微波魔T的课程设计报告书

微波技术课程设计引言微波技术是一门涉及电磁波在微波频段的传输和应用的学科。

它在通信、雷达、无线电频谱分析等领域有着广泛的应用。

本文将介绍微波技术课程设计的相关内容，包括课程设计目标、内容安排、实验方案以及评估方法。

课程设计目标微波技术课程设计旨在培养学生对微波技术的理论基础和实践应用能力。

具体目标如下：1.理解微波技术的基本原理和概念；2.掌握微波器件和电路的设计方法；3.学会使用仿真工具进行微波系统分析和优化；4.能够独立完成一个小型微波系统的设计与实现。

课程内容安排本课程设计分为理论学习和实验项目两部分。

理论学习1.微波频段概述：介绍微波频段的定义、特点以及应用领域。

2.微波器件与电路：讲解常见的微波器件（如天线、滤波器、功率放大器等）和电路（如微波集成电路）的设计原理和性能指标。

3.微波传输线理论：介绍微波传输线的特性参数、传输线模型以及常见的微波传输线类型。

4.微波系统分析与优化：介绍微波系统的分析方法，包括S参数测量、噪声系数测量等，并讲解如何使用仿真工具进行系统优化。

实验项目1.微波器件测试：学生将使用测试仪器对不同类型的微波器件进行性能测试，包括频率响应、增益、带宽等指标。

2.微带天线设计：学生将根据给定的频率要求和天线类型，设计并制作一个微带天线，并进行性能测试和优化。

3.微波功率放大器设计：学生将设计一个微波功率放大器电路，并通过仿真工具进行性能分析和优化。

最后，学生需要制作并测试该功率放大器的实际性能。

实验方案实验设备与软件1.高频信号发生器：用于产生不同频率的高频信号。

2.高频功率计：用于测量高频信号的功率。

3.网络分析仪：用于测量S参数以及其他高频电路的性能。

4.仿真软件：如ADS、CST等，用于进行微波系统的仿真和优化。

实验步骤1.实验项目一：微波器件测试–准备不同类型的微波器件样品；–连接相应的测试仪器，测量器件的频率响应、增益、带宽等指标；–分析并比较不同器件的性能。

《微波技术》实验班级学号姓名实验一ANSOFT HFSS软件的使用与魔T的仿真一、实验内容1.下载并且安装ANSOFT HFSS软件10.0版本2.学习使用该软件3.仿真魔T4.写出仿真使用后的报告二、验收方式1.提交使用报告(封皮班级学号装订成册)2.用电脑对进行实际的演示和操作三、实验步骤注：首先根据实验Word文档设置仿真环境变量以保证魔T仿真能正确进行。

1、建立工程文件在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry复选框选中这样使得在复制模型时，所设置的边界一起复制。

2、设置求解类型3、设置模型单位将创建模型中的单位设置为毫米。

4、设置模型的默认材料在工具栏中设置模型的默认材料为真空（Vacuum）。

5、创建魔T(1) 创建arm_1利用Draw>Box创建。

(2) 设置激励端口注意：在哪一个端口设置激励，就先画哪一个端口，并将端口命名为P1。

(3) 创建其他臂利用旋转复制的方式创建arm_2，arm_3，arm_4。

(4) 组合模型利用布尔运算将所有的arm组合成为一个模型，即魔T创建完成。

6、设置求解频率即扫频范围(1) 设置求解频率。

解设置窗口中做以下设置：Solution Frequency ：4GHz；Maximum Number of Passes：5；Maximum Delta S per Pass ：0.02。

(2) 设置扫频。

在扫频窗口中做以下设置：Sweep Type：Fast；Frequency Setup Type：Linear Count；Start ：3.4GHz；Stop：4GHz；Count：1001；将Save Field复选框选中。

实验仿真图如下：图1 电场E分布说明：图1以正z轴方向为激励端口1，负y轴端口2，正x轴端口3，正y轴端口4。

可知：（1）端口1作为激励端口，端口2和端口4有等幅反向波输出。

平面魔T设计实验报告姓名：苏杭班级：通信3班学号：1004220309院系：电光学院目录一、课题名称 (2)二、设计原理 (2)三、设计指标. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3四、设计步骤 (3)1．创建项目 (4)2．搭建混合环原理图 (5)3．线路参数修改 (5)4.最终结果 (14)五、心得体会 (7)电磁场与微波技术课程设计一、课题名称：环形耦合器的设计与仿真二、设计原理：混合环是微波波段常用的器件之一，它是一种耦合器，可以用来监视功率和频谱，把功率进行分配和合成，并可以构成平衡混频器和测量电桥等。

混合环是4端口网络，可以由微带线制成，混合环的结构如图1所示整个环的周长为3/2λg，四个分支线并联在环上，将环分为4段，4段长度如图1所示，λg为混合环波长。

图1混合环有两个端口相互隔离，即从一个端口输入信号，另一个与之隔离的端口没有信号输出，与此同时另外两个端口平分输入功率，因此可以看作是一个3dB 定向耦合器。

当端口1输入信号时：到达端口2的两路信号等幅同相，端口2有输出，相位滞后90度；达到端口3的两路信号等幅反相，端口3无输出；达到端口4的两路信号等幅同相，端口4有输出，相位滞后90度。

其中端口2和端口4输出振幅相同。

因此，有S 41=S 21= （-j ），S 31=0端口2输入信号时：到达端口1的两路信号等幅同相，端口1有输出，相位滞后90度；到达端口3的两路信号等幅同相，端口3有输出，相位滞后70度；到达端口4的两路信号等幅反相，端口4无输出。

其中端口1和端口3输出振幅相同。

因此有S 12= （-j ）, S 32= j ,S 42=0;当端口3输入信号时：到达端口1 的两路信号等幅反相，端口1无输出；到达端口2的两路信号等幅同相，端口2有输出，相位滞后270度；到达端口4的两路信号等幅同相，端口4有输出，相位滞后90度。

微波技术课程设计一、课程设计背景微波技术是电子信息工程专业中的重要课程之一，也是现代通信领域的核心技术。

在该领域中，微波技术被广泛应用于无线通信、雷达探测、卫星通信等方面。

因此，对于学习该专业的学生来说，深入了解微波技术是十分必要的。

二、课程设计目标本次微波技术课程设计旨在帮助学生深入了解微波技术的基本原理和应用，并通过实践操作提高其实际操作能力，具体目标如下：1. 理解微波技术的基本原理和特性；2. 掌握常见微波器件的工作原理及其应用；3. 学会使用仿真软件进行电路仿真和优化；4. 能够独立完成简单微波电路设计和制作，并进行测试。

三、课程设计内容1. 微波器件原理及应用主要介绍常见微波器件（如方向耦合器、功分器、滤波器等）的工作原理和应用场景，并通过实验验证其性能。

2. 微波传输线与阻抗匹配介绍微波传输线的类型和特点，以及阻抗匹配的原理和方法，并通过仿真软件进行电路仿真验证。

3. 微波功率放大器设计学习微波功率放大器的基本原理和设计方法，通过仿真软件进行电路仿真和优化，并进行实际制作与测试。

4. 微波射频信号发生器设计学习微波射频信号发生器的基本原理和设计方法，通过仿真软件进行电路仿真和优化，并进行实际制作与测试。

四、课程设计步骤1. 理论学习首先，学生需要通过教材、课堂讲解等方式对微波技术的基本原理、常见器件及其应用等方面进行深入了解。

2. 仿真实验在掌握一定的理论知识后，学生需要使用相关仿真软件（如ADS、HFSS等）对所学内容进行电路仿真，并对结果进行分析和优化。

3. 实际操作在完成一定数量的电路仿真后，学生需要根据所学知识独立完成简单微波电路的设计、制作与测试。

在此过程中，需要注意安全问题及仪器操作规范。

五、课程评估方式1. 实验报告学生需要根据实验内容编写实验报告，包括电路设计思路、仿真结果及分析、实际制作过程和测试结果等内容。

2. 实验成果展示学生需要将所制作的电路进行展示，并对其性能进行说明。

课程设计报告课程名称：微波技术与天线设计项目：魔T的设计设计地点：跨越机房专业班级：电信1001班学号：2010001193 学生姓名：指导教师：刘建霞2013年6月21 日相关知识：常用的波导分支器件有E 面T 型分支，H 面T 型分支和匹配双T ，匹配双T 也称魔T ，波导魔T 在微波技术中有着广泛的应用,可用来组成微波阻抗电桥、平衡混频器、功率分配器、移相器、天线双工器、平衡相位检波器、鉴频器、调制器、和差器等。

矩形波导魔T 受其频带较窄的影响,在使用中有一定的局限性,因此设计一种频带相对较宽的魔T 是有实用价值的,而现有的三维电磁仿真软件为优化设计提供了便利。

一、设计目的：通过学习和掌握HFSS 软件，加强对相关知识的理解和掌握，提高在射频领域的应用能力。

本设计基于微波元器件的理论级熟练掌握HFSS 仿真软件基础上，设计一个魔T ，查看魔T 的S 参数并分析场分布图。

二、设计原理：将E--T 分支和H--T 分支合并,并在接头内加匹配以消除各路的反射,则构成匹配双T,如右图所示,它有以下特征: 1.四个端口完全匹配. 2.端口“①、②”对称，即有 2211S S3.当端口“③”输入，端口“①、②”有等辐同相波输出，端口“④”隔离。

4.当端口“④”输入，端口“①、②”有等辐反相波输出。

端口“③”隔离。

5.当端口“①或②”输入时，端口“③、④”等分输出而对应端口“②”或“①”隔离。

6.当端口“①、②”同时加入信号时，端口“③”输出两信号相量和的1/倍，端口“④”输出两信号差的1/倍。

端口“③”称为魔T 的H 臂或和臂，端口“④”称为魔T 的E 臂或差臂。

三、设计过程：设计过程大致可分为以下几部分：（具体操作在此略）1、建立新工程2、设置求解类型3、设置模型单位4、设置模型的默认材料5、创建魔T6、为该问题设置求解频率及扫频范围7、保存工程8、求解该工程9、后处理操作最后得出的模型如下图所示：2.仿真结果S参数图：S参数图的说明：p1为激励口即图1中的④；p2,p3分别为图1中的①、②，两者的图像等幅反向，因而曲线重合；p4为激励口即图1中的③，为隔离端。

一实验要求利用HFSS建立一个波导魔T，尺寸为50mmx20mm，端口顺序如图1。

图1 魔T端口顺序二实验过程1.画图魔T的四个分支可以由三个长方体构成。

2.组合将所有的图形选中，Modeler>Boolean>Unite，将四个在分支组合为一个整体。

3.设置激励源分别将波导的4各端口按图1的顺序分别设置为wave port1、wave port2、wave port3、wave port3。

4.设置求解条件在HFSS>Analysis Setup>Add Solution Setup中将频率设置为3.7GHz;，AdaptiveSolution 下的Maximum Number of设为10，Maximum deta S设为0.001（如图2）。

点击确定。

图2 设置求解条件点击HFSS>Analysis Setup>Add Frequency Sweep,设置如图3图3 扫频设置5.检查及运行计算。

点击检查，显示无错（如图4），然后点击运行。

图4 检查无错窗口6.查看仿真结果HFSS>Results>Creat Modal Solution Data Report>Rectangular Plot，出现界面如图5，Category列设为缺省值S Parameter，Quantity列设为缺省值S(1,1)，Function列设为缺省值dB，然后点击New Report；接着Quantity列设为S(1,2)，点击Add Trace；Quantity列设为S(1,3)，点击Add Trace；Quantity列设为S(1,4)，点击Add Trace。

最终图形如图6（a）（颜色已经改过）。

同样可以得到S31、S32、S33、S34曲线如图6（b）。

图5 报告窗口（a）S11、S12、S13、S14曲线（b）S31、S32、S33、S34曲线图6 S参数曲线7 改变激励端口将所有图形转中，点击鼠标右键>Plot Field>E>Mag_E，得到图形如图7，通过动画Animation可以看到波从端口1入射，分别从端口2和4传出。

摘要本次主要涉及了低通滤波器，功分器，放大器和带通滤波器，用到了AWR，MATHCAD和ADS软件。

低通滤波器：根据设计的要求利用MATHCAD得到阶数N=5，并得到原型中的元件值g和串L并C型的电容电感值。

然后用ADS软件进行理论电路原理图的仿真与分析，然后用Kuroda规则进行微带线串并联互换，反归一化得出各段微带线的特性阻抗，之后在ADS软件中用LineCalc算出各条微带线的长宽，进而画出微带线电路图并进行仿真分析以及EM板仿真与验证。

功分器：根据威尔金森功率分配器的结构原理以及所要求的功率分配比，计算出各部分的阻抗值，染个设置合理的微带线基板参数再利用ADS软件中用LineCalc就可以求出各微带线的实际长宽值。

之后利用ADS进行微带线电路图的仿真分析并结合EM版图分析验证功率分配情况，经验证设计是满足设计要求的。

放大器：一是根据要求，选择合适的管子，需在选定的频率点满足增益，噪声放大系数等要求。

二是设计匹配网络，采用了单项化射界和双边放大器设计两种方法。

具体是用ADS中的Smith圆图工具SmitChaitUtility来辅助设计，得到了微带显得电长度，再选定基板，用ADS中的LineCalc计算微带线的长和宽。

最后在ADS中画出原理图并进行仿真，主要是对S参数的仿真。

为了达到所要求的增益，采用两级放大。

带通滤波器：首先根据要求选定低通原型，算出耦合传输线的奇模，偶模阻抗，再选定合适的基板参数，用ADS的LineCalc计算耦合微带线的长和宽，最后画出微带线原理图并进行仿真分析与验证。

关键词：低通原型，Kuroda规则，功率分配比，匹配网络，微带线课程设计正文1. 切比雪夫低通滤波器的设计1.1 设计要求： 五阶微带低通滤波器： 截止频率2.2GHZ 止带频率：4.3GHZ 通带波纹：0.5dB 止带衰减大于40dB 输入输出阻抗：50欧1.2 设计原理：切比雪夫低通滤波器具有陡峭的通带——阻带过渡特性，且陡峭程度与带内波纹有关。

本科课程设计报告课程名称：微波技术与天线设计项目：设计二：魔T的设计设计地点：跨越机房设计二、魔T的设计一、设计目的(1) 学习设计波导分支器的方法；(2) 掌握魔T的设计方法及其S参数及场分布图的分析。

(3) 掌握HFSS10软件，加强对相关知识的理解，提高在射频领域的应用能力。

二、设计原理将微波能量从主波导中分路接出的元件成为波导分支器，它是微波功率分配器件的一种，常用的波导分支器有E面T型分支、H面T型分支和匹配双T。

E-T分支： E面T型分支器是在主波导宽边面上的分支，其轴线平行于主波导的10TE模的电场方向。

E-T分支相当于分支波导与主波导串联。

H-T分支是在主波导窄边面上的分支，其轴线平行于主波导10TE模的磁场方向。

H-T分支相当于并联于主波导的分支线。

匹配双T：将E-T分支和H-T分支合并，并在接头内加匹配以消除各路的反射，则构成匹配双Ｔ，也称为魔T。

将E--T分支和H--T分支合并,并在接头内加匹配以消除各路的反射,则构成匹配双T,如右图所示,它有以下特征:①四个端口完全匹配.②端口“①、②”对称，即有③当端口“③”输入，端口“①、②”有等辐同相波输出，端口“④”隔离。

④当端口“④”输入，端口“①、②”有等辐反相波输出。

端口“③”隔离。

⑤当端口“①或②”输入时，端口“③、④”等分输出而对应端口“②”或“①”隔离。

⑥当端口“①、②”同时加入信号时，端口“③”输出两信号相量和的1/倍，端口“④”输出两信号差的1/倍。

端口“③”称为魔T的H臂或和臂，端口“④”称为魔T的E臂或差臂。

图1 魔T模型图三、设计步骤1 建立工程文件在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中，这样使得在复制模型时，所设置的边界一起复制。

2 设置求解类型3 设置模型单位将创建模型中的单位设置为毫米。

4设置模型的默认材料在工具栏中设置模型的默认材料为真空。

湖南工业大学课程设计任务书2009 — 2010 学年第二学期计算机与通信学院（系、部）通信工程专业班级课程名称：微波技术与天线设计题目：微波滤波器的设计完成期限：自2011 年 6 月20 日至2011 年6 月26 日共 1 周指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日微波技术与天线课程设计说明书微波滤波器设计及其测量起止日期：2011年06月20日至2011年06月26日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)计算机与通信学院2011年06 月26 日（一） 滤波器的种类以信号被滤掉的频率范围来区分，可分为低通（Lowpass ）、高通（Highpass ）、带通（Bandpass ）及带阻（Bandstop ）四种。

若以滤波器的频率响应来分，则常见的有巴特渥兹型(Butter-worth)、切比雪夫I 型(Tchebeshev Type-I)、切比雪夫Ⅱ型(T chebeshev Type-Ⅱ)及椭圆型(Elliptic)等，若按使用元件来分，则可分为有源型及无源型两类。

其中无源型又可分为L-C 型(L-C Lumped)及传输线型(Transmission line)。

而传输线型以其结构不同又可分为平行耦合型(Parallel Coupled)、交叉指型(Interdigital)、梳型(Comb-line)及发针型(Hairpin-line)等等不同结构。

本实验以较常用的巴特渥兹型(Butter-worth)、切比雪夫I 型(Tchebeshev Type-I)为例，说明其设计方法。

首先了解Butter-worth 及Tchebeshev Type-I 低通滤波器的响应图。

(a) Butterowrth[]|),(|log 10),(,011),(2ωωωωωN B N B if N B LP NLP ⋅=≥+=(b) Tchebyshev Type []|),,(|l o g 10),,(,)(11),,(22ωωωεωN rp T N rp T T N rp T LP n LP ⋅=+=其中rp(dB)——通带纹波(passband ripple), 11010/2-=rp ε N ——元件级数数（order of element for lowpass prototype ） ω——截通比（stopband-to-passband ratio ）， ω= fc / fx (for lowpass)= B Wp / BWx (for bandpass) 其中fc ——-3 dB 截止频率（3 dB cutoff frequency ） fx ——截止频率（stopband frequency ） BWp ——通带频宽（passband bandwidth ） BWx ——截止频宽（stopband bandwidth ） T n (ω)为柴比雪夫多项式(Tchebyshey polynom als)[][]⎩⎨⎧>⋅⋅⋅≤⋅≤⋅⋅=--1)(cosh cosh 10)(cos cos )(11ωαωαωαωαωif N if N T n 其中⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=-εα1cosh 1cosh 1N，11010/2-=rp ε图4-1(a)(b)即是三级巴特渥兹型B （3，ω）与三种不同纹波和级数的切比雪夫型的截通比响应的比较图。

微波仿真报告（魔T的仿真）07083003 薛飞一：微波结构性质应用波导魔T是匹配的双T，由双头T波导接头处加入匹配元件构成。

如图，具有以下性质。

1．四个端口完全匹配2．不仅E臂和H臂相互隔离，而且双侧臂（即2，3）也相互隔离3．进入一侧臂的信号，将由E臂和H臂等分输出，而且不进入另一侧臂4．进入H臂的信号，将由两侧臂等幅同相输出，而且不进入E臂5．进入E臂的信号，将由两侧臂等幅反相输出，而且不进入H臂6．若两侧臂同时加入信号，E臂输出的信号等于两出入信号相量差的1/根号2倍。

H臂输出的信号则等于两输入信号相量和的1/根号2倍由于特性6，所以魔T的E臂常称为差臂，H臂常称为和臂。

在了解了魔T的基本性质情况下我们将用ANSOFT公司的HFSS软件对魔T进行仿真。

二：建模第一步我们先进行建模利用HFSS软件可以很方便的完成各种模型元件的仿真。

步骤如下：1．打开HFSS软件，调试软件，在面板上画下如下的长方体长75宽50高25如下图：2．在建立好的长方体上加入激励。

如图所示注意这里TOOL中OPTIONS-HFSSOPTIONS中的duplicate boundaries/mesh operations with geometr要选中，方便加激励后的旋转。

在加入激励后如下图所示的规定出激励的积分方向。

3.对得到的立方体对轴进行旋转得到如下图所示的图形，设置长方体为一个物体。

到这里我们就将魔T的模型建立完毕了。

三：结果现在我们开始进行分析结果。

首先对分析进行设置。

选择菜单项; HFSS > Analysis Setup > Add Solution Setup设置频率;4.0GHZ ，设置最多步数：5 设置步长为0.02.选择菜单项：HFSS > Analysis Setup > Add Sweep选择设置：Setup1扫频类型: Fast 扫频设置类型：Linear Count。