1、微波技術與計算機仿真實驗報告實驗一 史密斯圓圖與傳輸線理論的關系1.1 不同負載阻抗所對應的傳輸線工作狀態及其在史密斯圓圖上 對應的區域； 實驗步驟：1. 連接負載、傳輸線和微波端口 ,傳輸線長度電路連接如圖所示：2. 進一步將負載阻抗設置為 50 歐姆，傳輸線阻抗設置為 50 歐姆，傳 輸線長度為 0，衰減為 0，微波端口阻抗也設置為 50 歐姆。3. 分析計算后，在阻抗圓圖上觀察反射系數的位置，將結果填入實驗 記錄；4. 將負載阻抗實部設置為小于 50 歐姆，虛部為零，其余設置不變，分析后，在阻抗圓圖上觀察反射系數的位置，將結果填入實驗記錄；5. 將負載阻抗實部設置為大于 50 歐姆，虛部

2、為零，其余設置不變， 分析后，在阻抗圓圖上觀察反射系數的位置，將結果填入實驗記錄；6. 負載阻抗的實部不變，將負載阻抗的虛部設置為大于0，其余條件不變，分析后，在阻抗圓圖上觀察反射系數的位置，將結果填入實驗 記錄；7. 負載阻抗的實部不變，將負載阻抗的虛部設置為小于0，其余條件不變，分析后，在阻抗圓圖上觀察反射系數的位置，將結果填入實驗 記錄；8. 將負載阻抗的實部設置為 0，虛部為分別設置為 0、大于 0，小于 0 和 10000，其余條件不變，分析后，在阻抗圓圖上觀察反射系數的位 置，將結果填入實驗記錄；姓名黑 XX班級XXXXXX 班學號XXXXXXXXXXXXX實驗內容不同負載阻抗所對

3、應的傳輸線工作狀態及其 Smith圓圖對應的區域負載阻抗工作頻率反射系數（幅度，相位）圓圖區域505Ghz0.002 0.003匹配點105Ghz0.667 179.919低阻區1005Ghz0.334 0.081高阻區50+j1005Ghz0.707 44.973感性區50-j1005Ghz0.708 -44.973容性區05Ghz1.002 179.793短路點j1005Ghz1.001 53.168電感區-j1005Ghz1.001 53.431電容區j100005Ghz1.000 0.597開路點結論原點代表傳輸線處于行波狀態， 此時，輸入阻抗 等于傳輸線的特征阻抗，反射系數為 0。

4、反射系數的模等于 1，對應于 Smith 圓圖上半徑 等于 1 的圓。歸一輸入阻抗為純電抗。 第 1、2 象限為感抗，第 3、 4 象限為容抗。 =1 的點為開路點 =-1 的點為短路點 輸入阻抗既不是純電抗， 也不等于傳輸線的特征 阻抗的區域是行駐波區域。第 1、 2 象限，輸入阻抗的虛部大于 0，為感性 區。第 3、 4 象限，輸入阻抗的虛部小于 0，為容性 區。實軸上，電抗為 0，阻抗為純電阻。且 >0， Zin>Z0 ，為電壓波腹。 <0, Zin<Z0 。為電壓波 節。1.2 反射系數沿傳輸線變化在阻抗圓圖上的軌跡的觀察研究1. 如圖 1 示連接負載、傳輸線和

5、微波端口，將頻率設置為固定頻率2. 將負載阻抗設置為復數，其余參數不變；3. 改變傳輸線的長度，從 0到/2 變化（分別選 6個以上長度以上進 行計算仿真），觀察反射系數隨傳輸線長度改變在阻抗圓圖上位置的 變化，填入實驗報告4. 將傳輸線的衰減值設置為有限值（如 5），其余參數不變，重復步驟3，觀察反射系數隨傳輸線長度改變在圓圖上的變化，將結果填入實 驗報告。5. 對步驟 2.3和 2.4的結果進行分析和比較，總結反射系數幅度和相 位隨參考面變化的規律并寫入實驗報告實驗內容反射系數沿傳輸線變化在阻抗圓圖上軌跡的研究傳輸線長度傳輸線衰減工作頻率反射系數軌跡變化5mm05Ghz0.437 3.46

6、1對于無耗傳10mm05Ghz0.446-56.971輸線，反射系15mm05Ghz0.448數的模保持-116.924不變，沿著等20mm05Ghz0.445反射系數圓。-176.868由負載源25mm05Ghz0.448相位滯后 - 順123.212時針；30mm05Ghz0.449由源負63.051載 相位超前 -5mm55Ghz0.442 3.426逆時針10mm55Ghz0.434變化周期-56.436/215mm55Ghz0.431對于有耗傳-116.281輸線，除了相20mm55Ghz0.426位的變化以176.752外，反射系數25mm55Ghz0.421的模沿著源123.38

7、1負載逐漸30mm55Ghz0.413減小，相位仍63.196然呈現周期性的滯后與超前。（3）負載阻抗改變與反射系數在阻抗圓圖上的變化軌跡的關系1 如步驟 1.2圖 1所示連接負載、傳輸線和微波端口，將頻率設為固 定值，傳輸線的長度設置為 0，負載阻抗設置為復數， 其余參數不變；2 改變負載阻抗的實部（從小到大變化） ，虛部不變，觀察阻抗圓圖 上反射系數的變化軌跡，記錄結果；3 改變負載阻抗的虛部（從小到大變化） ，實部不變，觀察阻抗圓圖 上反射系數的變化軌跡，記錄結果；實驗內容負載阻抗改變與反射系數在阻抗圓圖上的變化軌跡的關系（ 1）負載阻抗工作頻率反射系數軌跡變化50+j105Ghz0.0

8、97 89.713負載變化在圓50+j505Ghz0.448 63.573圖上的軌跡50+j805Ghz0.624 51.451電阻不變，電 抗變化：沿等電 阻圓變化。 電導不變，電 納變化： 沿等電 導圓變化。 電抗不變，電 阻變化： 沿等電 抗圓變化。 電納不變，電 導變化： 沿等電 納圓變化。50+j1005Ghz0.707 44.97250+j2005Ghz0.896 26.49650+j5005Ghz0.982 11.22250+j10005Ghz0.994 5.99610+j505Ghz0.82 88.99150+j505Ghz0.448 63.573100+j505Ghz0.44

9、6 25.681200+j505Ghz0.620 6.987500+j505Ghz0.818 1.20920+j505Ghz0.678 85.35680+j505Ghz0.420 38.206實驗二 阻抗匹配的計算機仿真設計2.1 1/4 波長阻抗變換器的設計1）對復數阻抗負載在 50 歐姆傳輸線系統中，用 1/4波長阻抗變換器進行匹配。得出 1/4 波長阻抗變換器的特性阻抗和 1/4 波 長阻抗變換器插入的位置。（ 2）將頻率設置成掃頻模式，如圖 2 所示，分析計算后，觀察 駐波比分別小于 1.2、1.5、2.0 的帶寬，并填入實驗報告。實驗內容/4 阻抗變換器的設計負載阻抗中心頻率L1Z0

10、1L2Z02帶寬SWR1.2SWR1.5SWR2.060+j1005Ghz3.550o15m124.100Mh800Mh1.4Ghmmhmm346ozzzhm注： L1 為接入第一段傳輸線的長度， Z01為該傳輸線特性阻抗， L2 為/4 阻抗變換器長度， Z02為 /4 傳輸線特性阻抗。2.2 單枝節（短截線）匹配的設計實驗內容單枝節（短截線）匹配的設計負載阻抗中心頻率L1Z01L2Z02帶寬SWR1.2SWR1.5SWR2.060+j10050Ghz14.504.750mm200Mh400Mh750Mh6mmohmmzzzm注： L1 為接入第一段傳輸線的長度， Z01為該傳輸線特性阻抗，

11、 L2 為枝節（短截線）長度， Z02 為枝節（短截線）特性阻抗。Smith ToolZI-I9S'UDUl00I:XS9:d哪0：dsee£9百V6fr9 EoggE6zvs99GE6LEEOSS16sreSTS0666 l0t968弱L£££88"LOE9"7s"ZG I宛百985fr IogS8£"fr8LSIOkS£8LL LgogZ8£01006L60 IS6fr080S106>6ZS h£8卞8Z5fr IOBfrZZL9Lsz>9ZLLlOZ

12、'frG£961ggprzZLS09*£Z6ECgg*ZLfrSCos#IZ362mt0£（k_dxa=p（3）iHMSAZHoTodd2.3 L 匹配 （用集總元件匹配）原理圖如下：實驗內容L 匹配（ 1）負載阻抗中心頻率串/并L/C串/并L/C帶寬SWR1.2SWR1.5SWR2.060+j1005Ghz并串300Mh900Mh1.4Gh496.47f3.05nHzzzF11/02/14Ansoft Corporation - Harmonica ?v8.711:21:59d:program filesSerenade Docexp_1 exp_1 .

13、cktSmith Tool蚩uDisplayMatchingNominal value:1=496.47fFlNorrnalized Impedance: |0.0-i1.28Normolizcd Admittoncc:New matchI Start point |Delete lastCircuitClick on a button or enlet value to add elementZRef: 50.00 i 0.00Circiit:Close5.0000GHz匹配電路圖如下所示：實驗內容L 匹配（ 2）負載阻抗中心頻率串/并L/C串/并L/C帶寬SWR1.2SWR1.5SWR2.

14、060+j1005Ghz并串1.0Gh2.20G4.0Gh30.99nH348.86fFzhzzSmith Toolhh|刪M11uJuJJDisplayMatching1=348.86JF|Normalized Impedance:10.0-i1.82Normalized AdmittarKe: 10.0*|0.55New match IDelete lastCircuitClick on a button or enter value (o add elementGMAX:K:Freq: |5.0000GHzClearCk>$e4iern：505Ghz總結：使用 1/4 波長變換器進行阻抗匹配，對于匹配實數負載阻抗到傳 輸線， 是簡單而有用的電路。 通過在負載和變換器之間加一段合 適長度的傳輸線， 或者一個合適的串聯或并聯電抗性短截線， 復 數負載阻抗也能夠轉換成實數阻