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基于ADS软件的传输线理论仿真设计与分析.docx

1、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(z)+jI1Z0sin(z) I(z)=I1cos(z)+j(U1/Z0)sin(z)其中Z0为无耗传输线的特性阻抗;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

2、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50,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(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=jZ0

3、tan()。(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

4、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(z)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。 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

5、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50,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(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,(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

6、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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