微带传输线微带电容微带电感设计
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Z 1 j C U I
o
I j C U
看 出 电 流 的 相 位 为 90 ， 当 电 容 和 电 压 峰 值 大 小 固 定 时 ， 电 流 与 频率呈正比例关系（线性增加）。
0 = 2 f 2 1 0 r a d / s
9
微波电路ADS仿真
周亮 12111043
微带传输线设计
几种方法： （1）经验公式法 （2）手动设置法 （3）计算法，需要ADS的计算控件 （4）优化法
经验计算方法
微带线的特性阻抗计算方法： Z 0 =60
2
0 e 1+ W 2h
1 + L n （ 1+ W 2h
W h ） （ ）
r
理想电感
理想电感
理想电感
微带电感桥
砷化镓 介电常数为13.1 Aluminum： relative permittivity：1 relative permeability：1.000021 conductivity：38000000 siemens/m mass density：2689
C 2 pf 2 10 U m a x 1V / m
12
f
im a g ( i ) 3 7 .8 1 0
3
0 .0 3 7 8
仿 真 结 果 表 明 ， 电 流 虚 部 为 0.0377， 与 计 算 结 果 相 同 。
微带传输线电容
微带传输线电容
微带交指电容
微带交指电容
微带交指电容优化结果
W=13.98mil （指宽）
W=23.98mil （指宽）
G=2.59mil （指间横向缝隙）
G=5.59mil （指间横向缝隙）
微带交指电容参数
变量 W G Ge L W t W f im a g （ i ） C= I j U real(i) Q
ADS建模仿真
设置控件MSUB微带线参数 copper： relative permittivity：1 relative permeability：0.999991 conductivity：58000000 siemens/m mass density：8933 H=1mm，微带线基板厚度为1mm Er=2.3，微带线基板的相对介电常数为2.3 Mur=1，微带线基板的相对磁导率为1 Cond=58000000，微带线导体的电导率为58000000 Hu=1.0e+0.33mm,表示微带线的封装高度 T=0.05mm，微带线的导体层厚度为0.05mm（50um） TanD=0.0003，微带线的损耗角tan=0.0003 Rough=0mm，微带线表面粗糙度为0mm
L2=0.420mm
L2=0.920mm
W=0.01mm
W=0.02mm
S=0.01mm
S=0.02mm
微带电感桥参数
变量 im a g （ i ） L= j U
I
N L 1 L 2 W S
Matlab计算结果
Matlab计算结果
Matlab计算结果
Matlab计算结果
ADS建模仿真
• 新建工程，选择【File】→【New Project】，系统出现新建工程对 话框。在name栏中输入工程:microstrip，并在Project Technology Files栏中选择ADS Standard：Length unit——millimet，默认单位 为mm。单击OK，完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。 • 在原理图设计窗口中选择TLines-Microstrip元件面板列表,并选择 MSUB，按照如图所示的方式连接起来。 • 在原理图设计窗口中选择S参数仿真工具栏，Simulation-S_Param。 选择Term放置在微带线两边，用来定义端口1和2，并放置两个地，连 接好电路。 选择S参数扫描控件放置在原理图中，并设置扫描的频率范围和步长。 双击S参数仿真控制器，参数设置如下。 Start=0 GHz，表示频率扫描的起始频率为0 GHz。 Stop=5 GHz，表示频率扫描的终止频率为5 GHz。 Step=0.01 GHz，表示频率扫描的频率间隔为0.01 GHz。
ADS建模仿真
MUSB
MUSB
MLIN
ADS建模仿真
ADS建模仿真
手动设置法
• 手动微调微带传输线的W，当WH=2.96时，S11<-40dB，可以求出反射 系数为0.01，反射能量为万分之一，满足设计要求。
计算法
• 微带线计算控件：选择【Tools】→【LineCalc】→【Start LineCalc】 工具来分析综合微带线的特性阻抗。 在Substrate Parameters栏中填入与MSUB相同的微带线参数。 在Component Parameters栏中填入中心频率。 Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。 Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟， 点击Synthesize和Analyze栏，可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互 换算。
Z j L U I I j U
L
o
看 出 电 流 的 相 位 为 90 ， 当 电 感 和 电 压 峰 值 大 小 固 定 时 ， 电 流 与 频率呈反比例关系。
0 = 2 f 2 1 0 r a d / s
9
L 5nf 5 10 U
这个公式近似度差些，若要求稍微更精确些的计算，可采用下列的计算公式: Z 0 =60 1 W 2h e 1+ r 2 + 1 h L n[ 2 e ( W 2h
1
ห้องสมุดไป่ตู้ h ） （ +0.94） ]
r -1 10h -2 + （ 1+ ） 2 W
或者使用另一组计算公式： Z 0 = 60 Ln（ Z0= 8h W + W 4h 1 2 0 W h + 2 .4 2 -0 .4 4 h W + （ 1h W ）
计算结果
综合10Ghz频段
综合4Ghz频段
使用计算参数仿真结果
优化法
• 单击工具栏上的VAR 图标，把变量控件VAR放置在原理图上，双击该 图标弹出变量设置窗口，依次添加各变量。 • 在Name栏中填变量名称，Variable Value栏中填变量的初值，点击 Add添加变量，然后单击Tune/Opt/Stat/DOE Setup按钮设置变量的取 值范围，其中的Enabled/Disabled表示该变量是否能被优化， Minimum Value表示可优化的最小值Maximum Value表示可优化的最大 值。 • 在原理图设计窗口中选择优化面板列表optim/stat/Yield/DOE,在列 表中选择优化控件optim，双击该控件设置优化方法和优化次数，常 用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。随机法通常用于 大范围搜索，梯度法则用于局部收敛。 • 在优化面板列表中选择优化目标控件Goal放置在原理图中，双击该控 件设置其参数。 Expr是优化目标名称，dB(S(1,2)) SimlnstanceName是仿真控件名称，这里选择SP1。 Min和Max是优化目标的最小与最大值。 Weight是指优化目标的权重。 RangeVar[1]是优化目标所依赖的变量，这里为频率freq。 RangeMin[1]和RangeMax[1]是上述变量的变化范围。
6
），W h ，W h
Matlab编程
本设计中使用=2.3的介质，那么对于不同的W/h，使用matlab编程计算： disp('微带线阻抗计算') er=2.3; wh=1:0.1:10 ee=(1+er)/2+(er-1)/2*(1+10*(1./wh)).^(-0.5); z0=120*pi./(wh+2.44-0.44./wh+(1-1./wh).^6) z1=60*pi*pi*sqrt(1./ee)./(1+pi*wh+log(1+pi/2.*wh)) subplot(1,2,1) plot(wh,z0) subplot(1,2,2) plot(wh,z1) 最终得到WH比为1.95
m ax
9
f
1V / m
3
im a g ( i ) 1 0 .6 1 0
0 .0 1 0 6
仿 真 结 果 表 明 ， 电 流 虚 部 为 0.0106， 与 计 算 结 果 相 同 。
微带电感桥
微带电感桥
微带电感桥
N=2
N=3
L1=0.519mm
L1=1.019mm
优化法结果
介电常数1.3
介电常数2.3
介电常数3.3
导带线宽2mm
导带线宽3mm
导带线宽4mm
介质高度1mm
介质高度1.5mm
介质高度2mm
理想电容
理想电容仿真结果
理想电容仿真结果
微带传输线电容
砷化镓 介电常数为13.1 Aluminum： relative permittivity：1 relative permeability：1.000021 conductivity：38000000 siemens/m mass density：2689
o
I j C U
看 出 电 流 的 相 位 为 90 ， 当 电 容 和 电 压 峰 值 大 小 固 定 时 ， 电 流 与 频率呈正比例关系（线性增加）。
0 = 2 f 2 1 0 r a d / s
9
微波电路ADS仿真
周亮 12111043
微带传输线设计
几种方法： （1）经验公式法 （2）手动设置法 （3）计算法，需要ADS的计算控件 （4）优化法
经验计算方法
微带线的特性阻抗计算方法： Z 0 =60
2
0 e 1+ W 2h
1 + L n （ 1+ W 2h
W h ） （ ）
r
理想电感
理想电感
理想电感
微带电感桥
砷化镓 介电常数为13.1 Aluminum： relative permittivity：1 relative permeability：1.000021 conductivity：38000000 siemens/m mass density：2689
C 2 pf 2 10 U m a x 1V / m
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f
im a g ( i ) 3 7 .8 1 0
3
0 .0 3 7 8
仿 真 结 果 表 明 ， 电 流 虚 部 为 0.0377， 与 计 算 结 果 相 同 。
微带传输线电容
微带传输线电容
微带交指电容
微带交指电容
微带交指电容优化结果
W=13.98mil （指宽）
W=23.98mil （指宽）
G=2.59mil （指间横向缝隙）
G=5.59mil （指间横向缝隙）
微带交指电容参数
变量 W G Ge L W t W f im a g （ i ） C= I j U real(i) Q
ADS建模仿真
设置控件MSUB微带线参数 copper： relative permittivity：1 relative permeability：0.999991 conductivity：58000000 siemens/m mass density：8933 H=1mm，微带线基板厚度为1mm Er=2.3，微带线基板的相对介电常数为2.3 Mur=1，微带线基板的相对磁导率为1 Cond=58000000，微带线导体的电导率为58000000 Hu=1.0e+0.33mm,表示微带线的封装高度 T=0.05mm，微带线的导体层厚度为0.05mm（50um） TanD=0.0003，微带线的损耗角tan=0.0003 Rough=0mm，微带线表面粗糙度为0mm
L2=0.420mm
L2=0.920mm
W=0.01mm
W=0.02mm
S=0.01mm
S=0.02mm
微带电感桥参数
变量 im a g （ i ） L= j U
I
N L 1 L 2 W S
Matlab计算结果
Matlab计算结果
Matlab计算结果
Matlab计算结果
ADS建模仿真
• 新建工程，选择【File】→【New Project】，系统出现新建工程对 话框。在name栏中输入工程:microstrip，并在Project Technology Files栏中选择ADS Standard：Length unit——millimet，默认单位 为mm。单击OK，完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。 • 在原理图设计窗口中选择TLines-Microstrip元件面板列表,并选择 MSUB，按照如图所示的方式连接起来。 • 在原理图设计窗口中选择S参数仿真工具栏，Simulation-S_Param。 选择Term放置在微带线两边，用来定义端口1和2，并放置两个地，连 接好电路。 选择S参数扫描控件放置在原理图中，并设置扫描的频率范围和步长。 双击S参数仿真控制器，参数设置如下。 Start=0 GHz，表示频率扫描的起始频率为0 GHz。 Stop=5 GHz，表示频率扫描的终止频率为5 GHz。 Step=0.01 GHz，表示频率扫描的频率间隔为0.01 GHz。
ADS建模仿真
MUSB
MUSB
MLIN
ADS建模仿真
ADS建模仿真
手动设置法
• 手动微调微带传输线的W，当WH=2.96时，S11<-40dB，可以求出反射 系数为0.01，反射能量为万分之一，满足设计要求。
计算法
• 微带线计算控件：选择【Tools】→【LineCalc】→【Start LineCalc】 工具来分析综合微带线的特性阻抗。 在Substrate Parameters栏中填入与MSUB相同的微带线参数。 在Component Parameters栏中填入中心频率。 Physical栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。 Electrical栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟， 点击Synthesize和Analyze栏，可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互 换算。
Z j L U I I j U
L
o
看 出 电 流 的 相 位 为 90 ， 当 电 感 和 电 压 峰 值 大 小 固 定 时 ， 电 流 与 频率呈反比例关系。
0 = 2 f 2 1 0 r a d / s
9
L 5nf 5 10 U
这个公式近似度差些，若要求稍微更精确些的计算，可采用下列的计算公式: Z 0 =60 1 W 2h e 1+ r 2 + 1 h L n[ 2 e ( W 2h
1
ห้องสมุดไป่ตู้ h ） （ +0.94） ]
r -1 10h -2 + （ 1+ ） 2 W
或者使用另一组计算公式： Z 0 = 60 Ln（ Z0= 8h W + W 4h 1 2 0 W h + 2 .4 2 -0 .4 4 h W + （ 1h W ）
计算结果
综合10Ghz频段
综合4Ghz频段
使用计算参数仿真结果
优化法
• 单击工具栏上的VAR 图标，把变量控件VAR放置在原理图上，双击该 图标弹出变量设置窗口，依次添加各变量。 • 在Name栏中填变量名称，Variable Value栏中填变量的初值，点击 Add添加变量，然后单击Tune/Opt/Stat/DOE Setup按钮设置变量的取 值范围，其中的Enabled/Disabled表示该变量是否能被优化， Minimum Value表示可优化的最小值Maximum Value表示可优化的最大 值。 • 在原理图设计窗口中选择优化面板列表optim/stat/Yield/DOE,在列 表中选择优化控件optim，双击该控件设置优化方法和优化次数，常 用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。随机法通常用于 大范围搜索，梯度法则用于局部收敛。 • 在优化面板列表中选择优化目标控件Goal放置在原理图中，双击该控 件设置其参数。 Expr是优化目标名称，dB(S(1,2)) SimlnstanceName是仿真控件名称，这里选择SP1。 Min和Max是优化目标的最小与最大值。 Weight是指优化目标的权重。 RangeVar[1]是优化目标所依赖的变量，这里为频率freq。 RangeMin[1]和RangeMax[1]是上述变量的变化范围。
6
），W h ，W h
Matlab编程
本设计中使用=2.3的介质，那么对于不同的W/h，使用matlab编程计算： disp('微带线阻抗计算') er=2.3; wh=1:0.1:10 ee=(1+er)/2+(er-1)/2*(1+10*(1./wh)).^(-0.5); z0=120*pi./(wh+2.44-0.44./wh+(1-1./wh).^6) z1=60*pi*pi*sqrt(1./ee)./(1+pi*wh+log(1+pi/2.*wh)) subplot(1,2,1) plot(wh,z0) subplot(1,2,2) plot(wh,z1) 最终得到WH比为1.95
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1V / m
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im a g ( i ) 1 0 .6 1 0
0 .0 1 0 6
仿 真 结 果 表 明 ， 电 流 虚 部 为 0.0106， 与 计 算 结 果 相 同 。
微带电感桥
微带电感桥
微带电感桥
N=2
N=3
L1=0.519mm
L1=1.019mm
优化法结果
介电常数1.3
介电常数2.3
介电常数3.3
导带线宽2mm
导带线宽3mm
导带线宽4mm
介质高度1mm
介质高度1.5mm
介质高度2mm
理想电容
理想电容仿真结果
理想电容仿真结果
微带传输线电容
砷化镓 介电常数为13.1 Aluminum： relative permittivity：1 relative permeability：1.000021 conductivity：38000000 siemens/m mass density：2689