實驗一匹配電路地設計與仿真

1、實驗一匹配電路的設計與仿真一、實驗目的1、掌握阻抗匹配、共軛匹配的原理2、掌握集總元件L型阻抗抗匹配網(wǎng)絡的匹配機理3、掌握并（串）聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器、入/4阻抗變換器匹配機理4、了解ADS軟件的主要功能特點5、掌握Smith原圖的構(gòu)成及在阻抗6、了解微帶線的基本結(jié)構(gòu)、實驗原理1 p基本阻抗 匹酉B理論SR(Rs Rl)kP。2 P(1 k)2 1Rl=、應用/1 11K匹配中的kRs,R URs信號源的輸出功率取決于 Us、Rs和RL。在信號源給定的情況下，輸出功率取 決于負載電阻與信號源內(nèi)阻之比 k。當RL=Rs時可獲得最大輸出功率，此時為 阻抗匹配狀態(tài)。無論負載電阻大于還是小于信號源內(nèi)阻， 都

2、不可能使負載獲得最 大功率，且兩個電阻值偏差越大，輸出功率越小。2、共軛匹配：當，源輸出功率最大，稱作共軛匹配。在負載和信若3、阻抗匹配:信號源阻抗的共號源之間加一個阻抗變換網(wǎng)絡，將負載阻抗變換為Marching 呃。弘阻抗變換器L |4一%一X />jJ5i調(diào)配過程:a）. yL于A點b）等p圓順時針旋轉(zhuǎn)與g=1的圓交于B點，旋轉(zhuǎn)長度為d （接入點的位置）c）B點的虛部為jb，并聯(lián)支節(jié)的電納為-jb，則匹配d）-b于E點，則支線電長度為I （短路線）三、實驗內(nèi)容1、 設計L型阻抗匹配網(wǎng)絡，使 Zs=(25 j*25) Ohm 信號源與ZL=(1OO j*25) Ohm的負載匹配，頻率為

3、500MHz 。2、 設計微帶單枝節(jié)短截線匹配網(wǎng)絡，使ZS=(55 j*40) Ohm 信號源與ZL=(30+j*50) Ohm的負載匹配，頻中心頻率為 1.5GHz四、實驗步驟I、L型匹配網(wǎng)絡1、打開ADS2、新建一個工程，長度單位選毫米3、選“ No help needed ”，然后單擊 “ finish ”4、在元件庫列表中選擇“Simulating-S Param ”，單擊 SP和Term放入兩個Term和一個SP控件5、雙擊Term1，Term2端口，彈出對話框改變參數(shù)6、雙擊S-Paraemters控件，彈出對話框改變參數(shù)7、選擇元件庫“ Smith Chart Matchi ng

4、 ”，單擊 在原理圖中添加DA_SmithChartMatching ”控件，單擊工具欄放置并連接原件8、雙擊 DA_SmithChartMatching控件，設置相關(guān)參數(shù)_L窯yarzTyp 尸Ucwpl抽 Iftp tdtneeSourc *Embl »=Tr u«ESO Oha Lg-1 nMC«F1 pF 二心 C25- i*2S) Ohr.Sflurc#Fil«="ZScuirc*. ilp* SourctFl<Spir»=*S (I, 1)* Sfl'jrceLipType=Sourc* Inptd*xic&

5、#171; Lo 贏JTyo*二亡住La *4Ei ablxEUiEL=SO OhnLLl nH CLsl pFZL=nm-iT25) Dh LobdFil«=AZL«<d sip* L»UFil«Sptri*£(h lVLo «UnpTye-L»td Itpedince ZD=50 Oh>*9、執(zhí)行菜單命令【Tools 】【Smith Chart 】，彈出 “SmartComponent Syne對話框，選擇“ Update SmartComponent from Smith Chart Utility”，單擊

6、OK10、改變 Freq，單擊“ DefineSource/load Network terminations”按鈕0 Entblt Sourct Ttikinktin人阻gL刁讀世只耙Sevrce* Iapedance/Load ImpedanceCoapl ax I*p«d4nfe/ vCorhpltxInpedwcevZ =vz =(1OO-j*2S) Oh*vL =1nXvL 二1 ftM 司C =|l1 pFI11_Jc =T111b間丄Filt = ZSvrc*. S(l, 1)Browi* vFilt =ZUU znp js(lF 1)rprtl Output I*pe

7、d«ACt選擇時網(wǎng)絡輸出阻抗與該值共鏡r*t as InputInfo選擇時網(wǎng)絡輸入阻抗與該偵和等0-Entblt Lotd TtrAintlionS«l«ctinc "Erb】*" f*r ti thtr "& «r Sowc* itrmintlion *ill ust tK* i*p«dwct ti in ihi s di >14 aftd lock th* *«nual tntry touret/lvtd an (ht 5*i th Chkrt. Tht i or l«t4e

8、n Eh* *jpd&w will 1J14 b* xtt. Th*includt bratdbutd tfftcti dut to th* ftmiTkatint nttvorlcOKI©plyC*nctl11、采用分立元件LC匹配過程如下圖改變L、C位置，觀察L、C值變化時輸入阻抗變化軌跡12、單擊“ Build ADS Circuit ”按鈕，即可生成相應的電路13、選中DA_SmithChartMatch 控件，單擊菜單欄向下的箭頭，以查看匹配電路14、單擊向上的箭頭，返回到原理圖15、單擊圖標，進行仿真16、單擊，在結(jié)果窗口單擊，選中要查看的圖形，仿真結(jié)果輸出hfu

9、Mhl.-R¥c-h Thhtq-ffrik Lt>3>iuv-0 Ld-Kr亡+La AJ! Lc-hd. lAf-v-dMc#.LODOJIC.1D1J9I耳Gig 十LOtrl-kiM 環(huán)廿上lir ihaaT F陀 -10.47M7 OHHPT:HE lax: j DvHd| QII、微帶單支節(jié)短截線1、新建一個工程，長度單位選毫米2、 在元件庫列表中選擇“Passive Circuit DG-Matching”放置元件 MSUB （微帶基片）和SSMATH （微帶單支節(jié)短截線）3、 執(zhí)行菜單命令【Insert】【Template】，選擇S_ Params，在原理

10、圖中加入S參數(shù)模塊4、雙擊MSUB元件，設置參數(shù)5、 雙擊“ DA_SSMatch_MLIN_SMatching ”控件，設置參數(shù)， 輸入阻抗與源阻抗Zs共軛6、設置TERM1、TERM2阻抗，S參數(shù)掃頻方案，完成設計7、執(zhí)行菜單命令【DesignGuade】f【Passive Circuit】，選擇對話框中的Microstrip Control Window，選擇 Design AssiantDesign，100% 出現(xiàn)后，Close該對話框8、選中SSMatch控件，單擊菜單欄向下的箭頭，以查看匹配電路9、單擊向上的箭頭，返回到原理圖010、單擊“齒輪”按鈕，進行仿真，分析結(jié)果11、 匹配

11、電路的版圖生成。在工具欄單擊“ Deactive or Active ”控件 ， 然后單擊2個“地”、2個“Term ”，“SP”控件，使它們失效，就不會出現(xiàn)在所 生成的版圖中。12、 執(zhí)行菜單命令【Layout】-【Generate/Update Layout】，彈出一個設置對話框，這里應用其默認設置，直接單擊 0KZdeIucidap)jDAJSIatchlStlect Pirareler勺11）譏丁粘nbf*（第5,6步的圖）£1=1.5 GKi2B(55*jH0) 0* 4ns*d=(30+jtso)%f . i -jfvi mmTO亠密曲命怎瞬TtjrrFerhil1 LM

12、um-J -2=(25*253 OhmiqjTtS TcnmJ扌 NUITF2z*i,30+|fei0)un<n五、實驗結(jié)果ZL=(1: a-ii'25). Ohmsrar=J nc r &top=1l00 MH? 51ef=U C'MHiEjSrrtithChrtKTatdiljMtchC LMi_&mthUh5rl3tehl rp=5OC MIT .SourceTyi. e-Corr olen l- p ：di ,-i SourLEEnabl£=True2 尸 05+r 筈)MrrLd ad Pfli e-Cohi plex I mped A

13、 ncfe L.nadEnable=Trje-IflriTiTerm2Nun-2ZC'OO-jSJQhm工=lermiZ-(56-jT4D>OnmMSub*MSublH=M)Jl5 mmEMeMurlCOrtdFl.OE+50Hu«i Oe*tKkJmmT*D 017 mmTanD»GRouph-S eeULDA SSMatehlDA SmilhChartartthl DA_SSMatehl sutHi='MSiijrF-15 GHzOhmZloaeOhmermTennSNym«2Ze(30*f5tJOtimZstubF=50 OhmZJih

14、S=50 Ohm mm右闇 S PARAMETERSrSfil Di弟創(chuàng)disptempi曙日一合 in iUtSP1 aifirt=1.0GHi StaO=? 0 GHZ S1ep=C 01 GHz由仿真結(jié)果可知在500MHz時反射系數(shù)最小，電壓傳輸系數(shù)最大，系統(tǒng)性能最L=22.2jlD0EnH' y' R=1ed'2 Qhnn' II、.微帶單支節(jié)短截線.PI 'Jun=lS30-10-20-30-50ml,freq=500.0MHzJ dB(S(2T1)=-1.O49Eml000.20.4060 01 01.2freq. GHzp, cxtzkT

15、訥 THETeelSubMSubl"yVl-D 24 E mmyUL!-0 衛(wèi) B mmCZHO MLW TL?5ut-sl 'Mubr w/=0,246rm L=37.l 04 mmkur"2I W3-0 2JB mmrq，-二 nr工1 Sub-MSub1".W=D248mm.=L=6 «3mm-40i) MaLS Bd n ayrsLBd12 arsLBd12 uarsLBd-41.92.0freq, GHz由仿真結(jié)果可知在1.5GHz時反射系數(shù)較小，電壓傳輸系數(shù)最大，系統(tǒng)性能較好。六、練習題1、設計L型阻抗匹配網(wǎng)絡，使

16、Zs=(46 - j X124) Ohm 信號源與ZL=(20+j X100)Ohm的負載匹配，頻率為2400MHz.解：原理圖:Shopv3QGHr1 GHz-hA SnuHiChanMtchl imlitedl®FP=1lOhmla EiNnGhmW 談 1FTH GHzTOETferriaWe=2Sc<inceTp« mftlex Impc dance Scurc eLnable-True 只護60 Gftim=LflFl itH'''-Cg=1 pF-J ToadFrie-=L»d snpB oidFd«9ptini

17、-"S(1.iy皿 lEpl* ：LfmpcdiTKCh tn -Z0-(W*/ I24) Ohm .S0urccFilc=sZSQyHEtf tnp"Spy 代 eFilSpamih?門 J TScuixeJmpType-=Saurc.E Ikmp&da neeLMdhrp也iC&npi 劇i Hhpe4aii?.e LQddEfitoTfLieRL=EO OhmLL=1 nHCL-1 Cf'匹配電路:L-20 362245 nH R=ie-12 OhmPort 'P1I?n°'PertP2.Num*2丄c-p C1C=8

18、77 902914 fF2、設計微帶單枝短截線線匹配電路，使MAX2660 的輸出阻抗ZS=(126-j*459)Ohm 與 ZL=50Ohm 的負載匹配，頻率為 900MHz.微帶線板材參數(shù)：相對介電常數(shù)：2.65，相對磁導率：1.0，導電率：1.0e20，損耗角正切：1e-4基板厚度：1.5mm，導帶金屬厚度：0.01mm解：原理圖：itomi i&nrii "Num=1OhmMSubOA_SSMa1ch1 9M»1-"MSUbr F-O.OGHZ Ziiw=126+f4S!9Zlaad-500 OhmiOmiZlft6 = 50Ohm w>in

19、Mix4N urn=2Z-5OB OhmMSUHa 11 aMSut>1H= t 5>rnrnEr=3 65MLr=1Cond=10E*20Hu-1 0ft*033 irimnT=001 mm TantM34 . Raugjh=Oi mmihsie'S_Faram s _otac_dB_ sm n h"S-WRAMETERSs param5F1S：art=D 5 GHjSlop I 2 0M2!tnp-0 01 CHj匹配電路:p聞 ，P1 _HETL2 SuEmr W4.102 mm L*7Q Tfil mmTeelSubvlBa>MSu3Ta W1

20、71;4 102 僚M W2=4.1Q2 rrm W3F4.1O2nimMLEF 'TL1W*4 102 mnL1S 020 mm仿真結(jié)果:0-10-20-30YD二濟mp e)CD.m口 mcilDtnpfreq. GHz版圖生成如下:七、思考題1、常用的微波/射頻EDA仿真軟件有哪些?答：微波/射頻領域主要的EDA工具有Agile nt公司的ADS軟件和An soft公司 的 HFSS、Desig ner 軟件，Microwave Office, An soft Seren ade ,CST等微波/射頻電路設計軟件，還有 Smith圓圖軟件 Win smith等。2、用ADS軟件進行匹配電路設計和仿真的主要步驟有哪些