微波传输线ADS仿真与负载特性测量

本科实验报告

课程名称：电磁场与微波实验

姓名：李昂诺

学院：信息与电子工程学院系：

专业：电子科学与技术

学号：3130000766

指导教师：王子立

2015年6 月8 日

实验报告

课程名称：___电磁场与微波实验________________指导老师：___王子立________成绩：__________________

实验名称：____微波传输线 ADS 仿真与负载特性测量__实验类型：___设计实验___同组学生姓名：__韩天啸___

一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1. 了解基本传输线、微带线的特性。 2．熟悉 ADS 软件的基本使用方法。

3．利用 ADS 软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真。 4．掌握矢量网络分析仪测量的方法。

二、实验内容和原理

考虑一段特性阻抗为Zo 的传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如图所示，假设此传输线无耗，且传输系数γ= j β，则传输线上电压及电流可用下列二式表示：

()z z U z U e U e ββ+--=+ ()z z I z I e I e ββ+--=-

专业：_电子科学与技术_ 姓名：___李昂诺_______

学号：___3130000766___ 日期：___2015.6.10_____ 地点：__东四

-227______

1、负载端（z = 0）处情况

可得负载阻抗为

0()L L L U U U Z Z I U U +-

+-

+==-

定义归一化负载阻抗为011L L

L L

Z z Z +Γ=

=

-Γ 其中定义L Γ为负载端的电压反射系数1

||1

L j L L L L z e z ϕ-Γ=

=Γ+ 当0L Z Z =或为无限长传输线时，0L Γ=，无反射波，是行波状态或匹配状态。 当L Z 为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时，||1L Γ=，全反射，为驻波状态。 当L Z 为其他值时，||1L Γ≤，为行波驻波状态。 线上任意点的反射系数为2||L j j z

L L e ϕβ-Γ=Γ

2、 输入端（z = −L ）处情况

反射系数()z Γ应改成2()L

j L L e β-Γ=Γ

输入阻抗为00

0tan()

tan()

L in L Z jZ L Z Z Z jZ L ββ+=+

由上式可知：

（ 1）当L →∞时， 0in Z Z →。 （ 2）当L = λ⁄2时， in L Z Z =。

（ 3）当L = λ⁄4时， 2

0in L

Z Z Z =。

三、主要仪器设备

1、装有 ADS 软件的电脑 一台

2、矢量网络分析仪 一台

3、微带电路 一套

四、操作方法和实验步骤

实验内容1．用ADS 软件计算微带电路尺寸，并分别仿真微带传输线负载为短路、开路、匹配、纯电抗和复阻抗情况下的特性。

计算及仿真条件如下：

（1）工作频率2.5GHz；

（2）特性阻抗50 欧姆；

（3）微波介质基板特性：相对介电常数4.6，介质层厚度0.765mm，铜箔厚度0.035mm(1OZ)，损耗正切0.015；

五、实验数据记录和处理

1、负载端短路（SC）

⑴在ADS中画出原理图

仿真得到结果：

在原理图内设计微带线仿真

查看仿真结果

分析：

我们根据理论公式进行推导得出0

L L L Z Z Z Z -Γ=

+，在SC 的情况下，=0L Z ，||1L Γ=，反射系数

在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的最外圈，和仿真实验是一致符合的。当频率为2.5GHz 时，反射系数刚好位于史密斯圆图的左端点。

对于输入阻抗，此时0tan in Z jZ L β=，我们观察输入阻抗的公式可以得出，当频率为2.5GHz 时，tan 00in L Z β==，；然而当频率不为2.5GHz 时，0tan 0tan in L Z jZ L ββ≠=，，虚部不为0并且随着频率的变化而变化，其实图中还显示出Zin 在2.5GHz 处并不完全为0，这微小的偏差是由于传输线本身是具有一部分阻抗的。下图为Zin 的实虚部，可以更为直观看出阻抗。

由于传输线本身带有一部分阻抗，那么在2.5GHz处的下降峰就可以得到解释了。故仿真符合实验预期。

在微带线模型中，相较于理想情况，反射系数的模并不为1，而是略小于1，因此由图中可以看出，这是一个靠近最外圈的一个内弧。这是因为在实际中，微带线是存在边界效应的，所以不能完全等效成平行板波导来进行计算，所以产生了一部分偏差。

2、负载端开路（OC）

⑴在ADS中画出原理图

仿真得到结果：

在原理图内设计微带线仿真

查看仿真结果

分析：

我们根据理论公式进行推导得出0

L L L Z Z Z Z -Γ=

+，在OC 的情况下，=L Z ∞，||1L Γ=，反射系

数在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的最外圈，和仿真实验是一致符合的。当频率为2.5GHz 时，反射系数刚好位于史密斯圆图的右端点。

对于输入阻抗，此时0

tan in Z Z j L

β=

，我们观察输入阻抗的公式可以得出，当频率为2.5GHz 时，

tan 0in L Z β→→∞，；然而当频率不为2.5GHz 时，0

tan 0tan in Z L Z j L

ββ≠=

，，虚部不为0并

且随着频率的变化而变化。偏差与SC 的情况一致，同理。故仿真符合实验预期。

在微带线模型中，相较于理想情况，反射系数的模并不为1，而是略小于1，因此由图中可以看

出，这是一个靠近最外圈的一个内弧。这是因为在实际中，微带线是存在边界效应的，所以不能完全等效成平行板波导来进行计算，所以产生了一部分偏差。

不管是在SC 还是OC 的情形中，微带线仿真结果曲线带宽较宽，宽于理想带线曲线，而且峰

值略小于理想带线的情况。微带线中是有损耗的，所以会导致峰值降低，峰值降低会导致带宽增加。

3、负载端匹配

⑴在ADS 中画出原理图