微带线匹配网路设计原理

宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。

随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。

宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。

本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。

随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。

在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。

本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。

通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。

本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。

通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。

二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。

了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。

圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。

圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。

这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。

圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。

它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。

这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。

本文主要对射频功率放大器电路设计进行介绍，主要介绍了射频功率放大器电路设计思路部分，以及部分设计线路图一、阻抗匹配设计大多数PA都内部集成了到50欧姆的阻抗匹配设计网络，不过也有一些高功率PA 将输出端匹配放在集成芯片外部，以减小芯片面积。

常用的匹配设计有微带线匹配设计、分立器件匹配设计网络等，在典型设计中有可能会将两者共同使用，以改善因为分立器件数值不连续带来的匹配设计不佳的问题。

PA阻抗匹配设计原理和射频中的阻抗匹配相同，都是共轭匹配设计，主要实现功率的最大传输。

常用工具可以使用Smith圆图来观察阻抗匹配设计变化，同时用ADS软件来完成仿真。

二、谐波抑制由本人微博《射频功率放大器 PA 的基本原理和信号分析》得知，谐波一般是由器件的非线性产生的倍频分量。

谐波抑制对于CE、FCC认证显得尤为重要。

由于谐波的频率较分散，所以一般采用无源滤波器来衰减谐波分量，达到抑制谐波的效果。

不仅PA，其它器件包括调制信号输出端都有可能产生谐波，为了避免PA对谐波进行放大，有必要在PA输入端即添加抑制电路。

上图所示无源滤波器常用于2.4G频段的芯片输出端位置，该滤波器为五阶低通滤波器，截止频率约为3GHz，对2倍频和3倍频的抑制分别达到45.8dB和72.8dB。

使用无源滤波器实现谐波抑制有以下优点：l 简单直接，成本有优势l 良好的性能并且易于仿真l 可以同时实现阻抗匹配设计三、系统设计优化系统设计优化主要从电源设计，匹配网络设计出发，实现PA性能的稳定改善。

3.1 电源设计功率放大器是功耗较大的器件，在快速开关的时候瞬间电流非常大，所以需要在主电源供电路径上加至少10uF的陶瓷电容，同时走线尽量宽，让电容放置走线上，充分利用电容储能效果。

PA供电电源一般有开关噪声和来自其它模块的耦合噪声，可以在PA靠近供电管脚处放置一些高频陶瓷电容。

有必要也可以加扼流电感或磁珠来抑制电源噪声。

从SE2576L的结构框图可以看出，该PA一共由三级放大组成，每一级都单独供电，前面两级作为小信号电压增大以及开关偏置电路，其工作电流较小，最后一级功率放大，其电流很大。

微带传输线的阻抗匹配问题微带传输线的匹配问题串联匹配Rs 为驱动端的输出电阻（电阻值很小）；Z0为传输线特征阻抗；负载端输入电阻很大，近似开路。

为了达到电阻匹配，在驱动端串联电阻R ，使Rs ＋R ＝Z0（电阻串联匹配）当驱动端有一个从5V 降到1V 的脉冲时（具体多大电压不重要），在信号从负载端反射回驱动端之前，驱动端的压降只有2V ，（5－1）/2，相当是Rs ＋R 和Z0分压（如图下部），就是搞不懂为什么会分压，Z0怎么就接地了呢？请教，谢谢！传输线是一对导线组成的，包括信号传播路径和返回路径（即“地”）。

特征阻抗是指传播路径和返回路径之间的等效电阻。

只要信号没达到终端，在任何时刻，在传输线上的任意点，信号都会“感受”到该等效电阻，因为传输线上任意点都要给该点以后的传输线提供能量。

我认为传输线的特征阻抗并不是表示一个串联在源端和终端之间的一个电阻，应该认为在源端看来，它是一个阻值为Z0的到地的一个电阻。

从理想传输线模型（大概是这样，具体忘了，可能有不少问题）可以看到这一点。

信号从源端入射，不断地给分布电容、分布电感提供能量，从左到右建立电磁场，直到信号传送到终端。

并联匹配上面我说的只是源端的情况。

下面说说终端的情况。

信号传到终端时，根据负载的不同，情况不同。

当负载阻抗等于特征阻抗时，信号被负载完全吸收，不会发生反射；当负载阻抗大于特征阻抗时，会有一个电压为正的反射信号，一种典型情况是终端开路，这时反射电压等于入射电压，即全反射；负载阻抗大于特征阻抗时，会有一个电压为负的反射信号，一种典型情况是终端短路，这时反射电压等于负的入射电压。

反射电压和入射电压会在终端叠加，所以当终端负载阻抗很大时，会有信号过冲。

为了抑制信号的反射，需要做阻抗匹配。

所谓的阻抗匹配，就是使得传输线的终端负载等于特征阻抗。

匹配有两种方法：1. 源端串联匹配方法。

这种匹配方法实际上是在传输线上入射一半的信号电压，当信号传到终端时，由于负载阻抗非常大，近似于开路，信号在终端发生全反射，反射电压加上入射电压就等于信号原来的电压了。

微带短截线匹配1、短截线是短路线Z in (d)＝j •Z 0•tg (βd) ＝j •Z 0•tg (λπ2·d)Y in (d)＝－j •Y 0•[1/tg (βd)]＝－j •Y 0•[1/tg (λπ2·d)]所以Y in (8λ)＝－j •Y 0•[1/tg (λπ2·8λ)]＝－j •Y 0•1＝－j •Y 0Y in (83λ)＝－j •Y 0•[1/tg (λπ2·83λ)]＝－j •Y 0•(－1)＝j •Y 02、短截线是开路线：Z in (d)＝－j •Z 0•d tg β1＝－j •Z 0•)2(1d tg ⋅λπY in (d)＝j •Y 0•tg (βd)＝j •Y 0•tg (λπ2·d)所以Y in (8λ)＝j •Y 0•tg (λπ2·8λ)＝j •Y 0•1＝j •Y 0Y in (83λ)＝j •Y 0•tg (λπ2·83λ)]＝j •Y 0•(－1)＝－j •Y 0因此长度为8λ的短路线相当于长度为83λ开路线；长度为83λ的短路线相当于长度为8λ开路线。

3、非平衡短截线与平衡短截线为了使得并联短截线和串联传输线之间的传输影响最小，常常将并联短截线平衡分布于串联传输线的两边。

两段平衡短截线ST 1和ST 2并联后的总电纳必须等于一段非平衡短截线的电纳，所以每一段平衡短截线的电纳必须等于非平衡短截线电纳的一半。

设非平衡短截线的长度为l SA ，平衡短截线的长度为l SB 。

4.1当短截线为短路线时：Y in (l SA )＝－j •Y 0•[1/tg (βl SA )]＝－j •Y 0•[1/tg (λπ2·l SA )] Y in (l SB )＝－j •Y 0•[1/tg (βl SB )]＝－j •Y 0•[1/tg (λπ2·l SB )]因为Y in (l SA )＝2•Y in (l SB )，所以可得1/tg (λπ2·l SA )＝2/tg (λπ2·l SB )，即tg (λπ2·l SB )＝2 tg (λπ2·l SA )，因此)22(2λππλSASB l tg arctg l ⋅⋅=（1）当l SA < 2λ时，有)22(2λππλSASB l tgarctg l ⋅⋅=如：l SA ＝8λ时，)822(2λλππλ⋅⋅=tgarctg l SB )42(2ππλtgarctg ⋅=22arctg ⋅=πλ＝0.1762λ（2）当l SA > 2λ时，有)]22([2λπππλSASB l tgarctg l ⋅+⋅=如：l SA ＝83λ时，)]8322([2λλπππλ⋅+⋅=tgarctg l SB )]432([2πππλtgarctg +⋅= )]2([2-+⋅=arctg ππλ＝0.3238λ4.2当短截线为开路线时： Y in (l SA )＝j •Y 0•tg (βl SA )＝j •Y 0•tg (λπ2·l SA ) Y in (l SA )＝j •Y 0•tg (βl SA )＝j •Y 0•tg (λπ2·l SA )因为Y in (l SA )＝2•Y in (l SB )，所以可得tg (λπ2·l SA )＝2•tg (λπ2·l SB )，即tg (λπ2·l SB )＝21·tg (λπ2·l SA )，因此)221(2λππλSASB l tg arctg l ⋅⋅= （1）当l SA < 2λ时，有)221(2λππλSASB l tg arctg l ⋅⋅= 如：l SA ＝8λ时，)8221(2λλππλ⋅⋅=tg arctg l SB )421(2ππλtg arctg ⋅=)21(2arctg ⋅=πλ＝0.07379λ （2）当l SA > 2λ时，有)]221([2λπππλSASB l tg arctg l ⋅+⋅= 如：l SA ＝83λ时，)]83221([2λλπππλ⋅+⋅=tg arctg l SB )]4321([2πππλtg arctg +⋅= )]21([2-+⋅=arctg ππλ＝0.4262λ。

微带天线工作原理微带天线是一种广泛应用于通信系统中的天线结构，它具有结构简单、制作方便、性能可调和工作频段宽等优点，因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。

微带天线的工作原理是基于微带线与辐射负载之间的耦合效应，通过合理设计微带线和辐射负载的结构参数，可以实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节。

本文将从微带天线的基本结构、工作原理和特点等方面进行详细介绍。

1. 微带天线的基本结构。

微带天线的基本结构包括微带线、辐射负载和基底板三部分。

微带线是由金属导体和绝缘基底组成的，其长度和宽度决定了天线的工作频率和阻抗匹配特性。

辐射负载是用来辐射电磁波的部分，通常是一个金属片或贴片，其结构和尺寸对天线的辐射特性有重要影响。

基底板是支撑微带线和辐射负载的部分，通常采用介质常数较小的材料，如陶瓷基板或塑料基板。

2. 微带天线的工作原理。

微带天线的工作原理主要是基于微带线与辐射负载之间的耦合效应。

当微带线上有高频电流通过时，会在微带线和基底板之间产生电磁场，这个电磁场会通过辐射负载辐射出去，从而实现天线的辐射功能。

微带线的长度和宽度决定了天线的工作频率，而辐射负载的结构和尺寸则影响了天线的辐射特性。

通过合理设计微带线和辐射负载的结构参数，可以实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节。

3. 微带天线的特点。

微带天线具有结构简单、制作方便、性能可调和工作频段宽等特点。

首先，微带天线的制作工艺相对简单，可以采用印制电路板工艺进行批量生产，成本较低。

其次，微带天线的结构参数可以通过调节微带线和辐射负载的尺寸来实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节，具有较好的可调性。

最后，微带天线的工作频段较宽，可以满足不同频段的通信需求。

总结：微带天线是一种在无线通信系统中广泛应用的天线结构，其工作原理是基于微带线与辐射负载之间的耦合效应。

通过合理设计微带线和辐射负载的结构参数，可以实现对天线的频率、阻抗和辐射特性的调节。

微带天线具有结构简单、制作方便、性能可调和工作频段宽等特点，因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。

《微波技术》实验指导书第一章《微波技术实验》教学大纲课程编号：06080703213 课程属性：专业必修课学时：12学时学分：1学分开课学期：第五学期先修课程：高频电路适用专业：通信工程课程简介：《微波技术实验》是一门实践性都很强的专业必修课。

本课程主要是使用ADS、HFSS等设计软件进行微波电路的设计与仿真，使用微波测试仪器进行微波特性参数的测量及微波通信系统的组装、调试。

通过该实验课的基本训炼，使学生初步具备微波实验基本知识，掌握常用微波测试仪器、器件的原理和使用方法，掌握常见微波系统的测量方法和常用微波特性参数的测量，具备初步的处理实验故障的能力。

一、实验项目设置及学时分配二、实验内容及教学要求实验项目1：标量网络分析仪的构成及电压驻波比的测试1、教学内容（1）标量网络分析仪的构成原理。

（2）频谱仪的基本操作。

（3）电压驻波比、回波损耗等概念。

（4）使用标量网络分析仪进行电压驻波比测试方法。

2、教学目标（1）掌握频谱仪校准、信号跟踪源参数的设置过程。

（2）掌握使用标量网络分析仪进行电压驻波比测试方法。

（3）掌握插损校准与端口损耗校准的方法。

实验项目2：微波定向耦合器的原理与测试1、教学内容（1）定向耦合器的每个端口的含义。

（2）耦合度、隔离度的定义。

（3）定向耦合器的分类与基本原理。

（4）耦合度、隔离度、驻波比的测试方法。

2、教学目标（1）掌握耦合度、隔离度的概念。

（2）了解定向耦合器的分类与基本原理。

（3）掌握耦合度、隔离度、驻波比的测试原理。

实验项目3：用ADS软件设计阻抗匹配网络1、教学内容阻抗匹配网络的设计原理。

（1）/4（2）并联单端短路微带线匹配网络的设计原理。

（3）并联单端开路微带线匹配网络的设计原理。

（4）ADS软件的基本操作方法。

（5）使用ADS软件进行阻抗匹配网络设计。

2、教学目标（1）了解ADS的基本操作。

（2）理解阻抗匹配网路的设计原理。

（3）熟练掌握使用ADS设计阻抗匹配网路。

实验2 微带分支线匹配器一、实验目的：1．熟悉支节匹配器的匹配原理2. 了解微带线的工作原理和实际应用3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络二、实验原理支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。

单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。

匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+jB形式。

然后，此短截线的电纳选择为-jB，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。

双支节匹配器，通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。

三、实验内容已知：输入阻抗Zin=75欧负载阻抗Zl=（64+j35）欧特性阻抗Z0=75欧介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2G赫兹时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=四分之一波长，两分支线之间的距离为d2=八分之一波长。

画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz的变化四、实验步骤（一）单支节1.在Smith导纳圆图上画出负载ZL所处的VSWR圆，标出其与单位电导圆的交点。

这里可以有两个交点，选择离负载较近的那个点进行计算。

角度为-105.4°。

-105.4°-93.31°=-198.71°198.71°/2=99.35°L=1.4373mm。

3. 再将图中标记改为显示导纳值，由图得出支节的电纳为-j0.5310494.由图求出短路点距离支节接入点的电长度。

角度为（180°-56°）/2=62°5.再由TXLINE，输入角度值，算出微带线的参数。

ZZU-IE微波工程论文微带线原理及特性zd学号：***********微带线原理及特性摘要：微带电路现在应用十分广泛，本文介绍了微带线的原理及基本特点。

详细说明了其特性阻抗和相速。

并对耦合微带线的场结构与等效边界条件，微带线的损耗和色散特性做了分析.关键词：微带线，奇偶模激励,色散特性一、什么是微带线所谓微带线，就是适合制作微波集成电路的平面结构传输线。

微带线是一种带状导线,与地平面之间用一种电介质隔离开，其另一面直接接触空气，只有一个地平面作为参考层面。

微带线的几何结构和电场力线图如图1所示，它包括导体板、介质基片和导体带三部分.介质基片必须损耗小、光洁度高，以降低衰减。

微带线的几何结构并不复杂,但是它的电场磁场却相当复杂,在微带线上传输的并不是严格的TEM波,而是准TEM波。

由于介质基片的存在，场的能量主要集中在基片区域,其场分布与TEM波非常接近，故称为准TEM波。

图错误!未定义书签。

微带线的几何结构和电场力线图微带线于l952年提出，现在已是人们最熟悉和在射频电路中应用最普遍的传输线.微带线具有价廉、体积小、存在临界匹配和临界截止频率,容易与有源器件集成.生产中重复性好，以及与单片射频集成电路兼容性好等优点。

与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等;但损耗稍大，功率容量小。

60年代前期，由于微波低损耗介质材料和微波半导体器件的发展，形成了微波集成电路，使微带线得到广泛应用，相继出现了各种类型的微带线。

一般用薄膜工艺制造。

介质基片选用介电常数高、微波损耗低的材料。

导体应具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。

二、微带线特点1、微带的第一个特点是非机械加工，它采用金属薄膜工艺，而不是像带状线要做机加工。

图错误!未定义书签。

微带工艺2、一般地说，微带均有介质填充，因此电磁波在其中传播时产生波长缩短，微带的特点是微。

3、结构上微带属于不均匀结构。

为了处理方便经常提出有效介电常数(它是全空间填充的)，注意是相对的.图 1 微带的有效介电常数定义εre（Ⅰ）和（Ⅱ）的λp 相同，λp =λ0√εre⁄ （2—1) （Ⅰ）和（Ⅱ）的Z 0相同,Z 0=Z 01√εre⁄ （2-2） 其中，Z 0是介质微带线的特性阻抗；Z 01是空气微带线的特性阻抗。

信息与通信工程学院电磁场与微波技术实验报告实验二微带分支线匹配器实验目的1．熟悉支节匹配器的匹配原理2．了解微带线的工作原理和实际应用3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络实验原理1.支节匹配器支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。

单支节匹配器：调谐时，主要有两个可调参量：距离d和分支线的长度l。

匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是0+B形式，即=0+B，其中0=1/0 。

并联开路或短路分支线的作用是抵消Y的电纳部分，使总电纳为0 ，实现匹配，因此，并联开路或短路分支线提供的电纳为−B，根据该电纳值确定并联开路或短路分支线的长度l，这样就达到匹配条件。

双支节匹配器：通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（注意双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。

2.微带线微带线是有介质(>1) 和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为，介于1和之间，依赖于基片厚度H和导体宽度W。

而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为、基片厚度H和导体宽度W有关。

实验内容已知：输入阻抗 Zin=75Ω负载阻抗 Zl=（64+j35）Ω特性阻抗 Z0=75Ω介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2GHz时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=1/4λ，两分支线之间的距离为d2=1/8λ。

画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz的变化。

实验步骤1．根据已知计算出各参量，确定项目频率。

3．设计单枝节匹配网络，在图上确定分支线与负载的距离以及分支线的长度，根据给定的介质基片、特性阻抗和频率用TXLINE计算微带线物理长度和宽度。

微带天线的设计和阻抗匹配微带天线是一种广泛应用于无线通信领域的新型天线。

它具有体积小、重量轻、易于集成等优点，因此特别适合于现代通信系统的应用。

本文将详细介绍微带天线的原理、设计思路、阻抗匹配方法以及实验验证等方面的内容。

微带天线是在介质基板上制作的一种天线。

它主要由辐射元和传输线组成，通过在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线，利用电磁波的辐射和传播特性实现天线的功能。

由于辐射元和传输线都印制在介质基板上，因此微带天线具有体积小、重量轻、易于集成等优点。

选择合适的介质基板，根据需要选择介电常数、厚度、稳定性等参数；在介质基板上印制金属导带，形成辐射元和传输线；根据设计要求，对金属导带进行形状和尺寸的调整；为提高天线的性能，需要进行阻抗匹配等调试；选取合适的材料：根据应用场景和设计要求，选择合适的介质基板和金属材料；设计形状和尺寸：根据天线设计的原理，设计合适的辐射元和传输线形状，以及其尺寸大小；考虑天线的抗干扰能力：为提高天线的性能，需要采取措施提高天线的抗干扰能力，如设置保护区、采用滤波器等。

微带天线的阻抗匹配是实现天线高效辐射的关键环节。

通常情况下，微带天线的阻抗不是纯电阻，而是具有一定的电抗分量。

为了使天线与馈线之间实现良好的阻抗匹配，通常采用以下方法：改变馈线的特性阻抗：通过调整馈线的几何形状、材料等参数，改变馈线的特性阻抗，使其与天线的阻抗相匹配；添加电阻、电容等元件：在馈线与天线之间添加适当的电阻、电容等元件，以调整天线的阻抗，实现阻抗匹配；采用分步匹配：通过在馈线与天线之间设置适当的阶梯状阻抗，逐渐接近天线的阻抗，从而实现良好的阻抗匹配。

为了验证微带天线的性能和阻抗匹配的效果，通常需要进行实验测试。

实验测试主要包括以下步骤：搭建测试平台：根据需要搭建测试平台，包括信号源、功率放大器、接收机等；连接测试平台：将微带天线与测试平台连接，确保稳定的信号传输；调整阻抗匹配：根据实验结果，对天线的阻抗匹配进行微调，以获得最佳的性能；进行测试：在不同的频率、距离等条件下进行测试，收集数据并进行分析；结果分析与讨论：根据实验数据进行分析和讨论，评估微带天线的性能和阻抗匹配的效果。