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 2π

λg

l

● 微带终端开路线段的特性：Z =−jZ c tan

2πλg

l

● 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。

3.设计匹配电路

3.1对纯阻75 Ω，使用1/4波长变阻器实现匹配

3.1.1利用DA_QWMatch设计

生成原理图及仿真参数设置

图4 匹配电路图

自动设计匹配电路

主要通过1/4波长匹配器参数的自动设计来实现电路的匹配。匹配后的下层电路如下图所示。

图5 匹配器下层电路

仿真结果

图6 端口S11的频率特性及Smith圆图中的显示

由频率特性曲线与Smith圆图均可看出，在频率为3GHz处电路达到匹配，反射系数S11几乎为0；由Smith圆图可看出，在匹配点处输入阻抗约为Z0，符合达到匹配时的要求。

3.1.2根据原理设计匹配电路

计算所需的1/4波长微带线的线宽和线长

利用微带线计算工具，可计算中心频率f=3 GHz时，特性阻抗为61.24Ω、电长度为1/4波长的微带线的线宽和线长为W=1.33mm，L=14.05mm。

生成原理图

图7 匹配电路图

仿真结果

图8 端口S11的频率特性

与自动设计的结果类似，由频率特性曲线与Smith圆图均可看出，在频率为3GHz处电路达到匹配，反射系数S11几乎为0；由Smith圆图可看出，在匹配点处输入阻抗约为Z0，符合达到匹配时的要求。

对比

可见，自动匹配设计与理论计算的结果很接近，即自动设计的效果是比较理想的。所得的频率特性也是很接近的。但我们看到自动匹配设计的S11为-39.56dB,而根据原理计算所设计得到的电路S11为-47.67dB；原理计算得到的输入阻抗也比自动设计的输入阻抗更接近Z0，可见自动设计的效果略差于由原理计算出的匹配结果。

3.2对复数阻抗，使用单分支线实现匹配

3.2.1对于负载阻抗Z F=30+j30 Ω，使用DA_SSMatch设计

生成原理图

图9 复数阻抗匹配电路图

自动设计匹配电路，结果如下：

图10 分支线匹配下层电路

仿真结果

图11 端口S11的频率特性曲线及Smith圆图

由频率特性曲线与Smith圆图均可看出，在频率为3GHz处电路达到匹配，反射系数S11几乎为0；由Smith圆图可看出，在匹配点处输入阻抗约为Z0，符合达到匹配时的要求。

3.2.2根据原理计算匹配电路

计算所需的单分支线匹配电路的微带线的线宽和线长

使用微带线计算工具，计算中心频率f=3 GHz时，Z0=50Ohm，E_Eff=360°的微带线的线宽和线长，得W=1.909mm、L=55.284mm，从而得到l_1=16.751mm,l_2=7.132mm

生成原理图

图12 匹配电路图

仿真结果

图13 端口S11的频率特性曲线及Smith圆图

由频率特性曲线与Smith圆图均可看出，在频率为3GHz处电路达到匹配，反射系数S11几乎为0；由Smith圆图可看出，在匹配点处输入阻抗约为Z0，符合达到匹配时的要求。

对比

二者有一定差距，在中心频点3GHz处，自动设计的匹配网络S11为-36.044dB，而理论计算所得网络仅为-21.621dB，自动设计得到的输入阻抗也比原理计算的输入阻抗更接近Z0，可见原理计算的效果反而差于自动设计的匹配结果。

实验总结

1.初步了解了ADS仿真软件的使用方法，了解到了ADS软件在微波设计中的

强大作用。这一方面有助于我们更加方便准确地解决实际问题，更有助于我们加深对已有知识的理解；

2.理解了短路微带线和开路微带线宽高比对微带线的特性阻抗的影响，以及不

同长度微带线呈现出的不同阻抗特性

3.理解了1/4波长变阻器匹配的原理和实现方法，学会了用自动设计和原理计

算两种方法实现匹配。

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