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射频阻抗匹配SunFeng2015 06 19 IEEE频谱分段 射频频率范围 通常是指从VHF到S波段 阻抗失配的示例 传输线及传输线理论 当信号的波长可于分立电路元件的几何尺寸相比拟时 电压和电流不再保持空间不变 必须把它们看做传输的波 信号采用传输线理论进行分析 常用的传输线 双线传输线 同轴线 微带线 特征阻抗 电磁场理论 特征阻抗在自由空间 向正z方向传播的平面电磁波可写成典型的正弦波的形式 电场分量和磁场分量的比值即为特征阻抗 磁导率 介电常数 特征阻抗 零阶模型 传输线瞬时阻抗 阻抗 电压 电流 特征阻抗 在这个模型中 每个小电容的大小就是传输线单位长度的电容量与步长的乘积 电流为每步时间间隔从脚底流出注入到每个电容上的电量 电容乘以其两端的电压 每步之间的时间间隔 等于单位步长除以信号的速度 电流的求解公式如下 其中 表示信号电流 表示每步的电量 表示每步的电容 表示从一个电容跨到另一个电容的时间 为单位长度的电容量 表示步长 表示信号的速度 表示信号的电压 传输线的瞬时阻抗为 其中 表示材料的介电常数 PCB常用微带线的瞬时阻抗 特征阻抗 一阶模型 特征阻抗 特征阻抗 使用基尔霍夫电压定律得出 使用基尔霍夫电压定律得出 按照电路特性 求解微分方程 得出特征阻抗 PCB板调整微带线的特征阻抗 调整介质厚度和线宽 特性阻抗 对于均匀传输线 当信号在上面传播时 在任何一处受到的瞬态阻抗都是相同的 瞬态阻抗即为传输线的特性阻抗 标为 著名的特性阻抗 阻抗 瞬时阻抗 特征阻抗 不同观测时刻和不同连接线长度的瞬时阻抗下图为同轴电缆 无损耗 通过欧姆表测量轴心导体和外导体的阻抗 阻抗 瞬时阻抗 特征阻抗 反射 如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化 则一部分信号将被反射 另一部分发生失真并继续传播下去 阻抗突变处的反射 若第一个区域的瞬态阻抗是 第二区域的瞬态阻抗是 则反射系数 反射程度 为 反弹图 例 源电压为1V 内阻为10欧 传输线长度1ns 终端开路 进入传输线的初始电压为 1V 50 10 50 0 84V 1ns后 0 84V的电压到达传输线末端 产生0 84V反射信号返回端 终端电压为1 68V 再经过1ns后 0 84V反射波到达源端 又一次遇到阻抗突变 源端的反射系数为 10 50 10 50 0 67 这时将有0 84V 0 67 0 56V反射回线远端 线远端开路处将同时测得4个行波 从一次行波中得到2 0 84 1 68V 从二次反射中得到2 0 56 1 12V 故总电压为0 56V 反弹图 源端阻抗匹配 源端串联40欧电阻 源端和终端的电压图 阻抗匹配方法 Smith图 等电阻圆 等电抗圆等电导圆 等电纳圆 阻抗变换方法 串联 使用阻抗圆并联 使用安导圆 阻抗匹配方法 三元件 T形 形匹配 双元件 L形匹配 阻抗匹配方法 使用ADS软件进行阻抗匹配 ADS软件简介 ADS电子设计自动化 EDA软件全称为AdvancedDesignSystem 是美国安捷伦 Agilent 公司所生产拥有的电子设计自动化软件 ADS功能十分强大 包含时域电路仿真 SPICE likeSimulation 频域电路仿真 HarmonicBalance LinearAnalysis 三维电磁仿真 通信系统仿真 CommunicationSystemSimulation 和数字信号处理仿真设 DSP 支持射频和系统设计工程师开发所有类型的RF设计 从离散的射频 微波模块到用于通信和航天 国防的集成MMIC 是当今国内各大学和研究所使用最多的微波 射频电路和通信系统仿真软件软件 阻抗匹配实例 拓扑结构 Cadence信号完整性分析 仿真模型 IBIS模型 In