四GHZ微带渐变阻抗变换器设计方案报告.doc

2.4GHZ微带渐变阻抗变换器设计汇报一、设计任务1.1名称：设计一个工作频率为2.4GHZ，输入阻抗为50Ω，输出阻抗为30Ω阻抗变换器1.2关键技术指标：S11<-20dB,S21<-0.7dB,re(Z0)=50Ω,VWAR尽可能靠近于1二、设计过程2.1原理：2.1.1 阻抗匹配概念阻抗匹配元件在微波系统中用很多，匹配实质是设法在终端负载周围产生一新反射波，使它恰好和负载引发反射波等幅反相，相互抵消，从而达成匹配传输目标一旦匹配完善，传输线即处于行波工作状态在微波电路中，常见匹配方法有：（1）电抗赔偿法：在传输线中一些位置上加入不消耗匹配元件，如纯电抗膜片、销钉、螺钉调配器、短路调配器等，使这些电抗负载产生反射和负载产生反射相互抵消，从而实现匹配传输，这些电抗负载能够是容性，也能够是感性，其关键有点是匹配装置不耗能，传输效率高2）阻抗变换法：采取λ/4阻抗变换器或渐变阻抗变换器使不匹配负载或两段特征阻抗不一样传输线实现匹配连接3）发射吸收法：利用铁氧体元件单体传输特征（如隔离器等）将不匹配负载产生反射波吸收掉传输线关键问题之一是功率传输对一个由信号源、传输线和负载组成系统，期望信号源在输出最大功率同时负载能全部吸收，以实现高效稳定传输。

这就要求信号源内阻和传输线阻抗实现共轭匹配，同时要求负载和传输线实现无反射匹配2.1.2 阻抗匹配方法阻抗匹配方法是在负载和传输线之间接入匹配器，使其输入阻抗作为等效负载和传输线特征阻抗相等 图3-1 阻抗匹配匹配器是一个两端口微波元件，要求可调以适应不一样负载，其本身不能有功率损耗，应由电抗元件组成匹配阻抗原理是产生一个新反射波来抵消实负载反射波(二者等幅反相)，即“赔偿原理”常见匹配器有有λ/4阻抗变换换器和支节匹配器本论文关键采取λ/4阻抗变换器2.1.3 λ/4阻抗变换器λ/ 4阻抗变换器是特征阻抗通常和主传输线不一样、长度为λ/ 4传输线段，它能够用于负载阻抗或信号源内阻和传输线匹配，以确保最大功率传输；另外，在微带电路中，将两段不一样特征阻抗微带线连接在一起是为了避免线间反射，也应在二者之间加四分之一波长变阻器当负载阻抗和其传输线波阻抗不相等，或两段波阻抗不一样传输线相连接时，在其间接入阻抗变换器能够消除或降低传输线上反射波以取得匹配对一些传输线如金属波导，因其封闭性和制品标准性，阻抗变换器要做成准用元件；而对于微带线则可依据负载情况设计微带阻抗变换阶段，并和微带电路一同光刻腐蚀（或真空镀膜方法）一次形成。

阻抗变换器最基础形式是利用四分之一波长线阻抗变换特征在两个特征阻抗不一样传输线之间插入一段或多段不一样特征阻抗传输线，佘当选择其长度、特征阻抗值和节（段）数，就能够在一定带宽内驻波比低于某个给定值这种变换装置成为阶梯式阻抗变换器λ/4阻抗变换器由一段特征阻抗为Z01λ/4传输线组成图3-2-1所表示 图3-2-1 λ/4阻抗变换器原理性示意图由（3-4）、（3-5）可画出|Γ|随θ（或f）改变曲线；曲线作周期为π改变设许可|Γ|≤|Γ|m,则其工作带宽对应于Δθ限定范围频率因为θ偏离π/2时|Γ|曲线急剧下降，故工作带宽很窄 图3-2-2 单节λ/4阻抗变换器带宽特征 微带线λ/4阻抗变换器，通常全部是保持变换段导体带和接地板之间距离不变，介质材料也不变，阻抗变换是经过改变替换带宽度来实现λ/4阻抗变换器只有在中心频率或其周围很窄频带内，才能满足一定匹配要求；当频率偏离中心较大时，匹配性能急剧下降微波阻抗变换器作用是消除反射，提升传输效率，改善系统稳定性阻抗匹配元件种类很多，关键有螺钉调配器、阶梯阻抗变换器和渐变型阻抗变换器三种。

此次关键研究是渐变阻抗变换器，渐变线是其特征阻抗按一定规律平滑由一条传输线特征阻抗过渡到另一条传输线特征阻抗从理论上讲，多级变换器阻抗越多，其匹配频带越宽，多阶梯阻抗变换器伴随阶梯数目标增加带来了尺寸增加和造价增大，工程上考虑到尺寸、成本、性能发展出了渐变阻抗变换器，，因为它有愈加好地带宽匹配性能图2-2给出了渐变阻抗变换器图形: 在设计之前有必需先了解一下微带线端口设计，以下图给出了微带线端口设计模型： （1）50Ω微带线 50Ω微带线模型 50Ω微带线特征阻抗实部由图能够看出在2.4GHz时，微带线阻抗实部约为49.9069Ω，靠近50Ω，此时微带线宽度约为3.15mm和理论值2.99mm相差不大2）30Ω微带线 30Ω微带线模型 30Ω微带线特征阻抗实部由图能够看出在2.4GHz时，微带线阻抗实部约为29.9607Ω，靠近30Ω，此时微带线宽度为6.7mm和理论值4.18相差不大。

所以建模型时50Ω宽度为（w1)3.15mm，长度为(l1)10mm，50Ω宽度为(w2)6.7mm，长度为(l2)15mm，渐变线长度为(l3)31.25mm.2.2关键参数优化:L3（渐变线长度）:32.2mm-32.7mm,count 5 优化图三、 设计结果3.1仿真结果：3.1.1结构截图3.1.2参数列表w:基板宽度 w1:50Ω微带线宽度 l1:50Ω微带线长度 W2:30Ω微带线宽度 l2:30Ω微带线长度 l3:阻抗变换器长度ht:基板高度 3.1.3指标图 S11（回波损耗）图 S21(插入损耗）图 VWSR（驻波比）图 Re(Z0)(输入阻抗）图3.2测试结果：如上图所表示，S11（回波损耗）在2.4GHZ时为-50.0745dB<-20dB,符合设计要求S21(插入损耗）在2.4GHZ时为-0.7785dB基础等于-0.7dB,符合设计要求。

VWSR(驻波比）在2.4GHZ时为1.0063约等于1，符合设计要求Re( Z0)(输入阻抗） 在2.4GHZ时为50.8263Ω约等于50Ω，符合设计要求四、 结论和体会经过此次作品设计，对于阻抗匹配这部分微波知识有了更深了解同时也对HFSS这个软件操作也愈加熟练，尤其是以前不懂方面，也有了深入加深认识同时也要感谢各位学长学姐悉心指导。