中衡实验一匹配电路的【设计明细】与仿真.pdf
实验一匹配电路的设计与仿真一、实验目的1、掌握阻抗匹配、共轭匹配的原理2、掌握集总元件 L 型阻抗抗匹配网络的匹配机理3、掌握并(串)联单支节调配器、/4 阻抗变换器匹配机理4、了解 ADS 软件的主要功能特点5、掌握 Smith 原图的构成及在阻抗匹配中的应用6、了解微带线的基本结构二、实验原理1、基本阻抗匹配理论Us2Us22iPo I RL2RL，RL kRs,PRs(Rs RL)kP2Pio(1k)信号源的输出功率取决于 Us、Rs 和 RL。在信号源给定的情况下，输出功率取决于负载电阻与信号源内阻之比 k。当 RL=Rs 时可获得最大输出功率，此时为阻抗匹配状态。无论负载电阻大于还是小于信号源内阻，都不可能使负载获得最大功率，且两个电阻值偏差越大，输出功率越小。2、共轭匹配：*当ZL Zg，源输出功率最大，称作共轭匹配。*若ZL Zg，需在负载和信号源之间加一个阻抗变换网络，将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭。3、阻抗匹配：/4 阻抗变换器并(串)联单支节调配器调配原理：y(左)=1=y(右)+jb，y(右)=1-jb调配过程：a).yL 于 A 点b)等圆顺时针旋转与 g=1 的圆交于 B 点，旋转长度为 d（接入点的位置）c)B 点的虚部为 jb，并联支节的电纳为-jb，则匹配d)jb 于 E 点，则支线电长度为 l（短路线）三、实验内容1、设计L型阻抗匹配网络，使Zs=(25j*25)Ohm信号源与ZL=(100j*25)Ohm的负载匹配，频率为 500MHz。2、设计微带单枝节短截线匹配网络，使 ZS=(55j*40)Ohm 信号源与ZL=(30+j*50)Ohm 的负载匹配，频中心频率为 1.5GHz四、实验步骤I、L 型匹配网络1、打开 ADS2、新建一个工程，长度单位选毫米3、选“No help needed”，然后单击“finish”4、在元件库列表中选择“Simulating-S Param”，单击SP 和Term放入两个 Term和一个 SP 控件5、双击 Term1，Term2端口，弹出对话框改变参数6、双击 S-Paraemters 控件，弹出对话框改变参数7、选择元件库“Smith Chart Matching”，单击在原理图中添加“DA_SmithChartMatching”控件，单击工具栏，放置并连接原件8、双击 DA_SmithChartMatching控件，设置相关参数9、执行菜单命令【Tools】【Smith Chart】，弹出“SmartComponent Syne”对话框，选择“Update SmartComponent from Smith Chart Utility”，单击 OK10、改变 Freq，单击“DefineSource/load Network terminations”按钮11、采用分立元件 LC 匹配过程如下图改变 L、C 位置，观察 L、C 值变化时输入阻抗变化轨迹12、单击“Build ADS Circuit”按钮，即可生成相应的电路13、选中 DA_SmithChartMatch 控件，单击菜单栏向下的箭头，以查看匹配电路14、单击向上的箭头，返回到原理图15、单击图标，进行仿真16、单击，在结果窗口单击，选中要查看的图形，仿真结果输出II、微带单支节短截线1、新建一个工程，长度单位选毫米2、在元件库列表中选择“Passive Circuit DG-Matching”，放置元件MSUB（微带基片）和 SSMATH（微带单支节短截线）3、执行菜单命令【Insert】【Template】，选择 S_ Params，在原理图中加入 S参数模块4、双击 MSUB 元件，设置参数5 5、双击“DA_SSMatch_MLIN_SMatching”控件，设置参数，输入阻抗与源阻抗输入阻抗与源阻抗ZsZs 共轭共轭6、设置 TERM1、TERM2 阻抗，S 参数扫频方案，完成设计7、执行菜单命令【DesignGuade】【Passive Circuit】，选择对话框中的 MicrostripControl Window，选择 Design AssiantDesign，100%出现后，Close 该对话框8、选中 SSMatch 控件，单击菜单栏向下的箭头，以查看匹配电路9、单击向上的箭头，返回到原理图10、单击“齿轮”按钮，进行仿真，分析结果11、匹配电路的版图生成。在工具栏单击“Deactive or Active”控件，然后单击 2 个“地”、2 个“Term”，“SP”控件，使它们失效，就不会出现在所生成的版图中。12、执行菜单命令【Layout】-【Generate/Update Layout】，弹出一个设置对话框，这里应用其默认设置，直接单击 OK。（第 5,6 步的图）五、实验结果I、L 型匹配网络由仿真结果可知在 500MHz 时反射系数最小，电压传输系数最大，系统性能最好。II、微带单支节短截线0-5-10-15dB(S(1,2)dB(S(2,2)dB(S(2,1)dB(S(1,1)-20-25-30-35-40-451.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0freq,GHz由仿真结果可知在 1.5GHz 时反射系数较小，电压传输系数最大，系统性能较好。六、练习题1、设计 L 型阻抗匹配网络，使 Zs=(46j124)Ohm 信号源与 ZL=(20+j100)Ohm 的负载匹配，频率为 2400MHz.解：原理图：匹配电路：仿真结果如下：2、设计微带单枝短截线线匹配电路，使 MAX2660 的输出阻抗 ZS=（126-j*459）Ohm 与 ZL=50Ohm 的负载匹配，频率为 900MHz.微带线板材参数：相对介电常数：2.65，相对磁导率：1.0，导电率：1.0e20，损耗角正切：1e-4基板厚度：1.5mm，导带金属厚度：0.01mm解：原理图：匹配电路：仿真结果：版图生成如下：七、思考题1、常用的微波/射频 EDA 仿真软件有哪些？答：微波/射频领域主要的 EDA 工具有 Agilent 公司的 ADS 软件和 Ansoft 公司的HFSS、Designer 软件，Microwave Office,Ansoft Serenade,CST等微波/射频电路设计软件，还有 Smith 圆图软件 Winsmith 等。2、用 ADS 软件进行匹配电路设计和仿真的主要步骤有哪些？答：画出原理图，添加 DA_SmithChartMatching”控件，设置相关参数，执行菜单命令【Tools】【Smith Chart】，弹出“SmartComponent Syne”对话框，选择“Update SmartComponent from Smith Chart Utility”，单击 OK，在 Smith Chart中并联电感串联电容或并联电容串联电感，改变电容电感的值，直至匹配。单击“Build ADS Circuit”按钮，即可生成相应的电路。在原理图中，选中DA_SmithChartMatch 控件，单击菜单栏向下的箭头，以查看匹配电路，单击向上的箭头，返回到原理图。单击“齿轮”图标，进行仿真。3、给出两种典型微波匹配网络，并简述其工作原理。答：下图为两种典型微波匹配网络：对于 T 型网络，它的输入输出阻抗和传输系数分别为：其中 A11，A12，A21，A22 为网络 A 参数，通过上式可求得：同时可求得型网络的电路参数为：4、画出微带线的结构图，若导带宽度 w、r 增大，其特征阻抗 Z0 如何变化？答：微带线的结构图如下图。介质微带特性阻抗随着 W/h 增大而减小；相同尺寸条件下，r 越大，特性阻抗 Z0 越小。5、写出实验体会和建议。通过此次试验了解了阻抗匹配网络的原理，重点学会了 L 型阻抗匹配网络的设计，学会用 Smith 原图进行阻抗匹配，对 ADS 软件有了初步的了解。此外，也学会了用微带单支节短截线进行阻抗匹配。
