ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络资料
ADS仿真实验报告
电磁场与微波实验报告ADS仿真实验目的1.熟悉ADS软件的基本操作；2.掌握微带线的基本原理；3.掌握微带线基本元件和匹配电路的设计。
微带线工作原理微带线是当前广泛应用的微波传输线，其结构如图5-1所示，它的工作模式是准TEM 模。
微带线的基本参数有： ● 宽高比W/h =0.1~5● 有效介电常数εe =(0.5~0.8)εr ● 特性阻抗Z c ● 微带线中的波长λg =0e =e● 微带线中的相速νp =e微带电路的基本元件特性是：● 微带终端短路线段的特性：Z =jZ c tan 2πλgl● 微带终端开路线段的特性：Z =−jZ c tan2πλgl● 微带电路接地：通常采用打沉铜孔的方式，使上层的金属与下层的地板相连。
微波电路中各接地点就近接地，通过一段线再接地和直接接地效果是不同的。
实验内容1. 计算微带线的参数2. 开路/短路微带线的元件特性仿真3. 设计匹配电路实验步骤1. 计算微带线的基本参数 计算结果r图1 微带线基本参数由图知，当微带线特性阻抗大小为50Ω，电长度为1/4波长时，计算所得的微带线的线宽和线长分别为1.917410mm和13.853500mm。
2.开路线/短路线的元件仿真特性：计算f=3 GHz时，特性阻抗为75 Ω的不同长度的微带线的特性。
计算特性阻抗为75 Ω，电长度为1/4波长的微带线的线宽和线长，步骤同上，计算所得的微带线的线宽和线长分别为0.878198mm和14.3300mm。
原理电路和仿真结果图2 元件特性仿真电路图图3 开路微带线和短路微带线阻抗特性仿真结果对于开路微带线长度为14.30mm（1/4波长）、8mm（小于1/4波长）、20mm （大于1/4波长）的微带线其对应的输入阻抗分别Z0*0.011（约为0）、Z0*(-j1.162)、Z0*j1.169，分别等效于串联谐振（短路）、电容、电感。
对于短路微带线长度为14.30mm（1/4波长）、8mm（小于1/4波长）、20mm（大于1/4波长）的微带线其对应的输入阻抗分别Z0*62.788（约为∞）、Z0*(j1.814)、Z0*(-j2.098)，分别等效于并联谐振（开路）、电感、电容。
ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络
用LC元件设计L型的阻抗匹配网络一设计要求：用分立LC设计一个L型阻抗匹配网络，使阻抗为乙=25-j*15 Ohm的信号源与阻抗为Z L=100-j*25 Ohm的负载匹配，频率为50Mhz（L节匹配网络）二阻抗匹配的原理用两个电抗元件设计L型的匹配网络，应该是匹配网络设计中最简单的一种，但仅适用于较小的频率和电路尺寸的范围，即L型的匹配网络有其局限性在RF理论中，微波电路和系统的设计（包括天线，雷达等），不管是无源电路还是有源电路，都必须考虑他们的阻抗匹配（impeda nee matchi ng ）问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波，不匹配会引起严重的反射，致使严重损耗。
所以在设计时，设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
根据最大功率传输定理，要获得信号源端到负载端的最大传输功率，需要满足信号源阻抗与负载阻抗互为共轭的条件，即R S iX R L iX L。
若电路为纯电阻电路则X S = X L = 0，即R s =R L。
而此定理表现在高频电路上，则是表示无反射波，即反射系数为0.值得注意的是，要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配，此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
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.阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。
反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。
ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络
用LC 元件设计L 型的阻抗匹配网络一 设计要求：用分立LC 设计一个L 型阻抗匹配网络，使阻抗为Z s =25-j*15 Ohm 的信号源与阻抗为Z L =100-j*25 Ohm 的负载匹配，频率为50Mhz 。
（L 节匹配网络） 二 阻抗匹配的原理用两个电抗元件设计L 型的匹配网络，应该是匹配网络设计中最简单的一种， 但仅适用于较小的频率和电路尺寸的范围，即L 型的匹配网络有其局限性 在RF 理论中，微波电路和系统的设计（包括天线，雷达等），不管是无源电路还是有源电路，都必须考虑他们的阻抗匹配（impedance matching ）问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波，不匹配会引起严重的反射，致使严重损耗。
所以在设计时，设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
根据最大功率传输定理，要获得信号源端到负载端的最大传输功率，需要满足信号源阻抗与负载阻抗互为共轭的条件，即L L S S iX R iX R +=+。
若电路为纯电阻电路则0==L S X X ，即L S R R =。
而此定理表现在高频电路上，则是表示无反射波，即反射系数为0.值得注意的是，要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配，此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
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. 阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。
分立LC阻抗匹配网络的ads仿真
分立LC阻抗匹配摘要：阻抗匹配的概念是射频电路设计中最为基本的概念，贯穿射频电路设计始终。
阻抗匹配就意味着源传递给负载最大的RF功率，换句话说就是要实现最大的功率传输，必须使负载阻抗与源阻抗匹配。
然而，他们的功能并不仅仅为了减小功率损耗而设计的，他们还具有其他功能，如减小噪声干扰、提高功率容量和提高频率响应的线性度等。
通常认为，匹配网络的用途就是实现阻抗变换，就是将给定的阻抗值变换成其他更合适的阻抗值。
关键字：射频；阻抗匹配；阻抗圆图；ADSAbstract: The concept of impedance matching in RF circuit design the most basic concepts, through the RF circuit design has always been. Impedance matching means that the source is passed to the load maximum RF power, in other words, to achieve maximum power transfer, the need to load impedance and source impedance matching. However, their function is not only designed to reduce power consumption, they also have other functions, such as reduced noise, increased power capacity and improve frequency response linearity. Is generally belie ved that the use of matching networks is to achieve impedance transformation is given impedance value into other more appropriate impedance value.Keywords: RF; impedance matching; impedance circle diagram; ADS一、设计要求：用分立LC设计一个L型阻抗匹配网络，使Zs =25-j*15 Ohm信号源与ZL=100-j*25 Ohm的负载匹配，频率为50Mhz。
ADS仿真作业用LC元件设计L型阻抗匹配网络
用LC元件设计L型的阻抗匹配网络一设计要求：用分立LC设计一个L型阻抗匹配网络，使阻抗为Z=25-j*15 Ohm的信号源s与阻抗为Z=100-j*25 Ohm的负载匹配，频率为50Mhz。
（L节匹配网络）L二阻抗匹配的原理用两个电抗元件设计L型的匹配网络，应该是匹配网络设计中最简单的一种，但仅适用于较小的频率和电路尺寸的范围，即L型的匹配网络有其局限性在RF理论中，微波电路和系统的设计（包括天线，雷达等），不管是无源电路还是有源电路，都必须考虑他们的阻抗匹配（impedance matching）问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波，不匹配会引起严重的反射，致使严重损耗。
所以在设计时，设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
根据最大功率传输定理，要获得信号源端到负载端的最大传输功率，需要满足信号源阻抗与R?iX?R?iXX?X?0，负载阻抗互为共轭的条件，。
若电路为纯电阻电路则即LLSLSS R?R。
而此定理表现在高频电路上，则是表示无反射波，即反射系数为0.即LS值得注意的是，要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配，此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
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. 阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。
反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。
匹配电路仿真与设计讲义
匹配电路仿真与设计一、实验目的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、λ/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二、基本阻抗匹配理论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。
1. 共轭匹配：当，源输出功率最大，称作共轭匹配。
2. 阻抗匹配：λ/4阻抗变换器并(串)联单支节调配器y(左)=1=y(右)+jb，y(右)=1-jb调配过程：于A点，等ρ圆顺时针旋转与g=1 的圆交于B点，旋转长度为d，B的yL虚部为jb，并联支节的电纳为-jb，则匹配，–jb于E点，则支线电长度为l（短路线）三．实验步骤12.打开ADS→新建一个Workplace，并且重命名→新建原理图→设置原理图→在元件面板列表选择合适的元件种类和个数→双击元件端口，弹出设置对话框，设置参数→执行菜单命令【Tools】 【Smith Chart】，弹出“SmartComponent Sync”对话框；选择“Update SmartComponent from Smith Chart Utility”，单击“OK”→单击“DefineSource/Load Network terminations”按钮→采用LC分立器件匹配过程如下图所示：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（删除电容、电感，位置交换再试，观察！）→单击“Build ADS Circuit”按钮，即可生成相应的电路→进行仿真→仿真结果图形输出四，练习题1，设计L型阻抗匹配网络，使Zs=(46－j×124) Ohm信号源与ZL=(20+j ×100) Ohm的负载匹配，频率为2400MHz.要求：用Smith Chart工具中的实现。
ADS天线匹配仿真设计
ADS天线匹配仿真设计1打开ADS并新建一个工程文件点击Create A New Project,将弹出下面的对话框：这里要注意两点：1、Project Technology Files一定要选择正确的单位，一般选择millimeter2、文件路径请不要带有中文和空格，在default\后面输入工程（Project）的名称。
这里我们将要建立的工程命名为“AntennaMatching”，点击OK建立工程。
2建立、保存电路图文件工程建立后会自动弹出电路图（Schematic）文件，如图所示：注意：此时电路图文件还未保存。
在进行设计之前，建议先保存电路图文件。
若电路图文件未自动弹出，可以新建一个，具体方法如图：点击之后会新建一个未命名的电路图文件，先命名并保存为Matching1.（在ADS中，所有的电路图文件后缀名是.dsn）3创建一个一端口电路的仿真为了生成一个合适的s1p文件（后面用来放入仿真或测试得到的天线无源参数），这里先进行一个任意的一端口电路仿真，并生成.s1p文件。
注意：这个方法只针对无法直接得到.s1p的情况。
若电磁仿真软件和矢网能够生成一端口s1p文件，则可跳过此步。
另外，该方法对两端口网络的其中任何一个端口都是同样适用的。
选择Tlines-Ideal中的TLIN元件（理想传输线,会和实际传输线有所差别）并将其拖拽放置到电路图中。
双击可以改变这段理想传输线的参数：这里我们可以用默认的参数即可。
为了得到这个一端口网络的S参数，我们要加入S参数仿真控制器和端口：在左上角下拉菜单中选择“Simulation-S_Param”选择其中的S P和Term两个元件，拖拽加入电路图文件中，并将T erm接地：连接完成后电路图如图所示：此时需要设置S参数仿真的频率，请按照实际测试的频率范围设置，比如这里设置700MHz到2.3GHz，选取201个仿真点。
双击S-Parameters仿真控制器进行设置：设置完成后点击F7,或者下面的图标开始仿真：仿真完成之后，在菜单中选择Tools>Data File Tool,弹出下列对话框：如图所示设置参数，将仿真的文件写入到一个名叫Antenna1.s1p 的文件中，点击Write to File可产生此文件。
ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络
用LC 元件设计L 型的阻抗匹配网络一 设计要求：用分立LC 设计一个L 型阻抗匹配网络，使阻抗为Z s =25-j*15 Ohm 的信号源与阻抗为Z L =100-j*25 Ohm 的负载匹配，频率为50Mhz 。
（L 节匹配网络） 二 阻抗匹配的原理用两个电抗元件设计L 型的匹配网络，应该是匹配网络设计中最简单的一种， 但仅适用于较小的频率和电路尺寸的范围，即L 型的匹配网络有其局限性 在RF 理论中，微波电路和系统的设计（包括天线，雷达等），不管是无源电路还是有源电路，都必须考虑他们的阻抗匹配（impedance matching ）问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波，不匹配会引起严重的反射，致使严重损耗。
所以在设计时，设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
根据最大功率传输定理，要获得信号源端到负载端的最大传输功率，需要满足信号源阻抗与负载阻抗互为共轭的条件，即L L S S iX R iX R +=+。
若电路为纯电阻电路则0==L S X X ，即L S R R =。
而此定理表现在高频电路上，则是表示无反射波，即反射系数为0.值得注意的是，要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配，此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
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. 阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。
ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络
用LC 元件设计L 型的阻抗匹配网络一 设计要求：用分立LC 设计一个L 型阻抗匹配网络，使阻抗为Z s =25-j*15 Ohm 的信号源与阻抗为Z L =100-j*25 Ohm 的负载匹配，频率为50Mhz 。
（L 节匹配网络）二 阻抗匹配的原理用两个电抗元件设计L 型的匹配网络，应该是匹配网络设计中最简单的一种， 但仅适用于较小的频率和电路尺寸的范围，即L 型的匹配网络有其局限性在RF 理论中，微波电路和系统的设计（包括天线，雷达等），不管是无源电路还是有源电路，都必须考虑他们的阻抗匹配（impedance matching ）问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波，不匹配会引起严重的反射，致使严重损耗。
所以在设计时，设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
根据最大功率传输定理，要获得信号源端到负载端的最大传输功率，需要满足信号源阻抗与负载阻抗互为共轭的条件，即。
若电路为纯电阻电路则L L S S iX R iX R +=+，即。
而此定理表现在高频电路上，则是表示无反射波，0==L S X X L S R R =即反射系数为0.值得注意的是，要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配，此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
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. 阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。
ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络
用LC 元件设计L 型的阻抗匹配网络一 设计要求：用分立LC 设计一个L 型阻抗匹配网络，使阻抗为Z s =25-j*15 Ohm 的信号源与阻抗为Z L =100-j*25 Ohm 的负载匹配，频率为50Mhz 。
（L 节匹配网络）二 阻抗匹配的原理用两个电抗元件设计L 型的匹配网络，应该是匹配网络设计中最简单的一种， 但仅适用于较小的频率和电路尺寸的围，即L 型的匹配网络有其局限性在RF 理论中，微波电路和系统的设计（包括天线，雷达等），不管是无源电路还是有源电路，都必须考虑他们的阻抗匹配（impedance matching ）问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波，不匹配会引起严重的反射，致使严重损耗。
所以在设计时，设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
根据最大功率传输定理，要获得信号源端到负载端的最大传输功率，需要满足信号源阻抗与负载阻抗互为共轭的条件，即L L S S iX R iX R +=+。
若电路为纯电阻电路则0==L S X X ，即L S R R =。
而此定理表现在高频电路上，则是表示无反射波，即反射系数为0.值得注意的是，要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配，此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
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. 阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。
反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。
ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络
ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络LC元件设计L型的阻抗匹配网络是一种常见的电路设计技术，用于在不同的电路之间实现阻抗匹配。
在大多数电路中，输入和输出的阻抗可能会不匹配，导致信号的反射和损失。
通过使用LC元件设计L型的阻抗匹配网络，可以有效地调节输入和输出端口的阻抗，达到最佳的信号传输效果。
在ADS仿真作业中，设计L型的阻抗匹配网络需要先确定设计要求，包括输入输出端口的特定阻抗和频率范围。
然后根据这些设计要求，选择合适的LC元件参数，进行仿真设计，并通过仿真结果来验证设计的合理性和有效性。
首先，我们需要确定输入和输出端口的阻抗。
一般情况下，输入和输出端口的阻抗都是复数形式，包括阻抗大小和相位角度。
在设计阻抗匹配网络时，需要将输入端口的阻抗与输出端口的阻抗进行匹配，以减少信号的反射损失。
接着，我们需要选择合适的LC元件参数。
在L型阻抗匹配网络中，通常使用电感和电容元件来实现阻抗调节。
根据设计要求和频率范围，选择合适的电感和电容元件参数，以实现最佳的阻抗匹配效果。
在ADS仿真软件中，可以使用电路设计工具来进行L型阻抗匹配网络的设计。
首先，建立一个新的电路设计项目，选择合适的元件库，并添加输入输出端口。
然后，通过连接电感和电容元件，构建L型阻抗匹配网络电路。
根据设计要求，调节电感和电容元件的数值，以实现预期的阻抗匹配效果。
在完成电路设计后，可以进行仿真分析。
通过添加信号源和观察器，可以对电路进行频率响应、阻抗匹配效果等方面的仿真分析。
根据仿真结果，可以优化电路设计，调整元件参数，以获得最佳的阻抗匹配效果。
总之，LC元件设计L型的阻抗匹配网络是一种重要的电路设计技术，在电路设计和优化中起着关键作用。
通过合理选择元件参数，进行仿真设计和优化，可以实现最佳的阻抗匹配效果，提高信号传输质量和性能。
在ADS仿真作业中，设计L型阻抗匹配网络是一项具有挑战性和实用性的任务，可以提升电路设计和仿真技能，为电子电路领域的研究和实践提供有益的经验。
L型匹配网络的应用研究
上述两个匹配网络都实现了负载阻抗和源端阻抗的匹 配，使得其反射系数最小，下面从频率响应方面分析这两种 网络的差异。通过 ADS 仿真 [9-10] 得到 S21，如图 5 所示。
仿真可得 ：图 4（b）电路没有下边频，在 3.5 GHz 以下 的频率都能很好通过，而图 4（c）电路在 1.5 GHz 以上的频 率都能很好通过。尽管这两个匹配网络都能在射频链路中使 用，但从频率响应中可看出，图 4（b）电路具有更好的高频 抑制特性，这在射频链路中针对非线性器件产生的有害高频 谐波 [11]，例如 LTE B40（TD2300）的 2 次、3 次谐波，能起 到很好的抑制作用。
串联或者并联时在 smith 圆图上的走向，如图 2 所示。工程
设计人员根据设计需求，图 1 的 8 种 L 型网络能快速地在
smith 圆图上观察目标匹配变换的过程，更加直观地对射频
链路进行调整，从而使设计工作简化。
图 1 L 型网络 8 种拓扑结构 收稿日期：2020-10-28 修回日期：2020-11-27
智能处理与应用
Intelligent Processing and Application
DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2021.05.019
L 型匹配网络的应用研究
邹仲福
（上海移远通信技术股份有限公司，广东 佛山 528200）
摘 要 ：针对消费者对设备小型化的需求，电子设备的设计复杂度不断加深，射频阻抗匹配链路的可靠性以及
3 模型分析
对射频链路匹配进行建模，设定负载工作在 f0=2.0 GHz 频率上，负载的阻抗 zL=25+j10 Ω，匹配源端阻抗 zS=50 Ω，
68 物联网技术 2021年 / 第5期
ADS阻抗匹配原理及负载阻抗匹配
功率放大器设计的关键：输出匹配电路的性能2008-05-15 17:51:20 作者：未知来源:电子设计技术关键字：功率放大器匹配电路匹配网络s参数串联电阻输出功率Cout耗散功率网络分析仪高Q值对于任何功率放大器（功率放大器）设计，输出匹配电路的性能都是个关键。
但是，在设计过程中，有一个问题常常为人们所忽视，那就是输出匹配电路的功率损耗。
这些功率损耗出现在匹配网络的电容器、电感器，以及其他耗能元件中。
功率损耗会降低功率放大器的工作效率及功率输出能力。
因为输出匹配电路并不是一个50Ω的元件，所以耗散损失与传感器增益有很大的区别。
输出匹配的具体电路不同，损耗也不一样。
对于设计者而言，即使他没有选择不同技术的余地，在带宽和耗散损失之间，在设计方面仍然可以做很多折衷。
匹配网络是用来实现阻抗变化的，就像是功率从一个系统或子系统传送另一个系统或者子系统，RF设计者们在这上面下了很大的功夫。
对于功率放大器，阻抗控制着传送到输出端的功率大小，它的增益，还有它产生的噪声。
因此，功率放大器匹配网络的设计是性能达到最优的关键。
损耗有不同的定义，但是这里我们关心的是在匹配网络中，RF功率以热量的形式耗散掉的损耗。
这些损耗掉的功率是没有任何用途。
依据匹配电路功能的不同，损耗的可接受范围也不同。
对功率放大器来讲，输出匹配损耗一直是人们关注的问题，因为这牵涉到很大的功率。
效率低不仅会缩短通话时间，而且还会在散热和可靠性方面带来很大的问题。
例如，一个GSM功率放大器工作在3.5V电压时，效率是55%，能够输出34dBm的功率。
在输出功率为最大时，功率放大器的电流为1.3A。
匹配的损耗在0.5dB到1dB的数量级，这与输出匹配的具体电路有关。
在没有耗散损失时，功率放大器的效率为62%到69%。
尽管损耗是无法完全避免的，但是这个例子告诉我们，在功率放大器匹配网络中，损耗是首要问题。
耗散损失现在我们来看一个网络，研究一个匹配网络（图1a）中的耗散损失。
实验一匹配电路仿真与设计
仿真结果
MarkerNew
练习
设计L型阻抗匹配网络，使Zs=(46－j×124) Ohm信号源与 ZL=(20+j×100) Ohm的负载匹配，频率为2400MHz.
例2：微带单枝节短截线匹配电路的设计 设计微带单枝节短截线匹配网络，使ZS=(55－j*40) Ohm信号源与ZL=(30+j*50) Ohm的负载匹配，频中心频 率为1.5GHz
实验一 匹配网络的设计与仿真
一、实验目的
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、λ/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
二、基本阻抗匹配理论
8. 双击DA_tMatch控件，设置控件相关参数如下：
9. 执行菜单命令【Tools】【Smith Chart】，弹出 “SmartComponent Sync”对话框； 选择“Update SmartComponent from Smith Chart Utility”，单击“OK”
( a )
C p
Cs
1 2 fc X s XL Lp 2 fc
L p
( b )
三、ADS仿真步骤
1. 打开ADS
2. 新建一个工程，并命名为Match_LC，长度单位选mm
3. 选“No help needed”，然后单击“finish”
元件库列表 选择的元件 元件列表
100%出现后，Close该对话框
8. 选中“SSMtch”控件，单击“ 络
”图标，查看自动生成的匹配网
阻抗匹配网络的设计与仿真
实验三 阻抗匹配网络的设计与仿真一、实验设计目标1、设计目标：设计微带单枝短截线匹配电路，把阻抗Ohm j Z L )50*30(+=的负载匹配到阻抗Ohm j Z s )40*55(-=的信号源，中心频率为1.5GHz2、设计目标：设计L 型阻抗匹配网络，使Ohm j Z s )15*25(-=信号源与Ohm j Z L )25*100(-=的负载匹配，频率为50MHz二、实验设备1、台式电脑 1台 配置要符合相关软件要求2、ADS 软件 1套 微波软件三、实验过程及仿真结果1、新建工程和设计原理图如图1所示。
设置仿真参数，进行仿真，仿真结果如图2所示。
2、分立电容电感匹配在频率不是很高的应用场合，可以使用分立电容电感器件进行不同阻抗之间的匹配，如果频率不高，分立器件的寄生参数对整体性能的影响可以忽略。
用分立电容电感进行匹配设计的步骤如下：(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 ，倒入对应Smith Chart Matching 控件的相关参数或者输入相关参数(4)Smith Chart Utility 中选用器件完成匹配(5)生成匹配的原理图。
四、实验过程及仿真结果设计1的实验原理图图1，设计1的等效电路图图2，设计1的Smith 图形图3，设计1的仿真图形图4，设计2的实验原理图图5，设计2的等效电路图图6，设计2的Smith 图形图7，设计2的仿真图形图8。
五、实验体会本次实验让我了解了阻抗匹配网络的设计与仿真。
我感觉自己懂得还是很少，不过经过这两次实验自己不断摸索，发现并学会了很多的关于射频电路设计方面的东西，我感觉自己对这方面兴趣挺大的，不过要准备考研，这学期的课都没有好好上，也是一种遗憾，射频这方面的学习也只能学到这种很模糊的状态了，如果以后还接触的话，我一定好好学。
阻抗匹配ADS设计
燕山大学课程设计说明书题目：80Mhz分立LC阻抗匹配网络的设计学院（系）：理学院年级专业： 11级电子信息科学与技术学号： ************ 学生姓名：**指导教师：杜会静徐天赋教师职称：副教授副教授燕山大学课程设计说明书燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：理学院基层教学单位：电子信息科学与技术说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份年月日燕山大学课程设计评审意见表80Mhz分立LC阻抗匹配网络的设计摘要：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。
实现匹配网络时，Simth圆图是应用最广泛的匹配电路设计工具之一，它直观的描述了匹配设计的全过程。
在频率不是很高的应用场合，可以使用分立电感电容器件进行不同阻抗之间的匹配。
如果频率不高，分立器件的寄生参数对整体性能的影响可以忽略。
关键词：射频分立LC 阻抗匹配匹配网络AbstractThe impedance matching is important one annulus in rf circuit design.The purpose of impedance matching is to make the load impedance and the conjugate source impedance matching, so as to achieve maximum power transfer, and minimize the power loss on the feeder. Achieve the above the common way of matching is inserted between the source and load a passive network, this network is often referred to as matching network. To achieve the matching network, the Simth chart is applied to one of the most widely used matching circuit design tools, its intuitive description of the whole process of matching design. In is not very high frequency applications, you can use the discrete inductance capacitor between different impedance matching. If the frequency is not high, discrete device parasitic parameters influence on the overall performance can be ignored.Keywords：RF discrete impedance matching network of LC一、引言：分立LC 阻抗匹配的概念是射频电路设计中最为基本的概念之一，贯穿射频电路设计始终。
l型阻抗匹配电路
L型阻抗匹配电路是一种常用的射频电路设计，用于将来自天线或其他输入设备的电流有效地转换为电路中的有效阻抗，从而实现高效的能量传输。
这种匹配电路通常用于无线通信、雷达和微波设备等领域。
首先，让我们了解一下电路中的阻抗。
阻抗是电路中一个重要参数，它表示电流流动的阻力或阻止电流流动的电阻和电容性电导的矢量和。
对于高频信号，电路的阻抗通常是一个复数值，包括电阻（实部）和电感（虚部）。
因此，实现阻抗匹配就是要使得传输线的特性阻抗与负载阻抗在统计上达到一致，使得能量在传输过程中损失最小。
L型阻抗匹配电路主要由一段特性阻抗为Z的传输线（例如同轴电缆）和一个电感L组成。
当信号从天线或其他输入设备流入电路时，首先通过电感，然后通过传输线到达负载。
电感的作用是限制信号的上升时间和下降时间，从而稳定电流波形，防止反射。
接下来，我们来详细分析L型阻抗匹配电路的工作原理。
当信号从天线或其他输入设备流入电路时，由于输入阻抗与传输线的特性阻抗不匹配，信号会在传输线中产生反射。
为了减少反射，我们在传输线和负载之间加入一个电感L。
这个电感L的作用是延迟电流的相位，使得电流在到达负载时具有正确的相位，从而实现阻抗匹配。
此外，L型阻抗匹配电路的设计还涉及到其他因素，如电感的值和位置。
电感的值应该根据负载阻抗和信号频率进行选择，以确保最佳的阻抗匹配效果。
电感的位置则会影响其性能。
如果电感靠近传输线，则可以更快地稳定电流波形，减少反射。
在实际应用中，L型阻抗匹配电路的设计需要考虑到许多因素，如信号频率、负载阻抗、环境温度和湿度等。
因此，需要进行详细的仿真和测试，以确保电路的性能和稳定性。
总之，L型阻抗匹配电路是一种常用的射频电路设计，用于实现高效能量传输。
其工作原理涉及到阻抗匹配、信号稳定和电路优化等关键因素。
在设计过程中，需要考虑电感的值和位置、环境因素等多个方面。
合理设计L型阻抗匹配电路可以提高设备的性能和可靠性，对于无线通信、雷达和微波设备等领域具有重要意义。
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用LC 元件设计L 型的阻抗匹配网络
一 设计要求：
用分立LC 设计一个L 型阻抗匹配网络，使阻抗为Z s =25-j*15 Ohm 的信号源与阻抗为Z L =100-j*25 Ohm 的负载匹配，频率为50Mhz 。
（L 节匹配网络） 二 阻抗匹配的原理
用两个电抗元件设计L 型的匹配网络，应该是匹配网络设计中最简单的一种， 但仅适用于较小的频率和电路尺寸的范围，即L 型的匹配网络有其局限性 在RF 理论中，微波电路和系统的设计（包括天线，雷达等），不管是无源电路还是有源电路，都必须考虑他们的阻抗匹配（impedance matching ）问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波，不匹配会引起严重的反射，致使严重损耗。
所以在设计时，设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。
根据最大功率传输定理，要获得信号源端到负载端的最大传输功率，需要满足信号源阻抗与负载阻抗互为共轭的条件，即L L S S iX R iX R +=+。
若电路为纯电阻电路则0==L S X X ，
即L S R R =。
而此定理表现在高频电路上，则是表示无反射波，即反射系数为0.值得注意的是，要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配，此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
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. 阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。
反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。
阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间，等等。
为了使信号和能量有效地传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态，即信号源或功率源的内阻等于电路的输人阻抗，电路的输出阻抗等于负载的阻抗。
在一般的输人、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件，由它们所组成的电路称为电抗电路，其中只含有电阻的电路称为纯电阻电路。
L 型匹配网络通常不用于高频电路中，以及如果在窄带射频中选用了L 型匹配网络，也应该注意他的匹配禁区，在这个禁区中，无法在任意负载阻抗中和源阻抗之间实现预期的匹配，即应选择恰当的L 型匹配网络以避开其匹配禁区。
三 设计过程
1新建ADS 工程，新建原理图，在元件面板列表中选择“simulation S--param ”在原理图中
放两个Term和一个S-Parameters控件，双击Term端口，弹出设置对话框，分别把Term1设置成Z=25-j*15Ohm,Term2设置成Z=100-j*25Ohm，双击S-Parameters控件，弹出设置对话框，分别把Start设置成1MHz,Stop设置成100MHz，Step-size设置成1MHz。
2在元件面板列表中选择“Smith Chart Matching”，单击“”图标，
在原理图中添加“DA_SmithChartMatching”控件。
得到
3双击DA_SmithChartMatch控件，设置控件相关参数如下，关键的设置有Fp=50MHz，SourceType=Complex Impedance，SourceEnable=True,源阻抗Zg=（25-j*15）Ohm，
SourceImpType=Source Impedance，LoadType=Complex Impedance，LoadEnable=True，负载阻抗Zl=（100-j*25）Ohm，其它参数采用默认值。
然后依次点击“apply”和“ok”键。
4，连接电路，如图
5在原理图设计窗口，执行菜单命令tools->Smith Chart,弹出“Smart Component”对话框。
选择“Update SmartComponent from Smith Chart Utility”，单击“OK”
6设置Freq=0.05GHz，Z0=50Ohm。
单击“DefineSource/load Network terminations”按钮，
将弹出“Network Terminations”对话框，设置源和负载阻抗如下图所示，然后依次单击“Apply”和“OK”
7 源（小圆标记）和负载（方形标记）在Smith圆图上位置如下图所示。
8,采用LC分立器件匹配过程，点击“auto 2-element match”，得到下图
9首先选择第一种情况，即点击，得到
10单击“Build ADS Circuit”按钮，即可生成相应的电路
选中DA_SmithChartMatch控件，单击图标，可以查看匹配电路
此时从图上可得到精确的c和L的值
11单击“”图标，返回后原电路，单击“”图标，进行仿真，并且要求其显示S(1,1)
和S(2,1)曲线
重复8-11步骤，可以得到另外一种L型匹配电路
(1)可得到相应的smith chart
(2)相应的匹配网络电路
(3)S11和S21的曲线
结论：
1：第一种情况，经过仿真之后，从第一种匹配网络得到的S(1,1)和S(2,1)的曲线可以看出，在频率达到50MHZ的时候，在加入L型匹配网络之后的电路中，其没有反射，即能被全部传输，达到最大传输功率，此时简单的L型匹配网络达到了很好的匹配效果。
但随高于60MHZ 之后，其效果匹配效果变差。
2：第二种情况，经过加入匹配网络之后，从得到的S(1,1)和S(2,1)的曲线可以看出，在小于40MHZ的时候，其效果很差，随着频率的增加，在50MHZ的时候，几乎达到达到理想的匹配，即没有反射波。
但再随着频率的增加，效果稍微变差。
但总体效果还是不错的总之，两种情况都能在中心频率上达到理想的匹配。