2.4G微带单枝短截线匹配电路的ADS设计1
课程设计说明书
题目：2.4G微带单枝短截线匹配电路的ADS设计
学院（系）
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
燕山大学课程设计（论文）任务书
说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
年 月 日
燕山大学实验设计审查表 学 号
学生姓名 专业（班级） 设计题目
2.4G 微带单枝短截线匹配电路的ADS 设计
设
计
技
术
参
数
设计参数： 负载阻抗：Z L =30-j*50 Ohm 信号源 ： Z s =55-j*40 Ohm 中心频率: 2.4GHz
设
计
要
求
1 熟练掌握ADS 软件及其使用方法
2 学会利用ADS 软件进行电路仿真和模拟
3 运用微带线知识进行电路的匹配 工
作
量
两周工作日左右 每个工作日六到八小时 工
作
计
划 2011/11/07----2011/11/09 实验选题 2011/11/10----2011/11/14 实验操作 2011/11/15----2011/11/18 实验论文 2011/11/19——2011/11/20 论文检查和修饰
参考资料 [1]徐兴福.ADS2008射频仿真电路设计.电子工业出版社.2009
[2]黄玉兰.ADS 射频电路设计基础与典型应用. 人民邮电出版社，2010.1
指导教师签字 基层教学单位主任签字
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
年月日答辩小组评语：
成绩：
组长：
年月日课程设计总成绩：
答辩小组成员签字：
年月日
2.4G微带单枝短截线匹配电路的ADS设计
李超
理学院08级电子信息科学与技术
摘要：
利用ADS2009软件设计2.4G微带单枝短截线匹配电路，从而使电路获得最大的功率输出。
关键字：
ADS；微带单枝短截线匹配电路；软件仿真
2.4G microstrip single branch stub matching circuit ADS
design
Abstract :
Use ADS2009 software to design 2.4G microstrip single branch stub matching circuit, thereby enabling circuit to obtain the most power output.
Keywords:
ADS; Microstrip single branch stub matching circuit；Software simulation
一.引言：
阻抗匹配的概念是射频电路设计中最为基本的概念之一，贯穿射频电路设计始终。阻抗匹配就意味着源传递给负载最大的RF功率，换句话说就是要实现最大的功率传输，必须使负载阻抗与源阻抗相匹配。然而，他们的功能并不
仅限于实现理想功率传输而在源和负载之间进行阻抗匹配。事实上，许多实际的匹配网络并不是仅仅为了减小功率损耗而设计的，他们还具有其他功能，如减小噪声干扰、提高功率容量和提高频率响应的线性度等。通常认为，匹配网络的用途就是实现阻抗变换，就是将给定的阻抗值变换成其他更合适的阻抗值。
这次课程设计利用ADS进行匹配电路设计的主要内容是利用无源匹配网络进行阻抗变换，达到功率最大传输，重点是确保在源和负载之间形成最小反射。
二.基本原理：
根据传输线理论，终端接有负载的传输线的输入阻抗为:
从上式可见当微带线长度变化时，输入阻抗的电抗值也随着变化。当微带线介质基片的介电常数和厚度确定以后，微带线金属片的宽度W决定了微带线的特性阻抗。微带电路的匹配通常利用微带线这两个特性实现电路的阻抗变化，从而使负载与源阻抗达成匹配。
微带匹配电路分为单短截线匹配和双短截线匹配。本小节我们所讨论的匹配电路是由串联的微带线和并联的终端开路短截线或终端短路短截线构成，我们通常称之为微带单枝短截线匹配电路。这种匹配电路有两种拓扑结构：一种是负载与短截线并联后再与一段串联传输线相连；另外一种是负载与串联传输线相连后再与一段短截线并联，其示意图如图1所示。
图1
图1所示的匹配电路具有4个可以调整的参数：短截线的长度ls和特性阻抗Z0s，传输线的长度lL和特性阻抗Z0L。
三、设计要求：
设计一个微带单枝短截线匹配电路，把阻抗ZL=30-j*50 Ohm的负载匹配到Zs=55-j*40Ohm的信号源，中心频率为1.5GHz。
四、仿真过程：
1.建立工程
（1）运行ADS2009，弹出ADS2009主窗口。
（2）执行菜单命令【File】【New Project】，弹出“New Project”对话框。其中，“Name”文本框中为默认的工作路径，在路径的末尾输入工程名为“MLIN_SMatching”，如下图2所示。
图2
（3）单击【OK】按钮，完成新建工程。
2.设计原理图
（1）单击工具栏中的保存按钮，在弹出的对话框中命名原理图为“MLIN_Smatching”并保存。在原理图设计窗口的面板列表中选择“Passive Circuit DG-Matching”，然后再原理图中加入元器件“MSUB”和元器件“SSMtch”。
（2）在原理图设计窗口中执行菜单命令【Insert】【Template】，打开“Insert Template”对话框，选择“S_Param”，单击【OK】按钮，在原理图中插入S参数仿真参数。
（3）用鼠标左键双击器件“Msub”，如图3所示设置微带的基本参数。
图3
（4）用鼠标左键双击元器件“DA_SSMatch1_MLIN_Smatching”,设置中心频率F=2.4GHZ,输入阻抗Zin=55+j*40Ohm，负载阻抗Zload=30-j*50Ohm。（5）设置Term1阻抗为Z=55-J*40Ohm，Term2阻抗为Z=30-j*50Ohm。这里以Term1作为源阻抗，Term2为负载阻抗。再将S参数的扫描范围设置为1-2GHz，步长为0.001GHz，设置完参数的原理图如图4所示。
（6）在原理图的设计窗口中，执行菜单命令【DesignGuide】【Passive Circuit】，弹出“Passive Circuit”对话框，然后双击“Microstrip Control Window…”项打开“Passive Circuit DesignGuide”对话框，如图5所示。
图4
图5
（7）在“SmartComponent”下拉列表中选择“DA_SSMatch1”，再单击【Design】按钮，等待“Design Progress”为100%后，关闭“Passive Circuit DesignGuide”窗口返回原理图设计窗口。
（8）在原理图设计窗口，单击按钮，再单击原理设计窗口中“SSMtch”
元器件，可以查看自动生成的匹配网络的子电路，如图6所示。
图6
（9）然后，单击按钮回到上层原理图中。
（10）接下来进行S参数的仿真，单击工具栏中的【Simulation】按钮，仿真完成后会自动弹出数据显示窗口，如下图所示。
由以上图中可以看出，S(1,1)、S(1,2)、S(2,1)、S(2,2)参数值比较理想，整个
仿真过程已经实现了微带单枝短截线的电路匹配。需要补充的是，在50欧姆的射频系统中，微带线的特性阻抗一般是20-200欧姆。如果微带线特性阻抗太高，微带线宽比较窄，由于电路板加工精度的限制，误差相对会比较大。如果微带线特性阻抗比较低，微带线会比较宽，电路板体积会比较大。因此，在微带线匹配设计时要适当选择特性阻抗。单枝短截线匹配可以实现任意输入阻抗和实部非零的负载阻抗的匹配。由于他具有简单、使用特点，因此单枝短截线匹配在射频放大器电路中已经得到广泛应用。
五、设计心得
1.在设计射频电路匹配网络时，主要考虑以下四个方面的要求：
（1）简单性：选择通过简单的电路实现匹配，可以使用更少的器件，减少损耗并降低成本，可靠性也获得提高。所以设计阻抗匹配电路的首要目的是在能满足设计要求的情况下，选择最简洁的电路。
（2）频带宽度：也就是我们匹配电路中的Q值，一般多种匹配网络都可以消除在某一个频率上的反射，在该频率下实现完全匹配。但是要实现在一定的频带宽度内的匹配，则需要更复杂的匹配网络设计，需要使用更多的元件。因此，要求匹配电路的频带越宽，则相应成本也会越高。
（3）电路种类：在实现一个匹配网络的时候，需要考虑匹配网络使用传输线的种类，然后确定使用匹配电路的种类。例如，对于微带传输线系统，实现匹配可以使用集总参数器件、λ/4传输线变化、并联分支等电路，非常容易
实现。对于波导和同轴线系统，使用终端短路结构和枝节匹配电路则更容易实现。因此，阻抗匹配电路需要选择在相应传输线系统上易于实现的电路类型。
（4）可调节性：如果负载发生了变化，匹配网络需要相应的调整来达到匹配的要求。在设计匹配网络时，需要考虑负载是否会发生变化，以及通过调整匹配网络适应变化的可行性。
2．Simth圆图是应用最广泛的匹配电路设计工具之一，它直观的描述了匹配设计的全过程，本章将详细讲解如何使用ADS Simth Tool进行匹配电路的设计，在复数负载上连接一个电抗元件（电感或电容），这里仅仅强调以下几点：?串联将会使Smith圆图上的相应阻抗点沿等电阻圆移动
?并联将会使Smith圆图上的相应导纳点沿等电导圆移动
六．参考文献
[1]徐兴福.ADS2008射频仿真电路设计.电子工业出版社.2009
[2]黄玉兰.ADS射频电路设计基础与典型应用. 人民邮电出版社，2010.1