基于ADS软件的传输线理论仿真设计与分析.docx

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基于ADS软件的传输线理论仿真设计与分析

基于ADS软件的传输线理论仿真设计与分析

一.实验目的:

1、熟悉ADS软件的使用;

2、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:

对无耗均匀传输线,线上各点电压U(z),电流I(z)与终端电压U1,终端电流I1的关系为:

U(z)=U1cos(βz)+jI1Z0sin(βz)

I(z)=I1cos(βz)+j(U1/Z0)sin(βz)

其中Z0为无耗传输线的特性阻抗;β为相移常数。

定义传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比为该点的输入阻抗,记作Zin,即:

Zin(z)=U(z)/I(z)

由此可以得:

Zin=

其中,Z1为终端负载阻抗。

三.软件仿真

(1).终端为匹配负载情况下的特性:

图(a)终端负载匹配时的原理图

图(b)终端负载匹配时输入阻抗分布列表和S参数分布

仿真结果分析:

传输线上任意点的输入阻抗为50Ω,此时Zin=Z0,与理论吻合;终端负载匹配时反射系数为-50dB,

(2)负载短路情况下的特性:

图(a)终端负载短路时的原理图

图(b)终端负载短路时S参数分布和smith圆图

图(c)终端负载短路时的输入阻抗分布列表

仿真结果分析:

终端负载短路情况下,

=-1,反射系数为0dB,传输线上任意一点Z处的反射系数Γ(z)=-1,如图(b)smith圆图,与理论相吻合;传输线上任意一点Z处的输入阻抗为Zin=jZ0tan(

)。

(3)终端负载开路情况下的特性:

图(a)终端负载开路时的原理图

图(b)终端负载开路时的S参数分布和smith圆图

图(c)终端负载开路时的输入阻抗分布列表

仿真结果分析:

终端负载开路情况下,此时只能存储能量而不能传输能量,反射系数为0dB,发生了全反射,如smith圆图,与理论吻合;输入阻抗值如图(c)所示,与理论公式Zin=-jZcot(

)相吻合。

(4)终端负载为纯电抗时的特性:

图(a)终端负载为纯电抗时的原理图

图(b)终端负载为纯电抗时的S参数分布和smith圆图

图(c)终端负载为纯电抗时的输入阻抗分布列表

仿真结果分析:

终端负载为纯电抗情况下,同样,负载不消耗能量,发生了全反射,如图(b)与理论相吻合;此时的输入阻抗值如图(c)所示,满足理论公式Zin=jX。

(5)终端负载为复阻抗时的特性:

图(a)终端负载为复阻抗时的原理图

图(b)终端为复阻抗时的S参数分布和smith圆图

图(c)终端负载为复阻抗时的输入阻抗分布列表

仿真结果分析:

当终端负载为复阻抗时,信号源入射的电磁波功率一部分被终端负载吸收,另一部分被反射,此时反射系数Γ(z)<1,Γ1=|Γ1|,与图(b)相吻合;此时传输线上输入阻抗如图(c)所示,满足理论公式Zin=Z0。

基于HFSS的传输线仿真设计与理论分析

1.基于HFSS软件的终端为匹配负载的特性

图(d)仿真原理图

图(e)输入阻抗的S(11)参数分布

图(f)smith圆图结果

仿真结果分析:

传输线上任意点的输入阻抗为50Ω,此时Zin=Z0,与理论吻合;终端负载匹配时反射系数为-50dB,能量几乎都传递到了负载,与传输线终端匹配理论Γ(z)=0吻合。

2.基于HFSS软件的负载短路的特性

图(d)负载短路时的原理图(其中将终端负载电阻值设置为5*e9,近似于短路)

图(e)负载短路时的S参数分布

仿真结果分析:

终端负载短路情况下,Γ(z)=-1,反射系数为0dB,传输线上任意一点Z处的反射系数=-1,如图(b)smith圆图,与理论相吻合;传输线上任意一点Z处的输入阻抗为Zin=jZ0tan(

)。

3.基于HFSS的终端负载开路下的特性

图(d)负载开路时的原理图(将终端负载的电阻值改为,)

图(e)S参数分布和smith圆图

仿真结果分析:

终端负载开路情况下,此时只能存储能量而不能传输能量,反射系数为0dB,发生了全反射,如smith圆图,与理论吻合;输入阻抗值如图(c)所示,与理论公式Zin=-jZcot(

)相吻合。

4.基于HFSS软件下的负载为纯电抗的特性

图(d)仿真原理图(将终端电阻值改为j*50)

图(e)S参数分布和smith圆图

仿真结果分析:

终端负载为纯电抗情况下,同样,负载不消耗能量,发生了全反射,如图(b)与理论相吻合;此时的输入阻抗值如图(c)所示,满足理论公式Zin=jX。

5.基于HFSS软件的终端负载为复阻抗时的特性:

图(d)负载为复阻抗的原理图

图(e)S参数分布

仿真结果分析:

当终端负载为复阻抗时,信号源入射的电磁波功率一部分被终端负载吸收,另一部分被反射,此时反射系数<1,1=|1|,与图(b)相吻合;此时传输线上输入阻抗如图(c)所示,满足理论公式Zin=Z0

实验体会:

通过这第一次ADS和HFSS的仿真实验实验,我初步掌握了ADS和HFSS仿真软件的大体操作,本实验让我清晰了了解到无耗传输线的状态分析,从实验的角度理解了“万能公式”。

 

 

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