1、電磁場與微波實驗一電磁場與微波實驗一電磁仿真軟件功能介紹與使用電磁仿真軟件功能介紹與使用微波與電磁場課組一、實驗目的：一、實驗目的：1、了解微波射頻電路的特點；2、學習ADS仿真軟件的作用與使用方法；3、學習集總參數濾波器的設計方法。二、實驗內容二、實驗內容1、微波電路相關概念和特點什么是微波電路？ 微波電路顧名思義，就是傳播微波信號的電路，相對于低頻電路，它的頻率更高，難度更大。由于頻率升高，使它的電路形式和設計方法都與低頻電路不同，需要單獨研究。微波有源電路 微波無源電路微波電路微波半導體器件 微波真空電子器件微波立體傳輸線 微波平面傳輸線微波電路 微波混合集成電路示例 微波集成電路（MI

2、C）示例微波電路 微波單片集成電路（MMIC）示例 微波常用元件片狀疊層電感及線繞電感 片狀電阻 貼裝可調電容 微波二極管（封裝及芯片） 微波電路元件微波三極管和場效應晶體管（封裝及芯片） 微波單片集成電路（MMIC）（封裝及芯片） 幾種經常使用的微波介質材料名稱介電常數（r）備注聚四氟乙烯玻璃纖維基片2.7國產、進口陶瓷（Al2O3）基片(99%)9.6國產、進口微波復合介質基片可選國產RT/duroid 58802.2Rogers公司RO40033.38Rogers公司TMM10I9.8Rogers公司 RT/duroid Series RO4000 Series TMM Series 圖

3、1 Rogers公司生產的幾種微波介質基片常用微波仿真軟件介紹常用微波仿真軟件介紹 ADS軟件全稱 Advanced Design System，是由Agilent公司出的一款電路設計CAD軟件，功能極為強大。它可以進行：直流仿真、交流仿真、S參數仿真和優化、瞬態分析、小信號分析、非線性電路分析（比如諧波平衡法）、提供矩量法進行場仿真、系統仿真等。 Agilent ADS（基于路仿真，但提供矩量法進行場分（基于路仿真，但提供矩量法進行場分析）析） Ansoft HFSS（基于場仿真，主要針對無（基于場仿真，主要針對無源電路）源電路）ADS 提供了 design guide，可以方便的設計功分器

4、、濾波器、功放及振蕩器等器件。ADS的界面清晰、整潔，易于操作。 HFSS（High Frequency Structure Simulator）是美國ANSOFT 公司開發的一種三維電磁仿真軟件,它提供了一個交互式的界面以簡化設計輸入。 Microwave office 基于路仿真軟件基于路仿真軟件,可處理任意多層平面結構可處理任意多層平面結構的三維電磁場的問題。的三維電磁場的問題。EDA具有以下主要優點 （1）設計質量高）設計質量高 在大多數情況下能使設計的電路同時滿足所要求的各項性能指標。對于一般電路，通常有多鐘指標要求，而在某些指標之間可能是相互矛盾或相互制約的。在這種情況下，EDA能

5、設法在各項指標間找出折衷方案，從而使各項指標都得到較好的滿足。 （2）設計速度快）設計速度快 由于計算機的運算速度快，從修改電路元由于計算機的運算速度快，從修改電路元件到給出分析結果，一般只需要零點幾秒件到給出分析結果，一般只需要零點幾秒鐘到幾秒鐘時間。若一個電路的設計要反鐘到幾秒鐘時間。若一個電路的設計要反復修改幾百次，其設計周期也不過幾十分復修改幾百次，其設計周期也不過幾十分鐘。鐘。 （3）能完成傳統設計難以完成或無法完成）能完成傳統設計難以完成或無法完成的任務的任務 由于人工計算難以對電路進行靈敏度和容差分析，設計者不可能規定元件容差和加工公差的合理數值，結果往往不是因規定公差過小而造成

6、加工困難，就是因容差太大致使有源器件互換性差，電路性能不穩定，產品合格率低。利用計算機輔助設計，便于對電路進行靈敏度計算、容差分析和模擬故障分析，從而大大提高電路的合格率和可靠性。 (4) 節省電路研制過程中的實驗器材和加工節省電路研制過程中的實驗器材和加工量，提高了經濟效益。量，提高了經濟效益。 以上是以上是EDA的主要優點。當然，它也有缺點：的主要優點。當然，它也有缺點： （1）準備工作周折費神（需要編寫程序與調試程序），商用軟件也需要熟悉建模過程，建模的優劣直接影響設計的準確性。 (2) EDA不能保證迭代過程收斂于最佳電路，得到的 往往是局部最佳，而不是全局最佳。 預備知識介紹預備知識

7、介紹 微波系統可以視為由眾多網絡和傳輸線構成的系統，其中每個網絡可以是各種微波器件構成。一端口網絡-與傳輸系統有一個聯絡通道 ex:Source / Load二端口網絡-與傳輸系統有二個聯絡通道 ex:Attenuator / Amplifier三端口網絡-與傳輸系統有三個聯絡通道 ex:Power Divider四端口網絡-與傳輸系統有四個聯絡通道 ex:Directional Coupler傳輸線 源（激勵）微波元件 接收（負載）傳輸線網絡2網絡1網絡3按網絡與傳輸系統的通道口數目來分可分為： 散射矩陣（散射矩陣（S參數）意義：比如對一個二端口線性網絡：b1=S11a1+S12a2b2=S

8、21a1+S22a2011112aabs012212aabs022221aabs021121aabsai、bi分別為輸入、輸出信號的幅值。為端口T1在端口T2匹配時的反射系數。 S a1a2b2b1 b = s a T1T2為端口T2在端口T1匹配時的反射系數。為端口T2匹配時T1端口到T2端口的傳輸系數，反映系統的正向傳輸特性。為端口T1匹配時T2端口到T1端口的傳輸系數，反映系統的正向反向隔離特性。史密斯圓圖（史密斯圓圖（Smith Chart） Smith Chart是處理傳輸線理論的最好可視是處理傳輸線理論的最好可視圖形處理工具，具有直觀、方便和易于理圖形處理工具，具有直觀、方便和易于

9、理解得到廣泛應用，是射頻與微波電路處理解得到廣泛應用，是射頻與微波電路處理的重要工具。的重要工具。1.051.05ri0 ()ri0.5 ()ri1 ()ri2 ()xi2 ()xi1 ()xi0.5 ()xi0.5 ()xi1 ()xi2 ()r0.1 ()r0.5 ()1.051.05 rr0 () rr0.5 ()rr1 ()rr2 ()xr2 ()xr1 ()xr0.5 ()xr0.5 ()xr1 ()xr2 ()i0.1 ()i0.5 ()Smith Chart+jx-jx匹配點匹配點電抗園電抗園電阻園電阻園實際阻抗及導納原圖ADS概述與基本操作 基礎界面、ADS 文件、原理圖、模擬

10、、和數據顯示等內容。另外還介紹一個簡單的例子。 三、實驗步驟三、實驗步驟設計一個中心頻率為設計一個中心頻率為5GHZ的集總參數低的集總參數低通濾波器。通濾波器。1啟動ADS主界面在開始菜單啟動ADS，運行后界面如下：文件瀏覽區工程管理區工具欄菜單欄ADS工程主界面可進行新工程建立、打開已存在工程、瀏覽開始工作目錄、觀察當前目錄和打開范例工程等。2創建新工程創建項目名稱為 lab1。 下面的下拉菜單主要是設定單位的，在微帶線布局時有用，我們選擇 millimeter。點擊 OK建立新項目，并且會出現原理圖窗口。3檢查你的新項目內的文件a 看左邊的文件瀏覽窗口。目前顯示你在 lab1 項目內。 b

11、 在主窗口，雙擊 networks 目錄,目前里面沒有原理圖文件。 4建立一個低通濾波器設計a 在主窗口，點擊 New Schematic Window 圖標，也可以使用剛才自動打開的原理圖窗口。 b 儲存原理圖。點擊圖標，取名 lpf。現在network 目錄中會出現 lpf.dsn 文件。 ADS原理圖工作窗口所有元件種類列表歷史元件列表相應種類元件種類列表電路設計工作區c 在元件模型列表窗口中選擇 LumpedComponents（集總參數元件）項。d 從該選項左邊面板中選擇電容 capacitor C可以用 Rotate 圖標旋轉，放好以后，再放入另一個電容。低通濾波器設計過程數據存儲文件名數據顯示方式模版打開已存的數據文件23456789110-30-25-20-15-10-5-350f req,