ADS2012 π型单枝节微带线阻抗匹配设计_20111910119

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（59号）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

传输线特性阻抗基知识

什么叫传输线的特性阻抗？传输线特性阻抗基知识传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传输线的分布参数通常用单位长度的电感 L 和单位长度的电容C 以及单位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下：传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示: 从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。卄联原抗为： Z F = ------- --------- - =— i(G + joe) 传输线可等效为: IR IL U_ IR IR IL iR IL 半耻用比巧：乙、iR + jE)

Z E,￥=Z Z Z O Zc + Zr 叭鬲■独返呼4阳粽內为1是懒井14*F J9（可产5 =卩5=爲 G + j 肚 |G + Jex 皆赖宰址骼窩时＜f^lOOKHZ）. 3=2n監掘借損女.3. uefg±. R、G可黑略.L 中单懂怅度线的固打电臥住为肛拉忙度蜒的H有电皐此的当墓車迥惟艸rf^lKHZh 肛2卫片櫃水.可以耐.此时 Z0就是传输线的特性阻抗。 Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应用中，必须具体分析。传输线分类当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB迹线必须被视为传输线。传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。单端传输线路下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。心J 4 电路窗化 m —

(完整word版)微带线带通滤波器的ADS设计

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

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。

射频及传输线基础知识

传输线的基本知识传输射频信号的线缆泛称传输线，常用的有两种:双线与同轴线。频率更高则会用到微带线与波导，虽然结构不同，用途各异，但其基本传输特性都由传输线公式所表征。不妨先让我们作一个实验，在一台PNA3620上测一段同轴线的输入阻抗。我们会发现在某个频率上同轴线末端开路时其输入阻抗却呈现短路，而末端短路时入端反而呈现开路。通过这个实验可以得到几个结论或想法：首先，这个现象按低频常规电路经验看是想不通的，因此一段线或一个网络必须在使用频率上用射频仪器进行测试才能反映其真实情况。其二，出现这种现象时同轴线的长度为测试频率下的λ/ 4或其奇数倍；因此传输线的特性通常是与长度的波长数有关，让我们习惯用波长数来描述传输线长度，而不是绝对长度，这样作就更通用更广泛一些。最后，这种现象必须通过传输线公式来计算（或阻抗圆图来查出），熟悉传输线公式或圆图是射频、天馈线工作者的基本功。传输线公式是由著名的电报方程导出的，在这里不作推导而直接引用其公式。对于一般工程技术人员，只需会利用公式或圆图即可。这里主要讲无耗传输线，有耗的用得较少，就不多提了。射频器件（包括天线）的性能是与传输线（也称馈线）有关的，射频器件的匹配过程是在传输线上完成的，可以说射频器件是离不开传输线的。先熟悉传输线是合理的，而电路的东西是比较具体的。即使是天线，作者也尽量将其看成是个射频器件来处理，这种作法符合一般基层工作者的实际水平。 1.1 传输线基本公式 1.电报方程对于一段均匀传输线，在有关书上可查到，等效电路如图1-1所示。根据线的微分参数可列出经典的电报方程，解出的结果为： V 1= 2 1（V 2+I 2Z 0）e гx + 2 1 (V 2-I 2Z 0)e -гx （1-1） I 1= 21Z （V 2+I 2Z 0）e г x - 21Z (V 2-I 2Z 0)e -г x (1-2) 2 x 为距离或长度，由负载端起算,即负载端的x 为0 2г= α+j β, г为传播系数，α为衰减系数, β为相移系数。无耗时г = j β. 一般情况下常用无耗线来进行分析，这样公式简单一些,也明确一些，或者说理想化一些。而这样作实际上是可行的，真要计算衰减时，再把衰减常数加上。 2 Z 0为传输线的特性阻抗。 2 Z i 为源的输出阻抗(或源内阻)，通常假定亦为Z 0；若不是Z 0，其数值仅影响线上电压的幅度大小，并不影响其分布曲线形状。

传输线的特性阻抗分析

传输线的特性阻抗分析传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。一个传输线的微分线段l可以用等效电路描述如下：传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示：从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。

传输线可等效为：

Z0 就是传输线的特性阻抗。 Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应用中，必须具体分析。传输线分类当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB 迹线必须被视为传输线。传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。单端传输线路下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。在上图中，一条导线连接了一个设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。信号跃变时，电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声，这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为：其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下： ?? 与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比 ?? 与迹线的线宽成反比

微带线设计ADS

} 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。

微带线和带状线设计

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(microstrip)和带状线(stripline)

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

50欧微带线

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。

电路阻抗匹配设计

何為"阻抗匹配"? 更多相关：https://www.360docs.net/doc/ff1661322.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

实验1 理想微带传输线特性阻抗模拟

實驗一理想微帶傳輸線特性阻抗模擬ㄧ、原理說明一般常見的電子電路都是以集總模式(lumped mode)來描述電路的行為，主要的假設是電路的工作波長遠大於實際電路尺度的大小，在頻率很低時可以得到相當正確的近似。然而電路工作頻率變高時，也就是說工作波長與實際電路尺度大小差不多時，以集總模式來描述電路的行為其誤差相當大，因此必須以分散式模式(distributed mode )來考慮電路的行為，分散式模式的做法是將電路分成很小的片段，每一小片段可用電阻、電容及電感代表小片段的電路的行為，將每一小片段整合起來即為整個電路的行為。圖1.1為傳輸線的等效電路圖，根據此圖可列出電壓在x+ x與x處的電壓差方程式，配合圖1.1 傳輸線的等效電路圖

RLCG 元件可得出公式(1-1)，同理可得出電流方程式(1-2)。兩邊同時除以?x ，可得公式(1-3)及(1-4) 兩邊對x 微分，得公式(1-5)及(1-6) 將公式(1-4)及(1-6)代入公式(1-5)，得以極座標向量(phasor notation)表示電壓電流可得到頻率領域的表示式 (,)(,)(,)(,)()(,)() (1-1) (,) (,)(,)(,)()(,)() (1-2) i x t v x x t v x t v x t R x i x t L x t v x x t i x x t i x t i x t G x v x x t C x t ?+?-=?=-?-???+?+?-=?=-?+?-??(,)(,)(,) (1-3)(,)(,) (,) v x t i x t Ri x t L x t i x t v x t G v x t C x t ??=--????=--?? (1-4) 2 2 22 2 2 (,)(,)(,) (1-5)(,)(,)(,) v x t i x t i x t R L x x x t i x t v x t v x t G C t x t t ???=--???????=--???? (1-6) 2 2 22 2 2 2 2 (,)(,)(,)()(,)0 (1-7) (,)(,)(,)() (,)0 (1-8) v x t v x t v x t RC LG LC RG v x t x t t i x t i x t i x t RC LG LC RG i x t x t t ???-+--=??????-+--=???(,)Re[()] (1-9) (,)Re[()] jwt jwt v x t V x e i x t I x e == (1-10)

传输线特性阻抗基知识

什么叫传输线的特性阻抗? 传输线特性阻抗基知识传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下：传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示：从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。传输线可等效为：

单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。在上图中，一条导线连接了一个设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。信号跃变时，电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声，这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为：其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下：与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比与迹线的线宽成反比与迹线的高度成反比与介电常数的平方根成反比单端传输线特性阻抗的范围通常情况下为25Ω至120Ω，几个较常用的值是28Ω、33Ω、50Ω、52.5Ω、58Ω、65Ω、75Ω。差分传输线路下图为典型的差分（通常称为平衡式）传输线电路。差分传输线适用于对噪声隔离和改善时钟频率要求较高的情况。在差分模式中，传输线路是成对布放的，两条线路上传输的信号电压、电流值相等，但相位（极性）相反。由于信号在一对迹线中进行传输，在其中一条迹线上出现的任何电子噪声与另一条迹线上出现的电子噪声完全相同（并非反向），两条线路之间生成的场将相互抵消，因此与单端非平衡式传输线相比，只产生极小的地线回路噪声，并且减少了外部噪声的问题。这是一个平衡线路的示例-- 信号线和回路线的几何尺寸相同。平衡式传输线不会对其他线路产生噪声，同时也不易受系统其他线路产生的噪声的干扰。差分模式传输线的特性阻抗（也就是通常所说的差分阻抗）指的是差分传输线中两条导线之间的阻抗，它与差分传输线中每条导线对地的特性阻抗是有区别的，

什么是微带线

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。

关于天线传输馈线的基本知识

关于天线传输馈线的基本知识 1、传输线的特性阻抗无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用Ｚ0 表示。同轴电缆的特性阻抗的计算公式为：Ｚ0＝〔60/√εr〕×Log ( D/d ) [ 欧] 式中：D 为同轴电缆外导体铜网内径； d 为同轴电缆芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。通常Ｚ0 = 50 欧，也有Ｚ0 = 75 欧的。由公式不难看出，馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数εr有关，而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关. 2、馈线的衰减系数信号在馈线里传输，除有导体的电阻性

损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。单位长度产生的损耗的大小用衰减系数β 表示，其单位为dB / m （分贝／米），电缆技术说明书上的单位大都用dB / 100 m（分贝／百米）。设输入到馈线的功率为Ｐ1 ，从长度为L（m ）的馈线输出的功率为Ｐ2 ，传输损耗TL可表示为：TL ＝10 ×Lg ( Ｐ1 /Ｐ2 ) ( dB ) 衰减系数为：β ＝TL / L ( dB / m ) 例如，NOKIA 7 / 8英寸低耗电缆，900MHz 时衰减系数为β ＝4.1 dB / 100 m ，也可写成β ＝3 dB / 73 m ，也就是说，频率为900MHz 的信号功率，每经过73 m 长的这种电缆时，功

率要少一半。而普通的非低耗电缆，例如， SYV-9-50-1，900MHz 时衰减系数为 β ＝20.1 dB / 100 m ，也可写成β ＝ 3 dB / 15 m ，也就是说，频率为900MHz 的信号功率，每经过15 m 长的这种电缆时，功率就要少一半。 3、匹配概念什么叫匹配？简单地说，馈线终端所接负载阻抗ＺL 等于馈线特性阻抗Ｚ0 时，称为馈线终端是匹配连接的。匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。当天线阻抗为50欧时，与50欧的电缆是匹配的，而当天线阻抗为80欧时，与50欧的电缆是不匹配的。如果天线振子直径较粗，天线输入阻抗随频率的变化较小，容易和馈

高速PCB设计的传输线及其特性阻抗

高速PCB设计的传输线及其特性阻抗一. 什么是传输线我们经常会用到传输线这一术语，可是讲到其具体定义时，很多工程师都是欲言又止，似懂非懂…… 我们知道，传输线用于将信号从一端传输到另一端，下图说明了所有传输线的一般特征所以，可以这样理解：传输线由两条一定长度导线组成，一条是信号传播路径，另一条是信号返回路径。 1. 分析传输线，一定要联系返回路径，单根的导体并不能成为传输线 2.和电阻，电容，电感一样，传输线也是一种理想的电路元件，但是其特性却大不相同，用于仿真效果较好，但电路概念却比较复杂 3.传输线有两个非常重要的特征：特性阻抗和时延二. 传输线分类经常用到的双绞线，同轴电缆都是传输线

对于PCB来说，常有微带线和带状线两种微带线通常指PCB外层的走线，并且只有一个参考平面带状线是指介于两个参考平面之间的内层走线下图为微带线和带状线示意图及其阻抗计算公式，可以从这个公式中看出，阻抗和那些因素有关，但是实际工程应用中，都是用一些专业软件进行阻抗计算，比如Polar

三. 传输线阻抗先来澄清几个概念，经常会看到阻抗，特性阻抗，瞬时阻抗，严格来讲，他们是有区别的，但是万变不离其宗，它们仍然是阻抗的基本定义. 将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗，就称之为传输线的特性阻抗特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗，这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素如果没有特殊说明，一般用特性阻抗来统称传输线阻抗

简单的来说，传输线阻抗可以用上面的公式来说明，但如果往深里说，我们就要分析信号在传输线中的行为，Eric Bogatin 博士在他的著作《Signal Integrity :Simplified》里面有很详细的说明，读者可以找原著来进行细究，这里只做一个简述： *以下分析收自与网络资料网际星空网站oldfriend 老师的作品* 当讯号沿着一条具有同样横截面的传输线移动时，假定把1V的阶梯波(step function)加到这条传输线中(如把1V的电池连接到传输线的发送端，电压跨在发送线和回路之间)，一旦连接，这个电压阶梯波沿着该线以光速传播，它的速度通常约为6英寸/ns。这个信号是发送线路和回路之间的电压差，它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。讯号能量在第一个0.01n s前进了0.06英寸，这时发送线路有多余的正电荷(由电池提供)，而回路有多余的负电荷，正是这两种电荷差维持着这两个导体之间的1V电压差，且这两个导体间也形成了一个电容器。在下一个0.01n s中，又要将下一段0.06英寸传输线的电压从0 调整到1V，这必须再加一些正电荷到发送线路，与加一些负电荷到接收线路。每移动0.06英寸，必须把更多的正电荷加到发送线路，而把更多的负电荷加到回路。每隔0.01n s，必须对传输线路的另外一段进行充电，然后信号开始沿着这一段传播。电荷来自传输线前端的电池，当讯号沿着这条线移动时，就给传输线的连续部份充电，因而在发送线路和回路之间形成了1V的电压差。每前进0.01ns,就从电池中获得一些电荷(±Q)，恒定的时间间隔(±t)内从电池中流出的恒定电量(±Q)就是一种恒定电流。流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等，而且正好在信号波的前端，交流电流藉由上、下线路组成的电容，结束整个循环过程。

第三章传输线理论

第三章传输线理论本章的目的是概述由集总电路向分布电路表示法过度的物理前提。在此过程中，推导出一个最有用的公式：一般的射频传输线结构的空间相关阻抗表示公式。正如我们知道的，频率的提高意味着波长的减小，该结论用于射频电路，就是当波长可与分立的电路元件的几何尺寸相比拟时，电压和电流不再保持空间不变，必须把它们看做是传输的波。因为基尔霍夫电压和电流定律都没有考虑到这些空间的变化，我们必须对普通的集总电路分析进行重大的修改。本章重点介绍传输线理论，首先介绍传输线理论的实质，再介绍常用的几种传输线，其中重点介绍微带传输线，以及一般的传输线方程及阻抗的一般定义公式。 3.1传输线的基本知识传输微波能量和信号的线路称为微波传输线。本节主要介绍传输线理论的实质以及理论基础 3.1.1传输线理论的实质传输线理论是分布参数电路理论，它在场分析和基本电路理论之间架起了桥梁。随着工作频率的升高，波长不断减小，当波长可以与电路的几何尺寸相比拟时，传输线上的电压和电流将随着空间位置而变化，使电压和电流呈现波动性，这一点与低频电路完全不同。传输线理论用来分析传输线上电压和电流的分布，以及传输线上阻抗的变化规律。在射频阶段，基尔霍夫定律不再成立，因而必须使用传输线理论取代低频电路理论。现在举例说明：分析一个简单的电路，该电路由内阻为R1的正弦电压源V1通过1.6cm的铜导线与负载电阻R2组成。电路图如下：图3.1 简单电路

并且我们假设导线的方向与z轴方向一致，且它们的电阻可以忽略。我们假设振荡器的频率是1MHz，由公式 (3.1) 10m/s, rε=10, rμ=1 因此可以得到波长其中是相速度，=9.49×7 λ=94.86m.连接源和负载的1.6cm长的导线，在如此小的尺度内感受的电压空间变化是不明显的。但是当频率提高到10GHz时情况就明显的不同了，此时波长降低到λ=p v/10 10=0.949cm，近似为导线长度的2/3，如果沿着1.6cm的导线测量电压，确定信号的相位参考点所在的位置是十分重要的。经过测量得知电压随着相位参考点的不同而发生很大的不同。现在我们面临着不同的选择，在上图所示的电路中，假设导线的电阻可以忽略，当连接源和负载的导线不存在电压的空间变化时，如低频电路情况，才能有基尔霍夫电压定律进行分析。但是当频率高到必须考虑电压和电流的空间特性时，基尔霍夫电路定律将不能直接用。但是这种情况可以补救，假如该线能再细分为小的线元，在数学上称为无限小长度在该小线元上假定电压和电流保持恒定值。对于每一段小的长度的等效电路为：图3.2 微带线的等效电路但是具体到什么时候导线或者分立元件作为传输线处理，这个问题不能用简单的数字还给以确切的回答。从满足基尔霍夫要求的集总电路分析到包含有电压和电流的分布电路理论的过度与波长有关。此过度是在波长变得越来越与电路的平均尺寸可比拟的过程中，逐渐发生。根据一般的科研经验，当分立的电路元件平均尺寸长度大于波长的1/10时，就应该用传输线理论。例如在本例中1.6cm的导线我们能估算出频率为：

微带线设计

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）