阻抗变换器的设计与仿真.docVIP

摘 要 射频设计的主要工作之一，就是使电路的某一部分与另一部分相匹配，在这两部分之间实现最大功率传输，这就需要在射频电路中加入阻抗变换器从而达到阻抗匹配的目的。本文介绍了一种中心频率为400MHz、频宽为40MHz的50～75欧姆T型阻抗变换器的设计与仿真过程。文中概述了射频阻抗变换器的种类、用途及发展。在分析了阻抗匹配理论基本知识的基础上，论述了射频阻抗变换器的设计过程，然后通过ADS软件进行设计和仿真,并对仿真结果进行了分析总结。 关键词:射频；阻抗匹配；阻抗圆图；VSWR（电压驻波比）；ADS 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 引 言 2 1.1 概述 2 1.2 射频阻抗变换电路的类型 2 1.3 射频阻抗变换器的用途 2 1.4射频阻抗变换器设计的发展 3 第二章 基本原理 4 2.1 阻抗匹配 4 2.2 史密斯圆图 5 2.2.1 等反射圆 5 2.2.2 等电阻圆图和等电抗圆图 6 2.2.3 Smith圆图（阻抗圆图） 8 2.3 电压驻波比 9 第三章 T型阻抗变换器的设计 10 3.1 T型阻抗变换器（RSRL）的设计步骤 10 3.2 T型阻抗变换器的设计过程 12 第四章 阻抗变换器电路仿真 13 4.1 ADS 软件简介 13 4.2 T型阻抗变换器的仿真结果及分析 14 第五章 总结 16 参考文献 17 致 谢 18 表目录 TOC \h \z \c 图1. 图1. 1 T型变换电路 1 图1. 2 Rs + jXs = RL - jXL时的共轭匹配 2 图1. 3 天线与接收端的阻抗匹配 2 TOC \h \z \c 图2. 图2. 1 传输线终端连接不同的ZL在等反射圆图的表示 5 图2. 2 等电阻圆 图2. 3 等电抗圆 7 图2. 4 smith圆图 8 TOC \h \z \c 图3. 图3. 1 T型匹配电路 10 图3. 2 T型匹配电路实际电路类型 11 图3. 3 T型阻抗变换器电路 12 TOC \h \z \c 图4. 图4. 1 T型阻抗变换器仿真电路 13 图4. 2 T型阻抗变换器电路仿真结果 14 第一章 引 言 1.1 概述 在处理RF系统的实际应用问题时，总会遇到一些非常困难的工作，对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下，需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端，寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时，理论计算和仿真已经远远不能满足要求，为了得到适当的最终结果，还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值. 1.2 射频阻抗变换电路的类型 L型电路阻抗匹配：此型电路结构仅用两个电抗性元件提供了阻抗匹配，匹配电路的设计都基于Q因数。 型变换电路：在L型匹配电路中引入第三个电路元件，即在串联元件的另一个并联电纳，就可以把电路的Q作为一个设计参数，从而为电路设计提供了必要的灵活性。 T型变换电路：T型变换电路如图1.1所示，它是一个双重π型变换电路。然而在这个电路中，串联电抗X1首先把电抗提高到，而余下的并联电纳降低电阻。 图1. SEQ 图1. \* ARABIC 1 T型变换电路 其余还有分支电容变换器、并行双调谐变换器（需精确控制宽带时使用）。 1.3 射频阻抗变换器的用途 阻抗变换器是使传输线阻抗和负载阻抗达到匹配，简单说就是使Z0=ZL。可确保传输到最终负载的电磁能量值或功率能达到最大量。要使信号源传送到负载的功率最大，信号源阻抗必须等于负载的共轭阻抗，即 Rs + jXs = RL - jXL 图1. SEQ 图1. \* ARABIC 2 Rs+jXs=RL-jXL时的共轭匹配 在这个条件下，从信号源到负载传输的能量最大。另外，为有效传输功率，满足这个条件可以避免能量从负载反射到信号源，尤其是在诸如视频传输、RF或微波网络的高频应用环境更是如此。阻抗变换器经常应用在天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间。