北邮微波仿真实验报告

微波仿真实验实验报告

题目：微波仿真实验学院：电子工程学院班级：

姓名：

学号：2013xxxxxx

微波仿真课（1）

一、实验要求：

1.了解ADS Schematic的使用和设置。

打开ADS软件（2009版本），选择“以管理员身份运行”，新建工程并命名，新建Schematic窗口。截图如下：

2.在Schematic里，分别仿真理想电容20pF和理想电感5nH，仿真频率为（1Hz-100GHz），观察仿真结果，并分析原因。

①理想电容20pF，仿真频率为（1Hz-100GHz）：

电路图：

对数曲线：

分析：由计算可知：S11=Z/Z+2 S12=2/Z+2,该网络互易对称可知S21=S12, S22=S11, Z=1/jωC, 随着频率的增加，S11=Z/Z+2将会减小，最终趋向于0，即-70db, S12=2/Z+2，f=1HZ时，Z趋近于无穷，S12趋近于0，即1db, f逐渐增大到100GHZ时，Z=1, S12=1/3，仍然接近于0，即1db。

②理想电感5nH，仿真频率为（1Hz-100GHz）：

电路图：

史密斯圆图：

对数曲线：

分析：由计算可知：S11=Z/Z+2 S12=2/Z+2。由该网络互易对称可知S21=S12, S22=S11, Z=jωL, 随着频率的增加，S11=Z/Z+2将会增大，最终趋向于1，即0db, S12=2/Z+2将会随着频率的减小而减小，最终趋向于0，在图中即为-30db。

3.Linecalc的使用：

a)计算中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω微带线的宽度；

将FR4基片的参数输入到Linecalc中，计算得到中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω微带线的宽度为1.543670mm，截图如下：

b)计算中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω共面波导（CPW）的横截面尺寸（中心信号线宽度与接地板之间的距离）。

将FR4基片的参数输入到Linecalc中，计算得到中心频率1GHz时，FR4基片的50Ω共面波导（CPW）的中心信号线宽度为87.8355mm,与接地板之间的距离为5mm，截图如下：

4.基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长开路CPW

线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分析原因。

电路图：

Smith圆图：

分析：Smith圆图上近似在r = 无穷的等电阻圆上转一圈多，频率每增加1G，圆就增加半圈，即λ/4电长度，由于CPW存在损耗，即衰减系数不为0，相位常数不为0，所以相位和大小均发生改变，所以

反射系数成螺旋型，当频率为0时，位于史密斯原图开路点处，1GHZ 时，顺时针旋转半个周期到短路点处，反射系数的绝对值即为所在点到圆心的距离，虽然从500M到3G时，反射系数的大小都接近1（终端短路时的传输系数），但随着频率的升高，反射系数的绝对值略有减小，同时说明传输系数增大，说明随着频率越高，衰减系数越小，即损耗越小。

5.基于FR4基板，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长短路CPW 线的性能参数，中心工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和2GHz的输入阻抗，分析变化原因。

电路图：

史密斯圆图：

分析：

阻抗计算结果：

500MHz时，Zin = Z0*(0.069+j1.042) ≈j*Z0

2GHz下，Zin = Z0*(0.034-j*0.026) ≈0

变化原因：

对以1GHz为中心频率的1/4波长CPW而言，对1GHz对应1/4波长，此时阻抗倒置，由短路点变为开路点；2GHz下，频率加倍，波长减半，对相同的波导规格，电长度加倍，相当于1/2波长，阻抗还原，仍为短路点，500MHz时，电长度相当于1/8波长，相当于从短路点（-1，0）在Smith圆图中顺时针（向源）旋转了1/4个圆。

6.分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和

2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），

分析曲线变化原因。

①理想传输线，特性阻抗为50Ω四分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz：

电路图：

史密斯圆图：

②微带传输线，特性阻抗为50Ω四分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz：

电路图：

史密斯圆图：

③理想传输线，特性阻抗为50Ω四分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz：

电路图：

史密斯圆图：

④微带传输线，特性阻抗为50Ω四分之一波长，开路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-50GHz：

电路图：

史密斯圆图：

分析：理想传输线的史密斯圆图在开路圆山重复旋转将近一圈多，而微带传输线的史密斯圆图的曲线呈螺旋型，且随着频率的增大，波长变小，即对应相同的波导，电长度变大，此时反射系数的模值变小，即说明理想传输线不存在损耗，而微带线的损耗随着频率的增加而减小。对于1Ghz对应的λ/4的理想传输线，2Ghz对应λ/2的理想传输线，相当于阻抗还原，对于没有损耗的理想传输线来说，其输入阻抗

接近无穷，而对应微带传输线来说，其因为存在损耗，所以值会略有减小。500Mhz对应的是λ/8，即从开路点处朝源的方向，即顺时针旋转λ/8长度得到的输入阻抗，同理，微带线比理想线略小。

扩展仿真频率，由于理想传输线不存在损耗，所以即时频率扩展了，也仍以2G为一个频率周期重复再开路圆上画圆，而由于微带线存在损耗，随着频率越来越大，反射系数的模值将会越来越小。

7.分别用理想传输线和在FR4基片上的微带传输线，仿真一段特性阻抗为50Ω四分之一波长短路线的性能参数，工作频率为1GHz。仿真频段（500MHz-3GHz）,观察Smith圆图变化，分别求出500MHz和

2GHz的输入阻抗，分析变化原因。扩展仿真频率（500MHz-50GHz），分析曲线变化原因。

①理想传输线，特性阻抗为50Ω四分之一波长，短路线，工作频率为1GHz，仿真频段500MHz-3GHz：

电路图：

史密斯圆图：