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”。