实验一 匹配电路的设计与仿真.doc

实验一 匹配电路的设计与仿真 1、 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 ， 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 ，源输出功率最大，称作共轭匹配。若 ，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）3、 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1.5GHz4、 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、 双击“DA_SSMatch_MLIN_SMatching”控件，设置参数，输入阻抗与源阻抗Zs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Microstrip Control Window，选择Design Assiant Design，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）5、 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