基于MICROWAVE和MATHCAD的微波电路设计方法的研究

摘要

微波混频器是重要的微波部件之一，其作为接收前端，广泛应用于通信、卫星及高频电子测量等系统中。随着通信的不断发展，对微波混频器电路的体积、重量、抗震性等指标都提出了更高的要求，因此微波混频器的集成化程度也就越来越高，其复杂度也就随之增加，并且，混频器中各种元件集成在一起，更换、调整十分困难，甚至难以进行单独的特性测量。最近几年，人们对利用计算机辅助设计微波电路进行了大量的研究，出现了许多微波电路的计算机辅助设计软件，大大缩短了微波电路的设计调试周期，提高了微波电路的设计效率。目前，在国内使用的微波cad软件中，最常用的有三种：Microwaveoffice、NTsoft和ADS，其中，Microwaveoffice具有强大的电路编辑能力、测试仿真能力，以及丰富的元件库和模块库(能自由定制)，综合性价比较好，且拥有广大的用户群。由于该软件主要是电路图和印制版的设计和仿真，而不能直接从系统设计指标得到电路结构及参数，因此，研究如何借助辅助计算软件，调整电路结构，确定电路参数，提高设计效率有着十分重要的理论意义和实用价值。 本课题提出了将Mathcad和Microwaveoffice相结合，利用分块式设计方法设计微波电路的新方法。该方法引入Mathcad作为本课题的数值分析软件，利用其强大的数值分析计算能力对不同电路结构的电路参数进行计算，弥补Microwave在计算方面的不足，通过两个软件结合使用，提高设计的效率。结合上述两个软件对两个不同频段的混频器电路的设计，说明了该方法的使用。两个混频器电路的性能指标的仿真效果证明了该方法的有效性和正确性。研究表明，通过引入分块式设计方法，大大减少了电路设计的工作量，缩短了设计的周期，具有周期短、效率高、设计简单、可重复性强、节约成本等优点，具有较强的实用价值。将此方法在LAN上进行了尝试，证明了其同样适用于LAN上的微波混频器电路的设计，有助于满足微波混频器以及其他微波部件电路团队设计的需要。 本课题研究所做的工作主要有：首先，针对使用microwave软件进行电路设计时出现的问题进行研究；然后用mathcad软件对电路进行数据计算编程的方法，将两者进行结合，对微波混频器电路进行设计，通过对两个电路设计，说明Mathcad和Microwaveoffice相结合利用分块式设计方法设计微波混频器电路的CAD方法，并通过对电路仿真后的性能指标的分析，证明了该新方法的有效性和正确性；最后通过LAN的实验，验证了该方法在LAN上使用的可行性，进一步扩展了该方法的适用范围。研究的最后，根据两个微波部件外特性的测试结果，使用本方法分析求得了相应的电路结构和参数。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1本课题研究的背景和目的

1.2本课题主要研究工作

1.3本文结构

2微波混频器的工作原理与电路的传统设计方法

2.1微波混频器工作原理

2.1.1非线性电阻二极管混频器混频机理

2.1.2 MESFET混频器的混频原理

2.2微波混频器电路的传统设计方法

2.3两分支线耦合器平衡混频器电路的传统设计方法

2.3.1原理分析

2.3.2平衡混频器电路设计

3结合MICROWAVE和MATHCAD设计微波电路的新方法

3.1 MICROWAVE软件与问题的解决

3.1.1 MICROWAVE软件介绍与设计流程

3.1.2问题的解决

3.2 MATHCAD软件及其对电路数据计算的研究

3.2.1 MATHCAD软件的数据处理能力

3.2.2 MATHCAD软件对电路数据计算的研究

3.3两种软件结合对微波混频器电路进行设计中出现的问题与对策

3.3.1两种软件对数据计算的互补

3.3.2电路复杂程度和编程难度

3.4关于新的微波电路设计方法的提出

4 5.8GHz分支线耦合器平衡混频器电路的设计

4.1电路模拟设计

4.1.1微带混频管微波阻抗的测试及其配对

4.1.2微带线的计算

4.1.3两分支线变阻耦合器计算

4.1.4高频短路线、中频输出线的计算

4.1.5 T型接头电参考面修正

4.1.6分块式设计方法

4.1.7完整的混频器电路原理图与印制板图

4.2电路模拟测量

4.3电路模拟调试

4.4电路设计与性能指标分析

4.5制版图的制作

4.6本章小节

5输出中频为500MHz的FET混频器的设计

5.1电路设计

5.2电路性能指标分析

5.3本章小节

6 LAN实验验证

6.1共享问题

6.2分块式设计方法在LAN上的推广

7电路实验验证

7.1低通滤波器部件的实验测试及电路的获取

7.2耦合器部件的实验测试及电路的获取

8全文总结

致谢

参考文献

附录：硕士研究生在攻读期间录用及发表的论文目录