ADS2012 π型单枝节微带线阻抗匹配设计
学院：信息学院专业：通信工程姓名：马正智学号：20111910119 1、π型单枝节微带线阻抗匹配设计设计参数。
源阻抗：；负载阻抗；
中心频率：F=2.5GHz；起始频率：Star=0GHz；截止频率：Stop=5GHz；步长频率：Step=0.001GHz。
2、π型单枝节微带线阻抗匹配匹配电路。
图2-1
图2-2
3、π型单枝节微带线阻抗匹配仿真数据图。
图3-1
应用ADS设计微带线带通滤波器 1、微带带通微带线的基本知识 微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，因为微带结构是个平面电路，中心导带必须制作在一个平面基片上，这样所有的具有串联短截线的滤波器都不能用微带结构来实现；其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制，因而所有具有短路短截线和谐振器的滤波器也不太适合于微带结构。 微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有5种： 1、电容间隙耦合滤波器 带宽较窄，在微波低端上显得太长，不够紧凑，在2GHz以上有辐射损耗。 2、平行耦合微带线带通滤波器 窄带滤波器，有5％到25％的相对带宽，能够精确设计，常为人们所乐用。但其在微波低端显得过长，结构不够紧凑；在频带较宽时耦合间隙较小，实现比较困难。 3、发夹线带通滤波器 把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成。这种滤波器由于容易激起表面波，性能不够理想，故常把它与耦合谐振器混合来用，以防止表面波的直接耦合。这种滤波器的精确设计较难。
4、1/4波长短路短截线滤波器 5、半波长开路短截线滤波器 下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。 2、平行耦合线微带带通滤波器 平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的，它不要求对地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄的介质基片上(可以簿到1mm以下)，故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的波长比自由空间小了几倍，同样可以减小；此外，整个微带电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形，结构大为紧凑，从而大大减小了体积和重量。 关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，已有不少资料予以介绍。但是，在设计过程中发现，到目前为止所查阅到的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。在经典的工程设计中，为避免繁杂的运算，一般只采用简化公式并查阅图表，这就造成较大的误差。而使用电子计算机进行辅助设计时，则可以力求数学模型精确，而不追求过分的简化。基于实际设计的需要，我对于平行耦合线微带
四段式含加载线双带阻抗匹配变换器设计分析 我们在设计电路的时候，难免会做一些与射频相关的工作，工作的主要意义和射频设计的核心之一是使电路的一部分与另一部分匹配，以实现两部分之间的最大功率传输。目的。在本文中，我们介绍了一种T型阻抗转换器及其设计和仿真，该转换器的中心频率为400MHz，带宽为40MHz，标记阻抗为50至75欧姆。本文介绍了射频阻抗转换器的开发过程和当前状态，详细介绍了不同种类的变换器的性能与优缺点，用途及发展。而在介绍阻抗匹配的原理中，我们还穿插了一些关于史密斯圆图的定义，它作为一个分析阻抗匹配最广泛的工具让我们在面对庞大计算量的问题面前不会束手无策。在分析了微带线阻抗匹配理论的基础知识的基础上，讨论了射频阻抗变换器的整个设计过程，然后通过软件进行设计和构建。采用ADS软件进行整个设计的构建。对于仿真软件，我们选择的是HFSS，HFSS软件是一款高效的仿真软件，可以快速帮助我们进行模型仿真，之后我们对仿真结果进行分析和总。 关键词:射频；阻抗匹配；阻抗圆图；VSWR（电压驻波比）；ADS
1.1 概述 在处理射频系统的实际应用时，您总是会发现非常困难的工作，因为其中之一就是级联电路各部分的不同阻抗的匹配。通常，需要匹配的电路包括天线与低噪声放大器之间的匹配，功率放大器输出与天线之间的匹配以及LNA / VCO输出与LNA / VCO 输出之间的匹配。调音台输入。匹配的目的是确保信号或能量有效地从“信号源”传递到“负载”。 在高频侧，寄生元素对相应的网络具有重大且不可预测的影响。当频率超过几十兆赫兹时，理论计算和仿真远远不能满足要求，要获得足够的最终结果，还必须考虑并适当地调整实验室RF测试。通过计算出的值来确定电路结构的类型和相应目标组件的值. 1.2阻抗匹配变换器的发展与现状 IMPEDANCE变压器是微波组件（例如功率放大器，电源）的基本组件分配器和天线。最近，随着越来越多的无线通信和无线应用标准出现因此，建议系统和电路在不同的频带上同时工作。因此，尊重 TI频率阻抗变压器（MFIT）的开发非常担心。您最近看到了许多MFIT 十年来，大多数研究都包括双频那。双频阻抗变压器（DFIT）首先使用级联在两个实际阻抗之间实现两条线相互匹配，L形网络 Pi形传输线和网络. 一个更普遍的问题是针对频率相关的复杂负载（FDCL）的DFIT实现。因此，许多新拓扑和方法。中三传动线级联以实现DFCL DFIT。作为选择，传输线的两个部分和并联支路的两个部分串联连接，这具有尺寸大的缺点。然后提出了一种结构简化，尺寸更紧凑的T形DFIT。在DFIT中通过使用耦合线可以丰富DC阻止功能。一两个通用DFIT通过复杂的阻抗传递传输线的四个部分。以上分配双变频器通常具有两个或多个部分传输线或耦合线，所以长度大。对称双频偏移线T形或Pi形网络可以直接用作实际阻抗之间的DFIT，并且可以使用通过添加一部分传输为FDCL构造DFIT线和短线或T形双频短线，但电路复杂度高且尺寸大。
1.通过分析平行耦合微带线带通滤波器的电路结构, 提出了一种消除 滤波器带宽偏离指定设计带宽和在截止频率附近缓和通带内电压驻波比波动过大的方法. 疑问：1.什么是电压驻波比？为什么会导致电压驻波比波动过大？有什么危害？解决的办法？ 2.带通滤波器的基本单元：是由2 条相距很近的微带线构成的平衡耦合节, 在这2 条微带线之间会产生电磁耦合现象, 微带线的奇模、偶模通过公共接地板产生的耦合效应产生了奇模特性阻抗( Zoo) 和偶模特性阻抗( Zoe) . 当微带线长度为滤波器中心频率对应波长的1 / 4 时, 微带线就具备了带通滤波器特性, 即可构成一个平衡耦合节. 由于采用 单个带通滤波器单元不能获得良好的滤波器响应和陡峭的通带到阻带 的过渡,因此常将n + 1 个平衡耦合节级连以构成平行耦合微带线带通滤波器。平衡耦合节的两端有短路、开路2种结构 疑问：为什么微带线长度为滤波器中心频率对应波长的四分之一，微带线就具备了带通滤波器的特性？ 3.带通滤波器的设计步骤： 1、制定滤波器的技术要求 2、根据技术要求, 选定设计方法和选择合适的标准低通滤波器参 gk(k = 0, 1, ?, n, n + 1) 3、确定归一化带宽、上边频和下边频, 按公式计算奇模、偶模的特征 阻抗值, 从而确定微带线的间隔、宽度、长度 4、应用EDA 工具对初步设计进行仿真、优化, 然后进行误差分析或 谐范围分析以进一步提高设计质量 5、制作样品. 疑问：史密斯圆怎么看？如何计算滤波器的技术参数：截止频率，带内衰减，带外衰减，微带线尺寸如何选择和计算。什么是带内波纹，如何计算，对滤波器有和影响？ 采用ADS软件优化过后，采用手工调节曲线时发现改变某些参数时曲线将规律的变化。具体经验如下： 1.当增大s1的值时，S11曲线上移，减小时，S11曲线下移，若曲 线中通带内波纹过大，也可以通过调节S1来使得曲线变得光滑，减小带内纹波，当s1减小时还可以使得S11和S21曲线之间的 距离增大。
} 微带线设计ADS： 使用ADS中的微带线计算器LineCalc计算得到微带线的几何尺寸W、S、L。 具体方法是点击菜单栏Tools -> LineCalc -> Start Linecalc，出现一个新的窗口 1.在窗口的Substrate Parameters栏中填入与MSUB中相同的微带线参数。 2.在Cpmpnet Parameters填入中心频率。 栏中的W和L分别表示微带线的宽和长。 栏中的Z0和E_Eff分别表示微带线的特性阻抗和相位延迟。 · 5.点击Synthesize和Analyze栏中的↑箭头，可以进行W、L与Z0、E_Eff间的相互换算。填入75 Ohm和30deg可以算出微带线的线宽1.38 mm和长度15.54mm。 图计算 ！ 3.2.2连接好电路，将的W、S、L输入，进行、仿真 * 具体方法是： 1.在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏 窗口左侧的工具栏变为右图2-0所示。 （1）在工具栏中点击选择微带线MLIN并在右侧的绘图区放置。 （2）选择微带线MLIN以及控件MSUB分别放置在绘图区中。 （3）选择画线工具将电路连接好，连接方式见下图2-1。
^ 图。 （ 图传输线原理图 2.双击图上的控件MSUB设置微带线参数。 ￥ H:基板厚度(62 mil) Er:基板相对介电常数 Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率+7) Hu:封装高度+33 mm) T:金属层厚度(0.03mm)
TanD:损耗角正切 Roungh:表面粗糙度(0 mm) 、 3 .双击两边的引出线TL1、TL2，分别将其宽与长设为1.26mm和2.6 mm(其中线长只是暂定，以后制作版图时还会修改)。 4.在原理图设计窗口中选择S参数仿真的工具栏 （1）选择Term 放置在滤波器两边，用来定义端口1和2，点击图标，放置两个地，并按照 ] 上图2-1连接好电路。 （2）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，频率范围根据滤波器的指标确定(要包含通带和阻带的频率范围)。 5.点击工具栏中的Simulate按钮就开始进行优仿真，仿真结束后会出现图形显示窗口。（1）点击图形显示窗口左侧工具栏中的按钮，放置一个方框到图形窗口中，这时会弹出一个设置窗口(见下图2-2)，在窗口左侧的列表里选择S(1,1)即S11参数，点击Add按钮会弹出一个窗口设置单位(这里选择dB)，点击两次OK后，图形窗口中显示出S11随频率变化的曲线。 （2）用同样的方法依次加入S22，S21，S12的曲线，由于滤波器的对称结构，S11与S22，以及S21与S12曲线是相同的。
MT-094 指南
微带线和带状线设计
简介 人们撰写了大量文章来阐述如何端接PCB走线特性阻抗以避免信号反射。但是，妥善运用 传输线路技术的时机尚未说清楚。 下面总结了针对逻辑信号的一条成熟的适用性指导方针。 当PCB走线单向传播延时等于或大于施加信号上升/下降时间(以最快边沿为准)时端接传输 线路特性阻抗。 例如，在Er = 4.0介电质上2英寸微带线的延时约270 ps。严格贯彻上述规则，只要信号上升 时间不到~500 ps，端接是适当的。
更保守的规则是使用2英寸(PCB走线长度)/纳秒(上升/下降时间)规则。如果信号走线超过 此走线长度/速度准则，则应使用端接。 例如，如果高速逻辑上升/下降时间为5 ns，PCB走线等于或大于10英寸(其中测量长度包括 曲折线)，就应端接其特性阻抗。 在模拟域内，必须注意，运算放大器和其他电路也应同样适用这条2英寸/纳秒指导方针， 以确定是否需要传输线路技术。例如，如果放大器必须输出最大频率fmax，则等效上升时 间tr和这个fmax相关。这个限制上升时间tr可计算如下： tr = 0.35/fmax 等式 1
然后将tr乘以2英寸/纳秒来计算最大PCB走线长度。例如，最大频率100 MHz对应于3.5 ns的 上升时间，所以载送此信号的7英寸或以上走线应视为传输线路。 PCB板上受控阻抗走线的设计 在受控阻抗设计中，可以采用多种走线几何形状，既可与PCB布局图合二为一，也可与其 相结合。在下面的讨论中，基本模式遵循IPC标准2141A的规定(见参考文献1)。
Rev.0, 01/09, WK
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|微带线系列（共4篇） 在平时，大家对微带线的印象可能是这样的：EMC难过、串扰大、损耗小、传输速度快、加工工序多····在这里小陈将自己所知和盘托出，看能否为大家将微带线抽丝 剥茧。 第一篇文章并非原创，翻译自Eric Bogatin大神。 微带线系列-EMC 我刚从2013 IEEE EMC论坛回来，我发现很多EMC工程师都还有一个错误的观点。 大家都认为共模信号是主要的EMC来源，实际上并不是这样的，有一些共模信号 并不会向外辐射。 在EMC界，大家把common currents叫做common mode currents或者CM currents。看过我的书的人都知道我不喜欢这么叫，mode这个单词指的是一种互联关系，而共模信号只是同方向传播的电流而已。 共模电流是线缆中的净电流。共模信号的回流是在附近的任意的导体中。通常情况下我们会认为共模电流辐射很强。 实际上一个3uA的共模电流在1米长的线缆上跑100兆的时候，就过不了FCC的part 15 classB了。这么小的电流是很常见的，所以我们会认为共模电流很不好。EMC 工程师对此很警惕。 但问题是在不同条件下，共模电流可能是不好的也可能是可以无视的。 当信号与地的耦合程度不如信号线之间的耦合程度时，共模信号辐射会很强，是不好的。 但是如果工程师能将回流平面做得比较近的话，共模信号并没有太多辐射，这种情况下就可以不考虑。 添加屏蔽罩的原因也是如此，屏蔽罩并不只是去屏蔽信号辐射，也是作为一个回流平面给共模信号回流。屏蔽罩也不会影响双绞线的阻抗，提供这个回流平面之后，双绞线就不会辐射了。
微带线就是空气在上回流平面在下，所有PCB都有微带线在表底层。有一个错误的看法就是微带线辐射严重，还有一种看法是因为微带线辐射大所以要紧耦合。他们错误的原因都是一样的。 单端信号下方会有电流流过，与回流路径之间的耦合就相当于我们的差分信号。差分信号同样也会有回流，如下图所示。 Figure 1. Current density at 100 MHz in a tightly coupled microstrip differential pair, simulated with Ansoft's SI2D. 去年有5亿平方英尺的PCB板子生产出来，也就是说有10亿平方英尺的微带线，他们都是经过了EMC验证确定辐射合格的。 所有的微带线都会辐射？2012年就有10亿平方英尺辐射合格。当然，没有好的回流平面他们会辐射，同样也包括带状线。 难道我们还需要增加微带线之间的耦合去防止他们的辐射？这只是你从表面看到 的现象，从表面你只能看到信号都在表层上。用用你的脑子（Eric的名言，be the signal）。当你用脑去看的时候你会发现信号与第二层还有一部分回流。 表层差分的回流是在另一条线上，这是乱吹的，实际情况不是这样，让我们看看数据。差分对之间是互为回流，但是还有90%的回流是在平面上。 共模信号就像两条单端的传输线一样，在相邻平面回流。增加信号与地之间的耦合会减小共模信号的辐射，增加差分对之间的耦合对这没有好处。 如果你能把信号和地之间的耦合增加，那就增加这样的耦合去减小辐射吧。 微带线的损耗(1) 从刚接触PCB开始，导师就告诉我，微带线的传输速度快，损耗小。是啊，毕竟微带线有一部分能量是在空气中传播的，空气的介电常数是1，损耗角忽略不计嘛。在光口协议上也能找到这样的证据：
射频技术 -----课程设计报告 题目平行耦合线带通滤波器基于ADS的设计专业学号通信工程 学号 学生姓名 指导教师 2016年4月16日
一、带通滤波器 （1）简介 带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。 （2）工作原理 一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。 实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。 除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。 在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。 （3）典型应用 许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率，在中心频率f0处的电压增益A0=B3/2B1，品质因数，3dB带宽B=1/(п*R3*C)也可根据设计确定的Q、f0、A0值，去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/(2пfoAoC)，R2=Q/((2Q2-Ao)*2пfoC)，R3=2Q/(2пfoC)。上式中，当f0=1KHz时，C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频放大。 此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。
微带线(microstrip)和带状线(stripline) 微带线剖面图 适合制作微波集成电路的平面结构传输线。与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等；但损耗稍大，功率容量小。60年代前期，由于微波低损耗介质材料和微波半导体器件的发展，形成了微波集成电路，使微带线得到广泛应用，相继出现了各种类型的微带线。一般用薄膜工艺制造。介质基片选用介电常数高、微波损耗低的材料。导体应具有导电率高、稳定性好、与基片的粘附性强等特点。 两个方面的作用 在手机电路中，一条特殊的印刷铜线即构成一个电感微带线，在一定条件下，我们又称其为微带线。一般有两个方面的作用：一是它把高频信号能进行较有效地传输；二是与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络，使信号输出端与负载很好地匹配。 1.PCB的特性阻抗Z0与PCB设计中布局和走线方式密切相关。影响PCB 走线特性阻抗的因素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。 微带线 2.当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，而且在高频下会有趋肤效应和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。按照传输线的结构，可以将它分为微带线和带状线。 在PCB的特性阻抗设计中，微带线结构是最受欢迎的，因而得到最广泛的推广与应用。最常使用的微带线结构有4种：表面微带线（surface
microstrip）、嵌入式微带线（embedded microstrip）、带状线（stripline）、双带线（dual-stripline）。 2.微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导线(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关。 物理性能 带状线是介于两个接地层之间的印制导线，它是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。它的特性阻抗和印制导线的宽度、厚度、电介质的介电常数以及两个接层的距离有关。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的.单位长度带状线的传输延迟时间与线的宽度或间距是无关的；仅取决于所用介质的相对介电常数 物理盆 微带线和带状线的异同 1.微带线是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。 2.带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的. 单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关
微带线的特性阻抗计算方法： 0=60Z π≥（W h ） 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，即 01 =601+[2(2h 2h Z W W Ln e h ππ ≥（W h ）+0.94）] 1 -r r 2e 1+-110h ++22W εεε=（1） 或者使用另一组计算公式： 0068h =60n +h 4h 120=h h h +2.42-0.44+-h W Z L W Z W W W π≤≥（ ），W ，W （1） 本设计中使用r ε=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=; wh=1::10 ee=(1+er)/2+(er-1)/2*(1+10*(1./wh)).^; z0=120*pi./(wh+得到WH 比为
copper： relative permittivity：1 relative permeability： conductivity：58000000 siemens/m mass density：8933 Tlines microstrip： MUSB H=1mm，微带线基板厚度为1mm Er=，微带线基板的相对介电常数为 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=+,表示微带线的封装高度 T=，微带线的导体层厚度为（50um） TanD=，微带线的损耗角tan= Rough=0mm，微带线表面粗糙度为0mm 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 使用经验公式计算得到得到WH比为，实际反射系数很大，S11<-12dB，由圆图可见，微带线特性阻抗偏大。其坑爹程度令人发指。 手调WH，当WH=时，S11<-40dB，可以求出反射系数为，反射能量为万分之一，满足设计要求。 使用ADS自带计算微带线阻抗，可以得到WH为时，分析得到微带线特性阻抗为欧。
何為"阻抗匹配"? 更多相关：https://www.doczj.com/doc/c112752993.html, 阻抗匹配（Impedance matching）是微波电子学里的一部分，主要用于传输线上，来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。 大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种则是调整传输线的波长（transmission line matching）。 要匹配一组线路，首先把负载点的阻抗值，除以传输线的特性阻抗值来归一化，然后把数值划在史密夫图表上。 把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值，在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地，首先图表上的点会以图中心旋转180度，然后才沿电阻圈走动，再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1，即可直接把阻抗力变为零完成匹配。 由负载点至来源点加长传输线，在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动，直至走到电阻值为1的圆圈上，即可加电容或电感把阻抗力调整为零，完成匹配 阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，单它的内阻等于负载 时，输出功率最大，此时阻抗匹配。最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。对于普通的宽频放大器，输出阻抗50Ω，功率传输电路中需要考虑阻抗匹配，可是如果信号波长远远大于电缆长度，即缆长可以忽略的话，就无须考虑阻抗匹配了。阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了.反之则在传输中有能量损失。高速PCB布线时，为了防止信号的反射，要求是线路的阻抗为50欧姆。这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50欧姆,频带75欧姆,对绞线则为100欧姆,只是取个整而已,为了匹配方便. 阻抗从字面上看就与电阻不一样，其中只有一个阻字是相同的，而另一个抗字呢？简单地说 ，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；周延一点地说，阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。在直流电的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，世界上所有的物质都有电阻，只是电阻值的大小差异而已。电阻小的物质称作良导体，电阻很大的物质称作非导体，而最近在高科技领域中称的超导体，则是一种电阻值几近于零的东西。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，意即抵抗电流的作用。电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗，简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是奥姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率愈高则容抗愈小感抗愈大，频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题，具有向量上的关系式，因此才会说：阻抗是电阻与电抗在向量上的和。 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。 当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时，为使负载得到最大功率，负载阻抗与内阻必须满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。 . 在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配的技术可以说是丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用，需要衡量多个方面的因素。例如我们在系统中设计中，很多采用的都是源段的串连匹配。对于什么情况下需要匹配，采用什么方式的匹配，为什么采用这种方式。 例如：差分的匹配多数采用终端的匹配；时钟采用源段匹配； 1
微波技术 经典前沿类 微带线的产生和发展
目录 一、微波传输线 (4) 1.1 传输线概论 (4) 二、微带线产生 (5) 2.1 产生背景及发展历程 (5) 2.2 微带线的结构及参数 (5) 2.2.1 微带线中的主模 (6) 2.2.2微带线的基本参数及实现 (7) 三、微带线的应用 (10) 3.1 微带集成电路简介 (10) 3.2 微带线的发展趋势 (11) 3.3 微带线发展的实例 (11) 四、微带线和带状线的对比 (12) 4.1 总体对比 (12) 4.1.1 微带线 (13) 4.1.2 带状线 (13) 4.2 微带线的优缺点 (13) 五、微带线的不连续性 (14) 六、参考文献 (16)
微带线的产生和发展 作者：田鲲刘旭辉宋宇航杨继元王浩臣周阳 摘要 微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线。适合制作微波集成电路的平面结构传输线。与金属波导相比，具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点；但同时也存在损耗稍大，功率容量小等问题。本文首先讨论了微波传输线的分类，然后从微带线的产生、发展、应用三个方面对其进行了介绍。并且依据微带线发展过程中产生的实例，深入了解了蝴蝶结形DGS微带线在低通滤波器中的应用。之后也通过查阅文献，知晓了各种微带线中存在着不连续性，以及根据不连续性得到的一些应用。 关键词：微波传输线，microstrip，微波集成电路，蝴蝶结形DGS微带线，微带线不连续性 一．微波传输线 1.1传输线概况 微波传输线是用来传输微波信号和微波能量的传输线。微波传输线种类很多,按其传输电磁波的性质可分为三类:①TEM模传输线(包括准TEM模传输线),如图1(1)所示的平行双线、同轴线、带状线及微带线等双导线传输线;②TE模和TM模传输线, 如图1(2)所示的矩形波导,圆波导、椭圆波导、脊波导等金属波导传输线;③表面波传输线,其传输模
实验四微带线带通滤波器 设计 Prepared on 24 November 2020
实验四：基于ADS软件的平行耦合微带线带通滤波器的设计与仿真一、实验原理 滤波器是用来分离不同频率信号的一种器件，在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中是被广为应用的带通滤波器。 1、滤波器的介绍 滤波波器可以分为四种：低通滤波器和高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。射频滤波器又可以分为以下波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器、微带滤波器。 滤波的性能指标： 频率范围：滤波器通过或截断信号的频率界限 通带衰减：滤波器残存的反射以及滤波器元件的损耗引起 阻带衰减：取通带外与截止频率为一定比值的某频率的衰减值 寄生通带：有分布参数的频率周期性引起，在通带外又产生新的通带 2、平行耦合微带线滤波器的理论 当频率达到或接近GHz时，滤波器通常由分布参数元件构成，平行耦合微带传输线由两个无屏蔽的平行微带传输线紧靠在一起构成，由于两个传输线之间电磁场的相互作用，在两个传输线之间会有功率耦合，这种传输线也因此称为耦合传输线。 平行耦合微带线可以构成带通滤波器，这种滤波器是由四分之一波长耦合线段构成，她是一种常用的分布参数带通滤波器。 当两个无屏蔽的传输线紧靠一起时，由于传输线之间电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合，这种传输线称之为耦合传输线。根据传输线理论，每条单独的微带线都等价为小段串联电感和小段并联电容。每条微带线的特性阻抗为Z0，相互耦合的部分长度为L，微带线的宽度为W，微带线之间的距离为S，偶模特性阻抗为Z e，奇模特性阻抗为Z0。单个微带线单元虽然具有滤波特性，但其不能提供陡峭的通带到阻带的过渡。 如果将多个单元级联，级联后的网络可以具有良好的滤波特性。 二、耦合微带线滤波器的设计的流程
矩形微带天线的设计 （一）实验目的 了解微带天线设计的基本流程 掌握矩形微带天线的设计方法 熟悉在ADS的layout中进行射频电路设计的方法 （二）设计要求 中心频率：24GHz； 增益：>15dB； 输入阻抗：50Ω。 介质基板在要求中没有指定用那种。在这，选用用FR4介质基板（εr＝4.4），厚度h＝1.6mm，设计一个在24GHz附近工作的矩形微带天线。基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常用的介质基片，其常用的厚度是h＝1.6mm，0.835mm，0.554mm。其中1.6mm的基片有较高的天线效率，较宽的带宽以及较高的增益。在这导体的厚度t=0.05 （三）微带天线的技术指标 辐射方向图 天线增益和方向性系数 谐振频率处反射系数 天线效率 （四）设计的总体思路 计算相关参数 在ADS的Layout中初次仿真 在Schematic中进行匹配 修改Layout，再次仿真，完成天线设计 （五）相关参数的计算 需要进行计算的参数有 贴片宽度W 贴片长度L 馈电点的位置z 馈线的宽度
（五）相关参数的计算（续） 贴片宽度W、贴片长度L、馈电点的位置z可由公式计算得出 馈线的宽度可以由Transmission Line Calculator 软件计算得出（五）相关参数的计算（续） （六）用ADS设计过程 有了上述的计算结果，就可以用ADS进行矩形微带天线的设计了下面详细介绍设计过程 ADS软件的启动 启动ADS并建立一个工程
创建新的工程文件 进入ADS后，创建一个新的工程，命名为antenna_prj。打开一个新的layout文件，首先设定度量单位。在ADS中，度量单位的缺省值为mil，把它改为mm。改动方法可以在建立工程时直接修改。 设定度量单位 介质层设置 在ADS的Layout中进行设计，介质层和金属层的设置很重要 在菜单栏里选择Momentum－>Substrate－>Create/Modify…，在Substrate Layer标签里，保留////GND////的设置不变，重命名FreeSpace和Alumina层，修改其设置为： 介质层设置（续）
应用ADS 设计微带线带通滤波器 1、微带带通微带线的基本知识 微波带通滤波器是应用广泛、结构类型繁多的微波滤波器，但适合微带结构的带通滤波器结构就不是那么多了，这是由于微带线本身的局限性，因为微带结构是个平面电路，中心导带必须制作在一个平面基片上，这样所有的具有串联短截线的滤波器都不能用微带结构来实现；其次在微带结构中短路端不易实现和精确控制，因而所有具有短路短截线和谐振器的滤波器也不太适合于微带结构。 微带线带通滤波器的电路结构的主要形式有5种： 1、电容间隙耦合滤波器带宽较窄，在微波低端上显得太长，不够紧凑，在2GHz以 上有辐射损耗。 2、平行耦合微带线带通滤波器 窄带滤波器，有5％到25％的相对带宽，能够精确设计，常为人们所乐用。但其在微波低端显得过长，结构不够紧凑；在频带较宽时耦合间隙较小，实现比较困难。 3、发夹线带通滤波器把耦合微带线谐振器折迭成发夹形式而成。这种滤波器由于容易激起表面波，性能不够理想，故常把它与耦合谐振器混合来用，以防止表面波的直接耦合。这种滤波器的精确设计较难。
4、1/4 波长短路短截线滤波器 5、半波长开路短截线滤波器 下面主要介绍平行耦合微带线带通滤波器的设计，这里只对其整个设计过程和方法进行简单的介绍。 2、平行耦合线微带带通滤波器平行耦合线微带带通滤波器是由几节半波长谐振器组合而成的，它不要求对地连接，结构简单，易于实现，是一种应用广泛的滤波器。整个电路可以印制在很薄的介质基片上（可以簿到1mm以下），故其横截面尺寸比波导、同轴线结构的小得多；其纵向尺寸虽和工作波长可以比拟，但采用高介电常数的介质基片，使线上的波长比自由空间小了几倍，同样可以减小；此外，整个微带电路元件共用接地板，只需由导体带条构成电路图形，结构大为紧凑，从而大大减小了体积和重量。 关于平行耦合线微带带通滤波器的设计方法，已有不少资料予以介绍。但是，在设计过程中发现，到目前为止所查阅到的各种文献，还没有一种能够做到准确设计。在经典的工程设计中，为避免繁杂的运算，一般只采用简化公式并查阅图表，这就造成较大的误差。而使用电子计算机进行辅助设计时，则可以力求数学模型精确，而不追求过分的简化。基于实际设计的需要，我对于平行耦合线微带
微带线 一般的传输线由两个或两个以上的导体组成，用来传输横电磁波（TEM波），常见 的传输线有双线、同轴线、带状线和微带线等。其中，微带线是最普遍使用的平面传输 线之一，微带线可以用光刻工艺制作，并且易于与其他无源和有源器件集成，因此被广 泛应用于印刷电路板中。 在精密电路设计中，人们往往容易忽略印刷电路板本身的电特性设计，而这对整个 电路的功能可能是有害的。如果电特性设计得当，它将具有减少干扰和提高抗干扰性的 优点。在高速电路中，应该把印制迹线作为传输线处理。常用的印制电路板传输线是微 带线和带状线。微带线是一种用电介质将导线与接地面隔开的传输线，印制迹线的厚度、 宽度和迹线与接地面间介质的厚度，以及电介质的介电常数，决定微带线特性阻抗的大小。 微带线的几何形状如图（a）所示，导带的宽度w 是印在薄的、接地的介质基片上， 基片的厚度为d，相对介电常数，电磁场示意图如图（b）所示。 实际上，微带线的准确场是一个混合TE-TM波，需要更加先进的分析技术，但在大 部分的实际应用中，介质基片电气上很薄（d <<），所以场是准TEM波。换句话说， 场本质上与静电场是相同的。因此，通过静态或准静态解，可得到相近的相速、传播速 度和特性阻抗。 1. 微带线是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。如果线的厚度、宽 度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。 2. 带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。如果线的厚度和宽度、介 质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的. 单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关 3. PCB的特性阻抗Z0与PCB设计中布局和走线方式密切相关。影响PCB走线特性阻抗 的因素主要有：铜线的宽度和厚度、介质的介电常数和厚度、焊盘的厚度、地线的路径、周边的走线等。 4. 当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感 的传输线，而且在高频下会有趋肤效诮和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。 按照传输线的结构，可以将它分为微带线和带状线。 在PCB的特性阻抗设计中，微带线结构是最受欢迎的，因而得到最广泛的推广与应用。
微带线 开放分类：it服务信号应用科学科学计算机术语 编辑词条分享 微带线（Microstrip Line），是一种带状导线，与地平面之间用一种电介质隔离开，其另一面直接接触空气，只有一个地平面作为参考层面。 编辑摘要 目录 1 解释 2 主要参数 3 特点 微带线- 解释 微带线剖面图 微带线是一根带状导(信号线)，与地平面之间用一种电介质隔离开。印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。单位长度微带线的传输延迟时间，仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关。 微带线- 主要参数 1、特性阻抗 微带线的特性阻抗公式 微带线的特性阻抗计算公式如图。 2、衰减常数 衰减常数表示微带的损耗，包括导体损耗、介质损耗和辐射损耗。 导体损耗比介质损耗大，它与导带的材料、尺寸和表面光洁度等有关。介质损耗取决于基片的介电常数、损耗角正切以及导带宽度与基片厚度之比(简称微带的宽高比)。辐射损耗也取决于基片的介电常数和微带的宽高比。微带线的任何不连续性，尤其是开路端和弯曲都将使辐射增加。把微带置于金属封闭壳内的屏蔽微带线可避免电磁能辐射。 3、传输延迟 传输延迟计算公式
4、固有电容 固有电容计算公式 固有电感计算公式 1、因为微带线一面是FR-4（或者其他电介质）一面是空气（介电常数低）因此速度很快。 2、利于走对速度要求高的信号（例如差分线，通常为高速信号，同时抗干扰比较强）。 带状线，应用学科：通信科技；通信原理与基本技术，其定义是由两个平行延伸的导体表面和其间的带状导体组成的传输线。 编辑摘要 带状线：一条置于2个平行的地平面（或电源平面）之间的电介质之间的一根高频传输导线。一般来说，地平面与导线之间是绝缘介质。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的. 带状两边都有电源或者底层，因此阻抗容易控制，同时屏蔽较好，但是信号速度慢些。 带状线是TEM波，而微带线是准TEM波。
微带滤波器的设计 摘要：要抑制不需要的信号，就要使用滤波器, 只让需要的信号通过，多以要设计出一个具有高性能的滤波器。微带电路具有诸多优点，因此在这里设计一个微带滤波器，来实现抑制信号通过。 关键字:微带线；滤波器；高性能 Design of Microstrip Filters Abstract:To suppress unwanted signals, you should use filter, only that the signal is needed, how to design a high performance filter. Microstrip circuit has many advantages, so here the design of a microstrip filter, to achieve the inhibitory signals through. Keywords: microstrip line; filter; microstrip filter 一、引言 微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号, 使其不能通过滤波器, 只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一，因此本节将重点研究如何设计并优化微带滤波器。 二、设计原理 1. 微带滤波器的原理 微带滤波器当中最基本的滤波器是微带低通滤波器，而其它类型的滤波器可以通过低通滤波器的原型转化过来。最大平坦滤波器和切比雪夫滤波器是两种常用的低通滤波器的原型。微带滤波器中最简单的滤波器就是用开路并联短截线或是短路串联短截线来代替集总元器件的电容或是电感来实现滤波的功能。这类滤波器的带宽较窄，虽然不能满足所有的应用场合，但是由于它设计简单，因此在某些地方还是值得应用的。
微带线E 类功率放大器的设计与实现 郝新慧,纪学军 (中国电子科技集团公司第54研究所,河北石家庄050081) 摘 要:E 类功率放大器作为开关模式放大器一种,其理想效率为100%。一种简单微带线拓扑网络的E 类功率放大器被提出,这种微带线负载网络不仅满足E 类功率放大器工作模式的特殊要求,而且对高次谐波有很好的抑制性,同时通过增加合适的偏置微带线可以拓宽放大器的工作带宽。采用ADS 软件仿真电路,并在1G H z 频率点电路实现了输出功率为4W ,漏极效率为73.4%,其中漏极效率效率在63%以上的电路带宽为200MH z 。 关键词:E 类功率放大器;高效率;ADS;微带线 中图分类号:T N722 文献标识码:A 文章编号:1003-3114(2007)03-39-3 Design and R ealization of T ransmission 2line Class E Pow er Amplifiers H AO X in 2hui ,J I Xue 2jun (The 54th Research Institute of CET C ,Shijiazhuang Hebei 050081,China ) Abstract :Class 2E am plifiers are a type of s witching am plifier offering very high efficiency approaching to 100%.A design methodology ,which could be used for a transmission 2line im plementation of a class 2E power am plifier ,is presented.A sim ple transmission 2line class 2E load netw ork is proposed that offers combined trans formation of the load resistance down to a suitable level ,as well as simultaneous suppression of harm onics in the load.The load netw ork was tested with ADS.A microstrip lay out was designed at 1G H z.A drain efficiency of 73.4%was measured with the output power of 4W.The bandwidth of 200MH z is achieved with the drain efficiency of 63%. K ey w ords :class 2E power am plifier ;high efficiency ;ADS;transmission 2line 收稿日期:2006-12-22 作者简介:郝新慧(1980-),女,硕士研究生。主要研究方向:电磁场与电磁波。 0 引言 在通信系统中,所应用的功率放大器,其效率都皆为偏低,大部分所消耗的功率是由功率放大器而来,为了延长系统使用时间,在不需要拥有高线性度的恒包络调制系统,譬如电子干扰、FM 系统中都可以使用高效率放大器。在高效率功率放大器范围内,E 类功率放大器不仅电路结构简单,而且在理论上具有集电极效率为100%的优点[1]。 最早S okal 提出的E 类功率放大器一般为集总的拓扑网络结构[1],其应用多在MH z 的范围内,然而在射频微波段,集总参数E 类功率放大器受限于器件难以实现,因而提出了微带线E 类功率放大器。在射频以上的频率段,微带线E 类功率放大器以其效率和谐波抑制度高的优点得到更广泛的应用[2]。本文针对L 频段E 类功率放大器做了特殊的微带线电路设计实现,给出细节的拓扑结构以及仿真性能分析。 1 原理 对于一般E 类功率放大器电路,输出负载回路是由并联电容、剩余电感以及基频谐振回路组成。这种特殊负载网络使晶体管上电压和电流不同时出现而使其功耗为零,因而理想的E 类功率放大器效率为100%,其设计公式为[3]: R L =8V CC 2P o ( π2 +4),C shunt =15.4466R L , V ds =3.647V CC ,X =πV CC 2(π2 -4) 2ωP o (π2 +4) 。微带线E 类功率放大器电路的实现,在转换为微带线负载网络,必须满足: ?基频上所要求的理想化最佳阻抗[2,5]: Z =R/(1+jtan49.052° );?负载网络应该提供在谐波分量上的高阻抗,理论上抑制所有的谐波分量; ?负载电阻应该被转换到一个合理的值,以使功率最大化,峰值电压和电流不应该超出有源器件的反向击穿电压; ?电路拓扑结构应该尽可能简单, 便于转换到