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功率放大器设计的关键：输出匹配电路的性能2008-05-15 17:51:20 作者：未知来源:电子设计技术关键字：功率放大器匹配电路匹配网络s参数串联电阻输出功率Cout耗散功率网络分析仪高Q值对于任何功率放大器（功率放大器）设计，输出匹配电路的性能都是个关键。
但是，在设计过程中，有一个问题常常为人们所忽视，那就是输出匹配电路的功率损耗。
这些功率损耗出现在匹配网络的电容器、电感器，以及其他耗能元件中。
功率损耗会降低功率放大器的工作效率及功率输出能力。
因为输出匹配电路并不是一个50Ω的元件，所以耗散损失与传感器增益有很大的区别。
输出匹配的具体电路不同，损耗也不一样。
对于设计者而言，即使他没有选择不同技术的余地，在带宽和耗散损失之间，在设计方面仍然可以做很多折衷。
匹配网络是用来实现阻抗变化的，就像是功率从一个系统或子系统传送另一个系统或者子系统，RF设计者们在这上面下了很大的功夫。
对于功率放大器，阻抗控制着传送到输出端的功率大小，它的增益，还有它产生的噪声。
因此，功率放大器匹配网络的设计是性能达到最优的关键。
损耗有不同的定义，但是这里我们关心的是在匹配网络中，RF功率以热量的形式耗散掉的损耗。
这些损耗掉的功率是没有任何用途。
依据匹配电路功能的不同，损耗的可接受范围也不同。
对功率放大器来讲，输出匹配损耗一直是人们关注的问题，因为这牵涉到很大的功率。
效率低不仅会缩短通话时间，而且还会在散热和可靠性方面带来很大的问题。
例如，一个GSM功率放大器工作在3.5V电压时，效率是55%，能够输出34dBm的功率。
在输出功率为最大时，功率放大器的电流为1.3A。
匹配的损耗在0.5dB到1dB的数量级，这与输出匹配的具体电路有关。
在没有耗散损失时，功率放大器的效率为62%到69%。
尽管损耗是无法完全避免的，但是这个例子告诉我们，在功率放大器匹配网络中，损耗是首要问题。
耗散损失现在我们来看一个网络，研究一个匹配网络（图1a）中的耗散损失。
实验一基于ADS软件地传输线理论仿真设计与分析姓名：班级：学号：一：实验目地：1、熟悉ADS软件地基本使用方法2、了解基本传输线、微带线地特性3、利用ADS软件进行基本传输线和微带线地电路设计和仿真二：实验原理：Zin =Z（Z1+jZ）/（Z+jZ1）,β=2π/λ,若已知Z0、Z1就可以知道任意一点地Zin,1Γ=（Z in-Z0）/（Zin）+Z）b5E2R。
1、当Z1=0,即负载短路时,|1Γ|=1,全反射,此时为纯驻波状态,Z in= jZ02、当Z1为无穷大,即负载开路时,|1Γ|=1,也发生全反射,为纯驻波状态,此时Z in= Z0/j3、当Z1为复阻抗时,即Z1=R1+jX1,此时为行驻波状态4、当Z1为纯电抗时,因为负载不消耗能量,所以任将产生全反射.5、当负载为匹配时,即Z1=Z,此时Zin）=Z三：软件仿真1、负载短路情况下地特性负载短路原理图终端负载短路时smith 圆图s 参数分布终端短路时输入阻抗分布列表 终端短路是s 参数分布仿真结果分析：终端为负载短路情况下,2()j z z e β-Γ=-,0()tan in Z z jZ z β=；反射系数为0dB,发生了全反射,与理论吻合.从smith 圆图中可以看出,输入阻抗为电抗值,r=0,电抗随频率地变化从感性变为容性.和理论公式0()tan in Z z jZ z β=吻合.p1Ean 。
2、负载开路情况下地特性负载开路原理图终端开路S 参数分布终端开路smith 圆图s 参数分布 终端开路时输入阻抗分布列表仿真结果分析：终端为负载开路情况下,2()j z z e β-Γ=-,0()tan in Z z jZ z β=；反射系数为0dB ,发生了全反射, 与理论吻合.输入阻抗随频率地增加从容性逐渐为感性电抗,和理论公式0()tan in Z z jZ z β=吻合.DXDiT 。
3、负载为复阻抗下地特性负载为复阻抗时原理图负载为复阻抗时S参数分布负载为复阻抗时S参数分布负载为复阻抗时smith圆图s参数分布负载为复阻抗时输入阻抗分布表仿真结果分析：终端为复阻抗情况下,1jZ R X=±,()taninZ z jZ zβ=；发生了反射,与理论吻合.输入阻抗为复阻抗值,代入和理论公式1001tan()taninZ jZ zZ z ZZ jZ zββ-=+吻合.RTCrp。
微波传输线信号完整性分析与仿真摘要：随着对高速数字电路不断地深入研发，信号完整性越来越受到人们的关注，现已成为设计中必不可少的组成部分。
尤其在PCB设计阶段，大多数的约束都是建立在信号完整性分析的基础之上。
深入理解信号完整性方面的知识，有助于建立更为符合实际的约束的制定，同时也是进行信号完整性分析的必要条件。
本文就微波传输线信号完整性分析与仿真进行探讨。
关键词：微波传输线；信号完整性；仿真引言如今，高速系统的设计必须充分考虑到互连延迟引起的时序以及串扰、传输线效应等信号完整性问题。
元器件在CPB上的布局、元器件和CPB的参数、高速信号的布线等因素，都会引起信号完整性问题，进而导致系统工作不稳定，甚至无法工作。
所以，信号完整性问题越来越重要，已经引起电子工程师的高度重视。
本文将探讨信号完整性的基本概念以及如何基于IBIS模型对高速数据采集系统进行信号完整性仿真并利用仿真结果修改完善系统设计的问题。
一、基于IBIS模型的信号完整性分析信号完整性是指在信号线上的信号质量。
信号完整性故障会引起任意信号波形的跳变，导致把输人的畸变数据送人锁存，或在畸变的时钟跳变沿上造成在错误的时间捕获数据。
信号完整性分析的目的就是保证高速数据传输的可靠性。
1.1影晌信号完整性的主要因素影响信号完整性的主要因素有信号时延、反射与振铃、串扰、电磁兼容性或者电磁干扰（EMC/EMI）和电源/地噪声（地弹、Delta—I噪声或者同步开关噪声（SSN）等等。
传输时延与信号线的长度、信号传输速度的关系如下式中C为真空中的光速；reff为有效相对的介电常数；称为信号线的长度。
反射就是在传输线上的回波。
输人输出阻抗不匹配会引起反射，当信号在源端与负载端之间多次反射，在稳态信号上下产生的电压过冲和下冲现象，就是振铃。
串扰是指走线、导线、电缆束、元件以及任意其它易受电磁场干扰的电子元器件之间的不希望有的电磁祸合。
地弹指在电路中有大的电流涌动时，会引起地平面反弹噪声。
1微带传输线负载特性ADS仿真1.1 实验一、微波传输线ADS 仿真与负载特性测量1.1.1 实验目的1. 了解基本传输线、微带线的特性。
2．熟悉ADS 软件的基本使用方法。
3．利用ADS 软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真。
4．掌握矢量网络分析仪测量的方法。
1.1.2 实验原理考虑一段特性阻抗为Z o 的传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如图所示，并。
并假设此传输线无耗，且传输系数γ=jβ，则传输线上电压及电流可用下列二式表示：U (z )=U +e ?βz +U ?e βz I (z )=I +e ?βz ?I ?e βzLZ zz ββ--+LL Z -=0=Z图传输线电路1、负载端（z =0）处情况电压及电流为U =U L =U ++U ? I =I L =I +?I ?而Z 0I +=U +，Z 0I ?=U ?，公式可改写成(U +?U ?)可得负载阻抗为Z L =U L L =Z 0(U ++U ?+?)定义归一化负载阻抗为z L =ZL =Z L 0=1+ΓLL其中定义ΓL 为负载端的电压反射系数ΓL =U ?U +=ZL 1ZL +1=|ΓL |e jφL当Z L =Z 0或为无限长传输线时，ΓL =0，无反射波，是行波状态或匹配状态。
当Z L 为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时，|ΓL |=1，全反射，为驻波状态。
当Z L 为其他值时，|ΓL |≤1，为行波驻波状态。
线上任意点的反射系数为ΓL =|ΓL |e jφL ?j2βz定义驻波比 VSWR 和回拨损耗 RL 为VSWR =1+|ΓL |1?|ΓL |RL =?20lg |ΓL |2、输入端（z =?L ）处情况反射系数Γ（z ）应改成Γ（L ）=U ?e ?jβL +jφβL =U ?+e ?j2βL =ΓLe ?j2βL 输入阻抗为=Z 0Z L +jZ 0tan （βL ）Z 0+jZ L tan （βL ）由上式可知：（1）当L →∞时，Z in →Z 0。
微波工程基础仿真实验报告学院：电子工程学院班级：2012211xxx学号：******xxxx姓名：xxxx班内序号：xx一、实验题目实验一1．了解ADS Schematic的使用和设置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。
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）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。
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。
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。
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。
8．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二分之一波长开路线的性能参数，工作频率为1GHz。
实验一基于ADS软件的传输线理论仿真设计与分析姓名：班级：学号：一：实验目的：1、熟悉ADS软件的基本使用方法2、了解基本传输线、微带线的特性3、利用ADS软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真二：实验原理：Zin =Z（Z1+jZ）/（Z+jZ1），β=2π/λ，若已知Z0、Z1就可以知道任意一点的Zin，1Γ=（Z in-Z0）/（Zin）+Z）1、当Z1=0，即负载短路时，|1Γ|=1，全反射，此时为纯驻波状态，Z in= jZ02、当Z1为无穷大，即负载开路时，|1Γ|=1，也发生全反射，为纯驻波状态，此时Z in= Z0/j3、当Z1为复阻抗时，即Z1=R1+jX1，此时为行驻波状态4、当Z1为纯电抗时，因为负载不消耗能量，所以任将产生全反射。
5、当负载为匹配时，即Z1=Z，此时Zin）=Z三：软件仿真1、负载短路情况下的特性负载短路原理图终端负载短路时smith 圆图s 参数分布终端短路时输入阻抗分布列表 终端短路是s 参数分布仿真结果分析：终端为负载短路情况下，2()j z z e β-Γ=-，0()tan in Z z jZ z β=；反射系数为0dB ，发生了全反射， 与理论吻合。
从smith 圆图中可以看出，输入阻抗为电抗值，r=0,电抗随频率的变化从感性变为容性。
和理论公式0()tan in Z z jZ z β=吻合。
2、负载开路情况下的特性负载开路原理图终端开路S 参数分布终端开路smith 圆图s 参数分布 终端开路时输入阻抗分布列表仿真结果分析：终端为负载开路情况下，2()j z z e β-Γ=-，0()tan in Z z jZ z β=；反射系数为0dB ，发生了全反射， 与理论吻合。
输入阻抗随频率的增加从容性逐渐为感性电抗，和理论公式0()tan in Z z jZ z β=吻合。
3、负载为复阻抗下的特性负载为复阻抗时原理图负载为复阻抗时S参数分布负载为复阻抗时S参数分布负载为复阻抗时smith 圆图s 参数分布负载为复阻抗时输入阻抗分布表仿真结果分析：终端为复阻抗情况下，1j Z R X =±，0()tan in Z z jZ z β=；发生了反射， 与理论吻合。
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 2πλgl●微带终端开路线段的特性：Z =?jZ c tan2πλgl●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。
实验 微波的传输特性和基本测量实验目的1、 了解电磁波在矩形波导中传播的特点，学会用驻波测量线测量波的纵向分布。
2、 掌握一些微波基本量的测量基本技术，学会测量驻波比、波导波长、检测信号频率等。
3、 学会阻抗调配。
实验仪器微波窄带扫频信号源、衰减器、频率计（波长计）、驻波测量线等。
一、实验原理微波是指波长范围在11mm m ，即频率范围在300300MHz GHz 的电磁波。
微波信号系统中最基本参数有频率、驻波比、功率等。
1． 矩形波导及其中的10TE 波：矩形波导是一个横截面为a b ⨯矩形的均匀、无损耗的波导管。
如下图1。
本实验室使用的是国际通用的标准波导，其内壁尺寸为：22.86,10.16a mm b mm ==。
波导中传播的电磁波被完全局限在波导管内。
假设矩形波导管内壁为理想导体且波导沿z 轴方向为无限长，由麦克斯韦电磁理论可求得矩形波导中10TE 波的各电磁场分量为：0x E =()0s i n j t z y x E E e a ωβπ-⎛⎫= ⎪⎝⎭图1 矩形波导结构图0z E =()0s i n j t z x x H E e a ωββπωμ--⎛⎫= ⎪⎝⎭ 0y H =()02s j t z z x H j E c o e a a ωβππωμ-⎛⎫= ⎪⎝⎭波导中电磁场的电场强度分布如图2所示。
电磁场的结构具有以下特性：⑴0,0z E H =≠，电场在z 方向无分量，为横电波；⑵电磁场沿x 方向为一个驻立半波，沿y 方向为均匀分布；⑶电磁场沿z 方向为行波状态，在该方向，电磁场分量y E 与x H 的分布规律相同。
2．实验装置其它元件：xE 图2 10TE 波的电场分量分布图标准短路片待测阻抗 匹配负载 阻抗调配器3．传输线的特性参量与工作状态：在波导中常用相移常数、波导波长、驻波系数等特性参量来描述波导中的传输特征，对于矩形波导中的10TE 波： 自由空间波长：c f λ=截止波长：2c a λ=波导波长：g λ= 相移常量：2g βπλ=反射系数：E E Γ=入反驻波比： m i n M a x E E ρ=由此可见，微波在波导中传输时，存在着一个截止波长c λ，波导中只能传输c λλ<的电磁波。
写一篇用ads进行微波射频滤波器设计与仿真的实验心得
100字
作为一名电子工程师，我经常使用ADS（Advanced Design System）软件进行微波射频滤波器的设计与仿真。
在此，我想分享我的实验心得。
实验目的在于设计并验证一个微波射频滤波器，以满足现代通信系统的需求。
ADS软件具有强大的微波电路设计和仿真功能，为我们提供了便捷的工具。
首先，在ADS中，我们选择合适的滤波器类型（如Butterworth、Chebyshev等），并根据设计指标设置滤波器的频率响应参数。
接下来，利用ADS内置的微带线模型和射频器件库，构建滤波器的电路结构。
在仿真阶段，我们通过调整滤波器的参数，观察其对频率响应、传输特性等性能指标的影响。
根据仿真结果，优化滤波器的设计，直至满足预设指标。
实验过程中，我深刻体会到ADS软件在微波射频滤波器设计中的优势。
通过仿真，我们能快速评估滤波器设计的可行性，并有效提高设计效率。
同时，实验也提醒我要不断学习和掌握ADS的新功能，以便更好地应对实际工程需求。
总之，运用ADS进行微波射频滤波器设计与仿真，不仅提高了我的技术水平，还使我深刻认识到软件在现代通信技术发展中的重要性。
实验二微带传输线实验一实验目的1.了解微带传输线的基本理论和特性。
2.掌握用网络分析仪测量微带传输线接不同负载时工作参量的值。
3.通过测量认知1/4波长传输线阻抗变换特性。
二实验原理1.微带传输线的基本原理微带线目前是混合微波集成电路和单片微波集成电路使用最多的一种平面型传输线。
它可用作光刻程序制作，且容易与其它无源微波电路和有源微波电路器件集成，实现微波部件和系统的集成化。
微带线可以看作是由双导线传输线演变而成的，如图2－1所示。
在两根导线之间插入极薄的理想导体平板，它并不影响原来的场分布，而去掉板下的一根导线，并将留下的另一根导线“压扁”，即构成了微带传输线。
实际的微带线结构如图2－1所示。
导体带（其宽度为w，厚度为t）和接地板均由导电良好的金属材料（如银，铜，金）构成，导体带与接地板之间填充以介质基片，导体带与接地板的间距为h 。
有时为了能使导体带，接地板与介质基片牢固地结合在一起，还要使用一些黏附性较好的铬，钽等材料。
介质基片应采用损耗小，黏附性，均匀性和热传导性较好的材料，并要求其介电常数随频率和温度的变化也较小。
图2－1 双导线演变成微带线图2－2 微带线的结构及其场分布2. 微带线的技术参数2.1 特性阻抗若微带线是被一种相对介电常数为εr 的均匀介质所完全包围着，并把准TEM 模当作纯TEM 模看待，并设L 和C 分别为微带线单位长度上的电感和电容，则特性阻抗为zc ＝C L ＝Cv p 1 相速v p 为 v p ＝LC 1＝εr v 0但实际上的微带线是含有介质和空气的混合介质系统，因此不能直接套用上面的公式求特性阻抗。
为了求出实际的微带线的特性阻抗z c 和相速度v p ，而引入了等效相对介电常数的概念。
如果微带线的结构现状和尺寸不变，当它被单一的空气介质所包围着时，其分布电容为C 0。
实际微带线是由空气和相对介电常数为εr 的介质所填充，它的电容为C 1，那么，等效相对介电常数εre 的定义为εre ＝C C 01 这样，实际微带线的特性阻抗即可表示为z c ＝εre c z 0z c 0为在同样形状和结构尺寸的情况下，填充介质全部是空气时微带线的特性阻抗z c 0＝C v 001我们假定已成形的导体的厚度t 与基片厚度h 相比可以忽略h （005.0<h t ）。
嘉应学院物理系普通物理实验学生实验报告实验项目：微波传输特性和基本测量实验地点：班级：姓名：座号：实验时间：年月日一、实验目的：1． 学会使用基本微波器件。
2． 了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。
掌握频率、功率以及驻波比等基本量的测量。
二、实验仪器和用具：YM123标准信号发生器，GX2C 小功率计，YM3892选频放大器，TC26波导型测量线，（TS7厘米波导精密衰减器，PX16直读式频率计），BD20三厘米波导系统，探头若干。
三、实验原理：1． 微波的传输特性为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，采用标准矩形波导管为微波传输线，并用TE 10波型。
波导管具有三种工作状态：①当终端接“匹配负载”时，反射波不存在，波导中呈行波状态；②当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导中呈纯驻波状态；③一般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯驻波，而是呈行驻波状态。
2． 微波频率的测量用吸收式频率计PX16（直读式），测量范围8.2GHZ-12.4GHZ ，误差≤±0.3%，当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去。
当调节频率计，使其自身空腔的固有频率与微波信号频率相同时产生谐振，用选频放大器测量，信号源须用内方波，重复频率为1KHZ 左右，谐振时可从选放上观察到信号幅度明显减少，以减幅最大位置为判断频率测量值的论据。
3． 微波功率的测量用GX2C 小功率计配小功率探头直接测量连续或脉冲调制的射频平均功率。
GX2C 属于热电偶型，热电偶膜片既是传输线终端负载电阻，又见电磁场能→热能→直流电动势的转换器件。
4． 波导波长λg 的测量λg 在数值上为相邻两个驻波极值点（波腹或波节）距离的两倍，常采用测定驻波极小点的位置来求出λg 。
（1）用平均值法。
找出两个相邻最小点的位置 D 1和D 2，移动探针在驻波最小点D 1左右找出两个具有相同幅度（由选放读出）的位置d 1和d 2，同样找出D 2点左右的 d 3和d 4，则2211d d D +=2432d d D +=)()(2214312d d d d D D g +-+=-=λD 1 、D 2的位置在测量线上通过标尺读出。
微波传输线的建模与仿真随着信息通信技术的不断发展，微波通信成为了当今的重要通信方式。
而微波传输线则是微波通信中不可或缺的一部分。
微波传输线广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域中，因其能够在高频率上传输电磁波信号而闻名。
微波传输线的建模与仿真是微波通信领域中一个重要的研究方向。
它是通过模拟和仿真微波传输线的运行机理和性能，来增强对微波传输线的理解和优化设计。
本文将对微波传输线的建模与仿真进行介绍和探讨。
一、微波传输线的类型微波传输线主要包括两种类型：同轴电缆和微带线。
同轴电缆是通过内外两层金属导体分别作为信号传输和屏蔽的传输线。
而微带线则是通过在介质板上进行金属线铺设，形成一个平面波导结构的传输线。
对于同轴电缆和微带线的建模和仿真，采用的方法也不太相同。
同轴电缆可以通过传输线的基本原理和参数来建模。
而微带线则需要考虑板层模型和基模分析等技术。
二、微波传输线的建模微波传输线的建模过程主要有以下几个步骤：1. 确定传输线的基本参数传输线的基本参数包括电阻、电感和电容等。
这些参数可以通过对传输线结构和材料的了解进行计算和估算。
2. 构建传输线模型传输线模型是建模的基础。
可以使用电路模型或者EM模型来描述传输线。
电路模型通常用于低频电路仿真，而EM模型则适用于高频情况。
3. 建立微波传输线的电路仿真模型在建立微波传输线的电路仿真模型时，需要选择合适的仿真工具，并对仿真参数进行设置和调整，以便得到最佳的仿真结果。
4. 仿真结果分析对仿真结果进行分析和评估，以确定传输线的性能和可能存在的问题。
三、微波传输线的仿真在微波传输线的仿真过程中，需要考虑不同传输线对电磁波的传输损耗、回波损耗和常见的干扰等因素。
同时，还需要考虑传输线所处的环境因素对传输线的影响。
对于微波传输线的仿真，可以采用多种工具和算法。
其中，有限元法、时域有限差分法和时域积分方程法等是常见的仿真方法。
四、微波传输线建模与仿真的应用微波传输线建模与仿真技术在实际应用中具有广泛的应用。
微波传输线的设计和仿真微波传输线是一种常见的高频电路元件，在微波技术领域中有着广泛的应用。
其作用是对高频信号进行传输和分配，常见的微波传输线有同轴电缆、微带线和波导等。
本文将从设计和仿真两个角度探讨微波传输线的基本知识和相关技术。
一、微波传输线的设计微波传输线的设计是微波电路设计的重要环节之一。
设计的目标是在满足特定传输线参数的同时最小化其尺寸和损耗。
下面是设计微波传输线的一些基本步骤：1. 确定传输线类型：根据实际需求选择同轴电缆、微带线或波导等传输线类型。
2. 确定传输线参数：传输线的参数包括波长、传输速度、特性阻抗、传输介质等。
这些参数会直接影响传输线的性能和特性，需要根据实际需求进行选择和调整。
3. 计算传输线特性阻抗：特性阻抗是传输线的一个重要参数，常用的计算方法有解析法、数值法和仿真法等。
4. 设计传输线尺寸：根据传输线的特性阻抗和传输介质的介电常数等参数，计算传输线的宽度、厚度和传输距离等设计参数。
5. 优化传输线性能：通过调整传输线的尺寸、微调传输线参数等方法，优化传输线的性能和特性，提高传输线的传输带宽和传输距离等。
二、微波传输线的仿真微波传输线的仿真是设计和优化传输线性能的重要手段之一，能够快速计算出传输线的各种参数和特性。
常用的微波传输线仿真方法有电磁场有限元法、时域有限差分法和频域有限差分法等。
下面分别介绍一下这三种仿真方法的基本原理和应用情况。
1. 电磁场有限元法电磁场有限元法是一种计算传输线电磁场分布的方法，可以快速得出传输线的各种参数和特性。
其基本原理是将传输线模型分割成若干个小单元，在每个小单元内求解电场和磁场方程，再将微元的结果叠加在一起得出传输线全局的电磁场分布。
这种方法计算结果准确度较高，但计算复杂度较大，需要使用专业的仿真软件进行计算。
2. 时域有限差分法时域有限差分法是一种利用差分算法求解微波传输线电磁场变化的方法，其基本原理是在空间和时间维度上进行离散化，从而得到微波传输线的时域响应。
微波传输与射频电路的建模仿真分析一、微波传输模型微波传输是指在饱和传输条件下，电磁波的传播。
微波传输模型是微波通信系统中的一个重要部分，因为它可以帮助设计师更好地理解微波信号是如何传输的，有助于预测信号的特性、热噪声、误码率和抗干扰性等指标。
微波传输模型可以通过基本参数建立，包括传输线的长度、宽度、材料以及终端阻抗等。
同时，在传输线模型中，还需要考虑电磁波的传播特性，例如反射、干扰、信号衰减等参数。
此外，由于传输线中通常会有许多连接器和衰减器，因此，在建立微波传输模型时，还需要注意其连接和衰减的影响。
二、射频电路模型随着通讯技术的发展，射频电路也变得越来越重要。
射频电路是在射频信号中处理或放大信号的电路。
射频信号的频率通常在1MHz到100GHz之间，对于射频电路的设计和优化来说，关键的是要减少噪声和提高稳定性。
在射频电路模型的设计中，通常需要考虑很多因素，例如线圈、电容、电感和晶体管等元器件。
为了保证射频电路的高精度和高可靠性，并减少影响，通常会采用计算机模拟流程进行模型构建和仿真分析。
三、传输线和射频电路都属于电磁波领域的应用，它们的模型可以在MATLAB、ADS、CST等计算机仿真软件中建立和模拟。
但射频电路的模型一般相对于传输线较为复杂，因此需要不断改进和优化设计以提高精度。
在模型建立时，需要考虑多种因素，例如微波传输中的传输线阻抗、电阻、导体直径、介质常数等参数，射频电路中则包括线圈、电容、电感、晶体管等元器件和噪声等因素。
因此，建模及仿真既需要学科专业化也需要跨学科知识融合。
在进行微波传输和射频电路仿真时，需要注意模拟的时间和频率跨度。
例如，在进行模拟时，需要根据具体的实际工程应用来设定仿真时间，并根据实际需要进行频段选择。
同时，需要根据模拟的结果来优化传输线和射频电路模型，以使成果更接近实际工程应用场景。
四、小结微波传输和射频电路建模仿真是现代通信领域中的一项重要技术，因为它可以提高通信信号的稳定性和精度，为设计师和工程师提供更好的设计方案。
实验一基于ADS软件的传输线理论仿真设计与分析姓名：班级：学号：一：实验目的：1、熟悉ADS软件的基本使用方法2、了解基本传输线、微带线的特性3、利用ADS软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真二：实验原理：Zin =Z（Z1+jZ）/（Z+jZ1），β=2π/λ，若已知Z0、Z1就可以知道任意一点的Zin，1Γ=（Z in-Z0）/（Zin）+Z）1、当Z1=0，即负载短路时，|1Γ|=1，全反射，此时为纯驻波状态，Z in= jZ02、当Z1为无穷大，即负载开路时，|1Γ|=1，也发生全反射，为纯驻波状态，此时Z in= Z0/j3、当Z1为复阻抗时，即Z1=R1+jX1，此时为行驻波状态4、当Z1为纯电抗时，因为负载不消耗能量，所以任将产生全反射。
5、当负载为匹配时，即Z1=Z，此时Zin）=Z三：软件仿真1、负载短路情况下的特性负载短路原理图终端负载短路时smith 圆图s 参数分布终端短路时输入阻抗分布列表 终端短路是s 参数分布仿真结果分析：终端为负载短路情况下，2()j z z e β-Γ=-，0()tan in Z z jZ z β=；反射系数为0dB ，发生了全反射， 与理论吻合。
从smith 圆图中可以看出，输入阻抗为电抗值，r=0,电抗随频率的变化从感性变为容性。
和理论公式0()tan in Z z jZ z β=吻合。
2、负载开路情况下的特性负载开路原理图终端开路S 参数分布终端开路smith 圆图s 参数分布 终端开路时输入阻抗分布列表仿真结果分析：终端为负载开路情况下，2()j z z e β-Γ=-，0()tan in Z z jZ z β=；反射系数为0dB ，发生了全反射， 与理论吻合。
输入阻抗随频率的增加从容性逐渐为感性电抗，和理论公式0()tan in Z z jZ z β=吻合。
3、负载为复阻抗下的特性负载为复阻抗时原理图负载为复阻抗时S 参数分布负载为复阻抗时S 参数分布负载为复阻抗时smith 圆图s 参数分布 负载为复阻抗时输入阻抗分布表仿真结果分析：终端为复阻抗情况下，1j Z R X =±，0()tan in Z z jZ z β=；发生了反射， 与理论吻合。
本科实验报告
课程名称：电磁场与微波实验
姓名：李昂诺
学院：信息与电子工程学院系：
专业：电子科学与技术
学号：3130000766
指导教师：王子立
2015年6 月8 日
实验报告
课程名称：___电磁场与微波实验________________指导老师：___王子立________成绩：__________________
实验名称：____微波传输线 ADS 仿真与负载特性测量__实验类型：___设计实验___同组学生姓名：__韩天啸___
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1. 了解基本传输线、微带线的特性。
2．熟悉 ADS 软件的基本使用方法。
3．利用 ADS 软件进行基本传输线和微带线的电路设计和仿真。
4．掌握矢量网络分析仪测量的方法。
二、实验内容和原理
考虑一段特性阻抗为Zo 的传输线，一端接信号源，另一端则接上负载，如图所示，假设此传输线无耗，且传输系数γ= j β，则传输线上电压及电流可用下列二式表示：
()z z U z U e U e ββ+--=+ ()z z I z I e I e ββ+--=-
专业：_电子科学与技术_ 姓名：___李昂诺_______
学号：___3130000766___ 日期：___2015.6.10_____ 地点：__东四
-227______
1、负载端（z = 0）处情况
可得负载阻抗为
0()L L L U U U Z Z I U U +-
+-
+==-
定义归一化负载阻抗为011L L
L L
Z z Z +Γ=
=
-Γ 其中定义L Γ为负载端的电压反射系数1
||1
L j L L L L z e z ϕ-Γ=
=Γ+ 当0L Z Z =或为无限长传输线时，0L Γ=，无反射波，是行波状态或匹配状态。
当L Z 为纯电抗元件或处于开路或者短路状态时，||1L Γ=，全反射，为驻波状态。
当L Z 为其他值时，||1L Γ≤，为行波驻波状态。
线上任意点的反射系数为2||L j j z
L L e ϕβ-Γ=Γ
2、 输入端（z = −L ）处情况
反射系数()z Γ应改成2()L
j L L e β-Γ=Γ
输入阻抗为00
0tan()
tan()
L in L Z jZ L Z Z Z jZ L ββ+=+
由上式可知：
（ 1）当L →∞时， 0in Z Z →。
（ 2）当L = λ⁄2时， in L Z Z =。
（ 3）当L = λ⁄4时， 2
0in L
Z Z Z =。
三、主要仪器设备
1、装有 ADS 软件的电脑 一台
2、矢量网络分析仪 一台
3、微带电路 一套
四、操作方法和实验步骤
实验内容1．用ADS 软件计算微带电路尺寸，并分别仿真微带传输线负载为短路、开路、匹配、纯电抗和复阻抗情况下的特性。
计算及仿真条件如下：
（1）工作频率2.5GHz；
（2）特性阻抗50 欧姆；
（3）微波介质基板特性：相对介电常数4.6，介质层厚度0.765mm，铜箔厚度0.035mm(1OZ)，损耗正切0.015；
五、实验数据记录和处理
1、负载端短路（SC）
⑴在ADS中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
我们根据理论公式进行推导得出0
L L L Z Z Z Z -Γ=
+，在SC 的情况下，=0L Z ，||1L Γ=，反射系数
在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的最外圈，和仿真实验是一致符合的。
当频率为2.5GHz 时，反射系数刚好位于史密斯圆图的左端点。
对于输入阻抗，此时0tan in Z jZ L β=，我们观察输入阻抗的公式可以得出，当频率为2.5GHz 时，tan 00in L Z β==，；然而当频率不为2.5GHz 时，0tan 0tan in L Z jZ L ββ≠=，，虚部不为0并且随着频率的变化而变化，其实图中还显示出Zin 在2.5GHz 处并不完全为0，这微小的偏差是由于传输线本身是具有一部分阻抗的。
下图为Zin 的实虚部，可以更为直观看出阻抗。
由于传输线本身带有一部分阻抗，那么在2.5GHz处的下降峰就可以得到解释了。
故仿真符合实验预期。
在微带线模型中，相较于理想情况，反射系数的模并不为1，而是略小于1，因此由图中可以看出，这是一个靠近最外圈的一个内弧。
这是因为在实际中，微带线是存在边界效应的，所以不能完全等效成平行板波导来进行计算，所以产生了一部分偏差。
2、负载端开路（OC）
⑴在ADS中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
我们根据理论公式进行推导得出0
L L L Z Z Z Z -Γ=
+，在OC 的情况下，=L Z ∞，||1L Γ=，反射系
数在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的最外圈，和仿真实验是一致符合的。
当频率为2.5GHz 时，反射系数刚好位于史密斯圆图的右端点。
对于输入阻抗，此时0
tan in Z Z j L
β=
，我们观察输入阻抗的公式可以得出，当频率为2.5GHz 时，
tan 0in L Z β→→∞，；然而当频率不为2.5GHz 时，0
tan 0tan in Z L Z j L
ββ≠=
，，虚部不为0并
且随着频率的变化而变化。
偏差与SC 的情况一致，同理。
故仿真符合实验预期。
在微带线模型中，相较于理想情况，反射系数的模并不为1，而是略小于1，因此由图中可以看
出，这是一个靠近最外圈的一个内弧。
这是因为在实际中，微带线是存在边界效应的，所以不能完全等效成平行板波导来进行计算，所以产生了一部分偏差。
不管是在SC 还是OC 的情形中，微带线仿真结果曲线带宽较宽，宽于理想带线曲线，而且峰
值略小于理想带线的情况。
微带线中是有损耗的，所以会导致峰值降低，峰值降低会导致带宽增加。
3、负载端匹配
⑴在ADS 中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
我们根据理论公式进行推导得出0
L L L Z Z Z Z -Γ=
+，在负载端匹配的情况下，0=L Z Z ，||0L Γ=，
反射系数在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的中心，和仿真实验是一致符合的。
当频率为2.5GHz 时，反射系数刚好位于史密斯圆图的右端点。
对于输入阻抗，此时0in Z Z =。
在微带线模型中，相较于理想情况，模变化不大，然而出现了一个微小的相角，较之于理想情
况。
偏差应该是与微带线损耗以及软件误差造成的。
故仿真符合实验预期。
4、负载端纯电抗
⑴在ADS 中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
我们根据理论公式进行推导得出0
L L L Z Z Z Z -Γ=
+，在L Z 为纯阻抗的情况下，||1L Γ=，产生全反
射，传输线工作于驻波状态，反射系数在理想传输线的情况下应该位于史密斯圆图的最外圈（除开左端点），和仿真实验是一致符合的。
Zin 曲线在2.78GHz 处产生下坠峰。
微带线在非工作频率下，tan 0L β≠，L Z 本身具有虚部，相较于理想情况，反射系数的模并不
为1，而是略小于1，因此由图中可以看出，这是一个靠近最外圈的一个内弧。
仿真符合实验预期。
5、负载端为复阻抗的情况
⑴在ADS 中画出原理图
仿真得到结果：
在原理图内设计微带线仿真
查看仿真结果
分析：
随着复阻抗的变化其实可以得到之前实验的许多类似图形，原理一致，仿真实验和理论推导是一致符合的。
峰值在2.82GHz时。
在微带线模型中，相较于理想情况，微带线仿真结果曲线带宽较宽，宽于理想带线曲线，而且峰值略小于理想带线的情况。
微带线中是有损耗的，所以会导致峰值降低，峰值降低会导致带宽增加。
六、实验结果与分析
思考题：
1、微带线的长度为什么选半波长，对应的电长度是多少？
根据公式00
0tan()
tan()
L in L Z jZ L Z Z Z jZ L ββ+=+，我们可以发现若取/2L λ=，则由于2/βπλ=，所以
tan()L β式即为0，那么可以得到in L Z Z =使得输入阻抗等于负载阻抗。
长度若不取半波长，则微
带线会呈现电抗性，影响仿真结果。
根据电长度公式L
d λ
=
，我们得电长度为
12
； 2、 仿真过程中，为什么扫描的频率变化时，结果曲线呈现电抗性？
实验中由于预先设定了微带线的物理长度是半波长，当扫描频率变化时，波长变化，此时
tan()L β式不再为0，in Z 具有了虚部，仅当频率为2.5GHz 时才会使in L Z Z =，当频率不为2.5GHz
时，微带线会呈电抗性，曲线自然呈现电抗性。
七、讨论、心得
与微波传输线负载特性矢量网络分析仪测量实验报告的讨论心得放在一起，见实验报告最后。
