《实验一 匹配电路仿真与设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验一 匹配电路仿真与设计（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 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一、实验目的一、实验目的L Lss LoRRRURIP22 2 )(ss isLRUPkRR2 ,ioPkkP2)1 ( 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
2、电阻值偏差越大，输出功率越小。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。二、基本阻抗匹配理论二、基本阻抗匹配理论1. 共轭匹配：1. 共轭匹配：当，源输出功率最大，称作共轭匹配。* gLZZ 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。* gLZZ 221 2g ggLVPR ZZ gg RVP82max2. 阻抗匹配：2. 阻抗匹配：/4阻抗变
3、换器/4阻抗变换器10LZZ R b). 等 圆顺时针旋转与等 圆顺时针旋转与g=1 的圆交于的圆交于B点，旋转长度为点，旋转长度为d（接入点的位置）（接入点的位置）6 调配原理 调配原理 y(左左)=1=y(右右)+jby(右右)=1-jb 调配过程 调配过程a). yL 于于A点点BAc). B点的虚部为点的虚部为jb，并联支节的电纳为，并联支节的电纳为-jb，则匹配，则匹配d). jb于于E点，则支线电长度为点，则支线电长度为l （短路线）（短路线）bd-blE并并(串串)联单支节调配器联单支节调配器 y(左左)y(右右)设计目标： 设计L型阻抗匹配网络，使Zs=(25j*25) Ohm
4、信号源与ZL=(100j*25) Ohm的负载匹配，频率为500MHz。LsCpLpCs(a)(b) Lcpcs sXfCfXL212 cL pscsfXLXfC221例例1：分立器件：分立器件LC匹配网络设计匹配网络设计三、ADS仿真步骤三、ADS仿真步骤三、ADS仿真步骤三、ADS仿真步骤元件库列表元件列表原理图编辑区原理图编辑区选择的元件网络输入阻抗与该值共轭网络输入阻抗与该值共轭选择时网络输入阻抗与该值相等选择时网络输入阻抗与该值相等选择时网络输出阻抗与该值共轭选择时网络输出阻抗与该值共轭先选并联C，鼠标移至圆图区，负载变为A点时单击左键；再选串联电感L，负载移至时，单击左键完成匹配。
5、先选并联C，鼠标移至圆图区，负载变为A点时单击左键；再选串联电感L，负载移至时，单击左键完成匹配。改变可移动目标阻抗改变可移动目标阻抗* gZA* gZLZ仿真结果仿真结果仿真结果仿真结果设计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.练习练习设计微带单枝节短截线匹配网络，使Z设计微带单枝节短截线匹配网络，使ZSS=(55j*40) Ohm信号源与Z=(55j*40) Ohm信号源与ZLL=(30+j*50) Ohm的负载匹配，频中心频率为1.5GHz例2：微带单枝节短截线匹配电路的设计=(30+j*50) Oh
6、m的负载匹配，频中心频率为1.5GHz例2：微带单枝节短截线匹配电路的设计100%出现后，Close该对话框100%出现后，Close该对话框freq (1.000GHz to 2.000GHz)S(1,1)m1Input Reflection Coefficientm1 freq= S(1,1)=0.080 / -156.800 impedance = Z0 * (0.862 - j0.054)1.500GHzfreq (1.000GHz to 2.000GHz)S(2,2)m4Output Reflection Coefficientm4 freq= S(2,2)=0.080 / -48.
7、723 impedance = Z0 * (1.102 - j0.133)1.500GHz1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.91.02.0-5-4-3-2-1-60freq, GHzdB(S(1,2)m2Reverse Transmission, dBm2 freq= dB(S(1,2)=-0.0281.500GHz1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.91.02.0-5-4-3-2-1-60freq, GHzdB(S(2,1)m3Forward Transmission, dBm3 freq= dB(S(2,1)=-0.0281
8、.500GHz1.11.21.31.41.51.61.71.81.91.02.0-40-35-30-25-20-15-10-5-450freq, GHzdB(S(1,1)dB(S(2,1)dB(S(2,2)dB(S(1,2) 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。11. 匹配电路的版图生成11. 匹配电路的版图生成 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。设计微带单枝短截线线匹配电路，使MA
9、X2660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：微带线板材参数： 相对介电常数：2.65 相对磁导率：相对磁导率：1.0 导电率：导电率：1.0e20 损耗角正切：损耗角正切：1e-4 基板厚度：基板厚度：1.5mm 导带金属厚度：导带金属厚度：0.01mm练习练习1. 常用的微波/射频EDA仿真软件有哪些？ 2. 用ADS软件进行匹配电路设计和仿真的主要步骤有哪些？3. 给出两种典型微波匹配网络，并简述其工作原理。 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？ 5. 写出
10、实验体会和建议。四、思考题四、思考题微波/射频系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求越来越高，电路的功能越来越多，电路的尺寸要求越做越小，而设计周期却越来越短。传统的设计方法已经不能满足系统设计的需要，使用微波/射频EDA(Electronic Design Automation)软件工具进行微波/射频元器件与微波/射频系统的设计已经成为微波/射频电路设计的必然趋势。目前，国外各种商业化的微波/射频EDA软件工具不断涌现，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 Sere
11、nade ,CST等微波/射频电路设计软件，还有Smith圆图软件Winsmith等。附录：常用微波附录：常用微波/射频射频EDA软件简介软件简介微波/射频EDA仿真软件与电磁场的数值算法密切相关，所有的数值算法都是建立在Maxwell方程组之上的，了解Maxwell方程是学习电磁场数值算法的基础。在频域，数值算法有有限元法(finite element method, FEM)、矩量法(method of moments, MOM)、差分法(finite difference method, FDM)、边界元法(boundary element method, BEM)和传输线法(trans
12、mission line matrix method, TLM)；在时域，数值算法有时域有限差分法(finite difference time domain, FDTD)和有限积分法(finite integration technology, FIT)。其中，使用矩量法(MOM)的微波/射频EDA仿真软件有ADS、Ansoft Designer、Microwave Office、Ansoft Esemble、Super NEC和FEKO；使用有限元(FEM)的微波/射频EDA仿真软件有HFSS和Ansys；使用时域有限差分法(FDTD)的微波/射频EDA仿真软件有EMPIRE和XFDTD；
13、使用有限积分法(FIT) 的微波/射频EDA仿真软件有CST Microwave Studio和CST Mafia等。下面介绍几种较流行的微波/射频EDA仿真软件的功能和应用：1. ADS ADS(Advanced Design System)软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件，是美国安捷伦（Agilent）公司开发推出的大型综合设计软件，是微波/射频电路和通信系统基于矩量法的仿真软件，是国内各大学、研究机构和企业使用最多的软件之一。其功能非常强大，仿真手段丰富多样，可实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声等多种仿真手段，并可对设计结果进行成
14、品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，是非常优秀的微波/射频电路、系统信号链路的设计工具。 主要应用于：各种形式的微波/射频电路设计；通信系统的设计；DSP设计和向量仿真；可从最简单到最复杂，从离散微波射频模块到集成MMIC的设计；从电路元件的仿真，模式识别的提取等。该软件还提供了一种新的滤波器的设计引导，可以使用智能化设计规范的用户界面来分析和综合微波射频回路集总元滤波器，并可提供对平面电路进行场分析和优化功能。它允许工程师定义频率范围，材料特性，参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式。该软件范围涵盖了小至元器件，大到系统级的设计和分析。是设计人员的有效工具。2.
15、Ansoft Designer Ansoft Designer是Ansoft公司推出的微波射频电路和通信系统仿真软件。它采用了新视窗技术，可将射频电路系统、版图和电磁场仿真工具无缝地集成到同一设计环境。这种集成不是简单的界面集成，其关键是Ansoft Designer独有的“按需求解”的技术，即能够根据需要选择求解器，从而实现对设计过程的完全控制。 Ansoft Designer还能方便地与其它设计软件集成到一起，并可以和测试仪器连接，完成各种设计任务。主要应用于：频率合成器、功率分配器、合成器、放大器、混频器、滤波器、移相器、锁相等各种微波/射频电路设计以及电路板和各种部件模块设计；通信系统
16、设计；雷达系统设计；微带天线设计等。3. Ansoft HFSS Ansoft HFSS是Ansoft公司推出的基于有限元算法的三维电磁场仿真软件，是世界上第一个商业化的三维电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的电子设计工业标准。HFSS提供了简洁、直观的用户界面，精确自适应的场解器和功能强大的电性能分析后处理器。能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。 HFSS软件拥有强大的天线设计功能。它可以计算天线增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性：包括球形场分量、圆极化场分量和轴比。 由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft 高频解决方案是目前唯一以物理原型为基础的微波射频解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段，覆盖了微波射频设计的所有环节。4. Microwave Office Microwave Of
