《射频传输线的设计及仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《射频传输线的设计及仿真（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、射频传输线的设计及仿真摘要射频（RF）是可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHz300GHz，它 是一种高频交流变化电磁波的简称。传输线是用横电磁（TEM）模的方式传送电能 和（或）电信号的导波结构，传输线的特点是横向尺寸小于工作波长。射频传输 线的设计具有重要的意义，传输线设计是高频有线网络和射频微波工程的基础， 为了使能量可以在通信网路中无损耗地传输，良好的传输线设计是重要关键。伴随着计算机技术的不断普及发展，计算机的辅助分析和辅助设计在各个 工程领域获得了相当广泛的应用与继承。传输线问题借助计算机来辅助求解计 算时，比较准确和快捷。我们利用传输线的相应解析式，用MATLAB语言编
2、制了 求解传输线问题的一些程序。阻抗匹配是最重要的分布电路设计方法，它直接决定着电路负载获得信号 功率的大小。我们就微带线阻抗匹配进行了理论上的讨论及其仿真实现。关键字：传输线理论MATLAB计算机辅助计算 微带线特性阻抗仿真RF Transmission Line Design and SimulationABSTRACTRadio frequency (RF) said electromagnetic frequency can be radiation into space,the range of the frequency range from 300 KHZ to 300 GHZ,
3、it is a kind of high frequency ac change electromagnetic waves.Transmission lines based on transverse electromagnetic (TEM) way to transmit power and (or) electrical signals of guided wave structures,the characteristics of the transmission line is horizontal size smaller than the wavelength of the w
4、ork.The design of the RF transmission line is of great importance,transmission line design is a high frequency cable, RF microwave engineering, optical fiber communication and so on the basis of photoelectric engineering,in order to make energy can without loss of transmission in the communication n
5、etwork, a good design of a transmission line is critical.Along with the popularization and development of computer technology, the computer aided analysis and design in various engineering fields obtained widespread application and development. Problem of transmission lines with the help of a comput
6、er to assist in solving calculation, more accurate and fast. We use corresponding analytical formula of transmission line, the transmission line problem is compiled with MATLAB language of some of the program.Distribution circuit design method of impedance matching is the most important, it directly
7、 decides the circuit load to obtain the size of the signal power. Well be microstrip line impedance matching for the discussion of theory and simulation implementation.Key words：Transmission line theory MATLAB computer aided calculationMicrostrip line characteristic impedance simulation目 录第1章绪论11.1课
8、题背景及意义11.2国内外发展现状11.3本论文的内容安排1第二章传输线理论22.1传输线方程22.1.1时谐传输线方程22.1.2均匀传输线的波动方程32.1.3入射波和反射波42.2传输线的特性参量42.2. 1传播常数42.2.2特性阻抗52.2.3相速和相波长52.2.4输入阻抗62.2.5反射系数72.2.6驻波比及行波系数72.3均匀无耗传输线工作状态的分析82.3.1行波状态（无反射情况）82.3.2驻波状态（全反射情况）92.3.3行驻波状态（部分反射情况）92.4阻抗圆图92.4.1等反射系数圆 102.4.2等阻抗圆102.5传输线的阻抗匹配112.5.1共轭匹配112.5
9、.2无反射匹配112.5.3阻抗匹配的方法11第三章传输线问题的计算机辅助计算 133.1利用公式求解133.2利用阻抗圆图求解143.3利用计算机辅助计算求解15第四章微带线特性阻抗仿真164.1微带线基本理论164.2微带线特性阻抗仿真174.2.1 ADS设计软件概述174.2.2无损耗微带线阻抗仿真174.2.3有损耗微带线阻抗仿真20参考文献25第1章绪论1.1课题背景及意义射频（RF）是可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHZ300GHz,它是一种高频 交流变化电磁波的简称。传输线是用横电磁（TEM）模的方式传送电能和（或）电信号的导波 结构，传输线的特点是横向尺寸小于工作
10、波长。射频传输线的设计具有重要的意义，传输线设 计是高频有线网络和射频微波工程的基础，为了使能量可以在通信网路中无损耗地传输，良 好的传输线设计是重要关键。进行本课题的研究能够应用所学的电磁场和电磁波、通信等方面的理论知识，发挥自己 的创造力，解决具有实际意义的科学问题，从而巩固了所学专业知识，并从创新和研究能力 方面获得了锻炼和提高。1.2国内外发展现状微波技术的发展与实际应用在相互促进与协调中不断地向前迈进。发展到现在，已经走 过了 60多年。第二次世界大战这个期间，微波技术的发展很快，这期间最重要的技术就是雷 达的研制。到I960年以后，随着通信事业的发展，人们开始研究起微波通信和卫星通
11、信。差 不多到了 1970年，微波技术的应用范围就不断扩大，在遥感技术、医疗卫生、无损检测与研 究等领域有了较大的发展。不仅如此，在以后的发展之中，相继形成了微波波谱、微波生物、 微波超导等交叉学科。就目前来看，微波主要向下面几个方向发展：（1）工作频段要向着高频段扩展，高频段是目前的研究重点。（2）微波的元器件及整体设备要向着体积小型化、频带不断变宽的方向发展。不仅使占 用体积减小，也增加了器件的使用年限。（3）微波系统要向着自动化、智能化和多功能化方向发展。随着科学技术，尤其是计算 机技术的发展与普及，各种不同学科之间的相互渗透，促使微波设备、系统和测试仪表也渐 渐实现了自动化、智能化和多
12、功能一体化。1.3本论文的内容安排本文研究的内容是射频传输线的设计及仿真。全文总共分为四章，第一章主要内容是绪 论，主要写了课题背景和意义，国内外的发展情况以及本文的框架结构。第二章的主要内容 是传输线理论分析。分析了微波及其特点、传输线方程、传输线的特性参量、传输线的工作 状态分析、阻抗圆图和阻抗匹配这几个方面。第三章的主要内容是射频传输线的计算机辅助 计算。运用MATLAB语言设计相关程序方便了传输线的计算。并举例说明了传输线问题的常规 算法，同时也说明了调动设计的相应程序解决传输线问题的一般步骤。第四章的主要内容是 针对微带线特性阻抗匹配进行理论讨论和仿真实现。第二章传输线理论导体、均匀
13、介质如果能够引导电磁波沿一定方向传输，我们就可以称其为传输线。传输线传输的电磁波的波形是不一样的，根据这一点，我们可以将传输线分为以下几种 类型：第一种：双导体传输线双导体传输线是由两根或两根以上的平行导体组成的，导体中传输的电磁波是横电磁波， 又称TEM波。主要有平行双线、同轴线、带状线和微带线等几种不同的类型。第二种：填充的介质是均匀的金属波导管由于电磁波传播在其管内,所以称为波导。主要有矩形波导、圆波导、脊波导和椭圆波导 等几种类型。第三种：介质传输线因为沿着输电线路表面传播，所以称之为表面波波导。主要有介质波导，镜像线和单一表 面波传输线等几种类型。一般情况下，我们要求的传输线要有以下
14、几个特点：1、损耗小2、工作频带宽3、功率容量大4、尺寸小且均匀2.1传输线方程传输线方程是用来研究传输线上电压、电流的变化规律，以及电压、电流之间相互关系 的方程。一般可以通过均匀传输线的等效电路推导得出。2.1. 1时谐传输线方程对于一段均匀传输线，在其上面取一个微元段d，设其集中参数分别为R d、Gd、Ld z0 z 0 z 0 z和C0d。另外，还知道传输线的始端接的是正弦信号源，其角频率为3，终端接负载阻抗的 大小为ZL。同时，我们将坐标原点选在初始端。设距始端z处的电压为，电流为，则经过 d段后电压为u -du、电流为，-di。因为它们既是坐标z的函数，又是时间t的函数，所以， 可
15、将其分别表示为u = u(z,t)，i = i(z,t)。可得经过d段后电压和电流的变化量为一d (z,t)二-。u?，)duC zz A(八_ c (z, t)七(乙t) = - ic dzz依据基尔霍夫定律，而且忽略方程中的高阶小量，可得-d (z,t) = Rdi(z,t) + Ld 3i(乙)u0 z0 z 3td (z, t) = G d u(z, t) + C d 2u(z,)i0 z0 z 3t由于电压和电流随时间做相应的变化，可得其瞬时值u，i与复数振幅U，I的关系为(2.1.1)u (z, t) = ReU (z )ejst i( z, t) = Re I (z )ew 将式(2.1.2)代入式(2.1.1)中，消去等式两边因子eg，可得IT T / 、dU(z)5 . r、= T R0+ j叫)1 (z)z半=-(G0+ 河0)U (z)z令R0 +加L0 = Z，G0 +加C0 = Y ,就得到时谐传输线方程为dU (z)_7 JMI( z)、？dI(z)VTH、=-YU (z) dzJ(2.1.2)(2.1.3)式中：Z单位长度的串联阻抗。
