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=U1COS(βz)+jI1Z0SIN（βz）I1COS(βz)+jU1Z0SIn（βz）=Z0Z1+jZ0tan（βz）Z0+jZ1tan（βz）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，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）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，Γ=-1，反射系数为0dB，传输线上任意一点Z处的反射系数Γ=-e−j2βz，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=jZ0tanβz。（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，Γ=−1，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=-jZcotβz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，Γ=−1，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Γ1，Γ1=|Γ1|e±jϕ1，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=Z0Z1+jZ0tan（βz）Z0+jZ1tan（βz）。四．实验体会：通过这次实验初步掌握了ADS仿真软件的基本操作及熟练的掌握了officeword2007中公式编辑器的使用。该实验是对课本第一章《均匀传输线理论》的一次实践，这次的实验让我清晰了无耗传输线的状态分析，从实验的角度理解了“万能公式”，能够对课本上的理论知识更深入形象的了解掌握，巩固了基础知识。我在实验中也遇到了一些困难，但是通过反思以及和同学老师交流，最后解决了这些问题，提高了我处理问题的能力。