1、 實驗一 匹配電路的設(shè)計與仿真 1、 實驗?zāi)康?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(luò)的匹配機(jī)理3、掌握并(串)聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器、/4阻抗變換器匹配機(jī)理4、了解ADS軟件的主要功能特點(diǎn)5、掌握Smith原圖的構(gòu)成及在阻抗匹配中的應(yīng)用6、了解微帶線的基本結(jié)構(gòu)二、實驗原理1、基本阻抗匹配理論 ， 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(fù)載電阻與信號源內(nèi)阻之比k。當(dāng)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(fù)載電阻大于還是小于信號源內(nèi)阻，都不可能使負(fù)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(dāng) ，

2、源輸出功率最大，稱作共軛匹配。若 ，需在負(fù)載和信號源之間加一個阻抗變換網(wǎng)絡(luò) ，將負(fù)載阻抗變換為信號源阻抗的共軛。3、 阻抗匹配：/4阻抗變換器并(串)聯(lián)單支節(jié)調(diào)配器調(diào)配原理：y(左)=1=y(右)+jb ，y(右)=1-jb 調(diào)配過程：a) . yL 于A點(diǎn)b) 等圓順時針旋轉(zhuǎn)與g=1 的圓交于B點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)長度為d（接入點(diǎn)的位置）c) B點(diǎn)的虛部為jb，并聯(lián)支節(jié)的電納為-jb，則匹配d) jb于E點(diǎn)，則支線電長度為l（短路線）3、 實驗內(nèi)容1、 設(shè)計L型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，使Zs=(25j*25) Ohm信號源與ZL=(100j*25) Ohm的負(fù)載匹配，頻率為500MHz。2、 設(shè)計微帶單枝節(jié)短截線

3、匹配網(wǎng)絡(luò)，使ZS=(55j*40) Ohm信號源與ZL=(30+j*50) Ohm的負(fù)載匹配，頻中心頻率為1.5GHz4、 實驗步驟I、L型匹配網(wǎng)絡(luò)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 Matching”，單擊 在原理圖中添加“DA_SmithChart

4、Matching”控件，單擊工具欄 ，放置并連接原件8、 雙擊DA_SmithChartMatching控件，設(shè)置相關(guān)參數(shù)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OK10、 改變Freq，單擊“DefineSource/load Network terminations”按鈕11、 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，

5、即可生成相應(yīng)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(biāo)，進(jìn)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II、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，在原理圖中加入S參數(shù)模塊4、 雙擊MSUB元件，設(shè)置參數(shù)5、 雙擊“DA_SSMatc

6、h_MLIN_SMatching”控件，設(shè)置參數(shù)，輸入阻抗與源阻抗Zs共軛6、 設(shè)置TERM1、TERM2阻抗，S參數(shù)掃頻方案，完成設(shè)計7、 執(zhí)行菜單命令【DesignGuade】 【Passive Circuit】，選擇對話框中的Microstrip Control Window，選擇Design Assiant Design，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10、單擊“齒輪”按鈕，進(jìn)行仿真，分析結(jié)果11、匹配電路的版圖生成。 在工具欄單擊“Deactive or Active”控件 ，然后單擊

7、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(shè)置對話框，這里應(yīng)用其默認(rèn)設(shè)置，直接單擊OK。（第5,6步的圖）5、 實驗結(jié)果I、L型匹配網(wǎng)絡(luò)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)性能最好。II、微帶單支節(jié)短截線由仿真結(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(xí)題1、 設(shè)計L型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，使Zs=(46j×124) Ohm信號源與ZL=(20+j×100) Ohm的負(fù)載匹配

8、，頻率為2400MHz.解：原理圖：匹配電路：仿真結(jié)果如下：2、 設(shè)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(fù)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(dǎo)率：1.0，導(dǎo)電率：1.0e20，損耗角正切：1e-4基板厚度：1.5mm，導(dǎo)帶金屬厚度：0.01mm解：原理圖：匹配電路：仿真結(jié)果：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(lǐng)域主要的EDA工具有Agilent公司的ADS軟件和Ansoft公司的HFSS、Designer軟件， Microwave Of

9、fice, Ansoft Serenade ,CST等微波/射頻電路設(shè)計軟件，還有Smith圓圖軟件Winsmith等。 2、 用ADS軟件進(jìn)行匹配電路設(shè)計和仿真的主要步驟有哪些？答：畫出原理圖，添加DA_SmithChartMatching”控件，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，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OK，在Smith Chart中并聯(lián)電感串聯(lián)電容或并聯(lián)電容串聯(lián)電感，改變電容電感的值，直至匹配。單擊“Build ADS Circuit”按鈕，即可生成相應(yīng)的電路。在原理圖中，選中DA_SmithChartMatch控件，單擊菜單欄向下的箭頭，以查看匹配電路，單擊向上的箭頭，返回到原理圖。單擊“齒輪”圖標(biāo)，進(jìn)行仿真。3、 給出兩種典型微波匹配網(wǎng)絡(luò)，并簡述其工作原理。答：下圖為兩種典型微波匹配網(wǎng)絡(luò)：對于T型網(wǎng)絡(luò)，它的輸入輸出阻抗和傳輸系數(shù)分別為：其中A11，A12，A21，A22為網(wǎng)絡(luò)A參數(shù)，通過上式可求得：同時可求得型網(wǎng)絡(luò)的電路參數(shù)為：4、 畫出微帶線的結(jié)構(gòu)圖，若導(dǎo)帶寬度w、r增大，其特征阻抗Z0如何變化？答：