微波技术大作业课设-分立电容电感+微带单枝短截线+微带双枝短截线

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一、用分立电容电感匹配实例
1.设计目标
设计L型阻抗匹配网络,使 =25-j15Ohm信号源与 =100-j25Ohm负载匹配,频率为50MHz。

2.设计步骤
(1)在原理图中设定输入输出端口和相应的阻抗。
(2)在原理图里加入Smith Chart Matching控件,并设置相关的频率和输入输出阻抗等参数。
(3)打开Smith Chart Utility,导入对应Smith Chart Matching控件的相关参数或者输入相关参数。
(4)在Smith Chart Utility中选用器件完成匹配。
(5)生成匹配原理图。

3.设计过程
(1)新建工程及原理图。Term1为源,Term2为负载,修改对应参数。添加Smith Chart Matching控件,使用时注意方向。设置S控件参数。
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(2)在DA_Smith Chart Matching中设置相关参数。在Smith Chart Utility对话框中修改相关参数,应用后可在Smith圆图上得到源和负载的阻抗点。
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(3)采用LC分立器件匹配(手动配置或自动配置)
①手动匹配:在左侧器件栏选择相应的器件进行匹配
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②自动匹配:点击下方 Auto2-Element Match后,单击左边的串联电感并联短路电容的匹配网络自动生成匹配路径。
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匹配后电路图如下:
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4.仿真结果
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由图可清楚看出,输入输出反射系数在50MHz时,dB(S11)=dB(S22)=-50dB。因为这是一个无源网络,所以S11和S22的曲线相同,S21和S12的曲线相同。
一般电路阻抗匹配方法有很多种,可根据具体参数要求进行选择,如VSWR、带宽(Q值)、隔直要求等。在实际应用中,也要考虑匹配后的LC元器件值是否为常规值,进而进行匹配电路。

二、微带单枝短截线匹配电路
1.设计目标
设计微带单枝短截线匹配电路,把阻抗Z_L=(30+j50)Ohm的负载匹配到阻抗Z_S=(55-j 40)Ohm的信号源,中心频率为1.5GHz。

2.设计过程
(1)完成对应的电路的设计和参数的设置。
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(2)在Passive Circuit DesignGuide对话框中选择DA_SSMatch1等待完成匹配网络子电路的设计。
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(3)匹配网络子电路如下图在这里插入图片描述
3.仿真结果在这里插入图片描述
由上图可看出S(1,1)、S(1,2)、S(2,1)、S(2,2)参数值都比较理想,整个仿真过程已实现微带单枝短截线的电路匹配。
在50Ω的射频系统中,微带线的特性阻抗一般是20~200Ω。如果微带线特性阻抗太高,微带线比较窄,由于电路板加工精度的限制,误差相对会比较大。如果微带线特性阻抗比较低,微带线会比较宽,电路板体积会比较大。因此,在微带线匹配设计时要适当选择特性阻抗。

三、微带双枝短截线匹配
1.设计目标
对如下图所示的双枝短截线匹配电路结构,假定传输线长度为l_1=λ/8,l_2=l_3=3λ/8,令所有传输线的特性阻抗均为50Ohm,设计合适的短截线长度,使Z_L=50+j*50Ohm的负载阻抗与Z_in=50Ohm的输入阻抗在频率1GHz时达到良好地匹配。
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2.设计过程
(1)新建工程及原理图。Term1为源,Term2为负载,修改对应参数。添加Smith Chart Matching控件,使用时注意方向。设置S控件参数。
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(2)在Smith Chart Utility对话框中依次添加需要的串联传输线与并联短截线,完成双枝短截线的匹配全过程。
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(3)在自动生成的匹配子电路中添加一般微带线、微带短路枝节线、微带T型结合微带基片,并设置微带基片的参数。在这里插入图片描述
(4)在LineCalc窗口中计算出微带线的物理宽度和长度在这里插入图片描述
(5)再设置各器件的参数。将P1和P2端口连接到新建的微带线上,删除原有的微带线,得到最终的匹配子电路。在这里插入图片描述
3.仿真结果
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由图可知,S(1,1)、S(1,2)、S(2,1)、S(2,2)参数值都比较理想,整个仿真过程已经实现了微带双枝短截线的电路匹配。

四、设计总结
本次设计利用ADS自带的Smith圆图匹配工具和LincCacl工具,顺利完成对分立元器件和微带线的阻抗匹配。在射频电路设计中,阻抗匹配是很重要的一环。阻抗匹配的目的就是使负载阻抗与源阻抗共轭匹配,从而获得最大的功率传输,并使馈线上功率损耗最小。实现以上匹配的通常做法是在源和负载之间插入一个无源网络,这种网络通常被称为匹配网络。微带线的线长与电路的工作频率有关,因此在低频电路中,如果用微带线的方式来设计将会导致电路板面积过大而不适用,通常使用LC分立器件进行匹配。但在高频电路中,微带线得到了广泛的应用。
注:进行微带双枝短截线匹配设计时,需另建工程文件。在实验过程中,没有注意到这一点,将三个设计置于同一工程文件下。起初微带双枝短截线匹配设计能够仿真,但再次仿真时报错。最后将微带双枝短截线匹配设计新建一工程文件运行仿真后,可正常获得仿真结果。

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