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。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。