响应曲线 图1.6 MATLAB仿真频率响应曲线 图1.7 MATLAB仿真频率响应曲线 （2）集总参数实现 设计时，需要对分布参数电路进行等效： 图1.8 分布参数与集总参数的转化 如图1.8所示，集总参数可等效为分布参数的一个型或T型网络。以型网络为例，替代后的电容、电感的值可以由下面的式子计算： 可见，集总参数设计主要取决于工作频率，也就是说上述的等效只在该中心频率两侧的较窄带宽内有效，但对于大部分的应用带宽足够了。且型网络通常会表现出低通特性。分布参数的生成图等效为集总参数的原理图如图1.9所示。 图1.9 集总参数的生成图 图1.10 集总参数功分器仿真原理图 对于，可计算得到,。根据生成原理图，在ADS中进行仿真，如图1.10所示。得到如图1.11所示仿真结果： 图1.11 集总参数功分器仿真结果 由图1.11可见，图中S11，S12，S22,S23都有一些偏移，可以通过优化的方式解决使各项指标以中心频率为2.076GHz的窄带内达到很好的仿真要求。插入损耗很小，隔离度很高，驻波比