S参数仿真分析传输线、史密斯圆图、匹配电路

2023/12/26S参数仿真分析传输线、史密斯圆图、匹配电路2023/12/26主要内容S参数的提出及应用S参数仿真技术概要

S参数仿真特殊终端条件传输线史密斯圆图的提出及应用应用史密斯圆图设计匹配电路（第三章）

2023/12/26一、S参数的提出及应用2023/12/26一、S参数的提出及应用1.1为什么射频、微波电路设计要使用S参数？

（1）射频、微波系统使用的元器件、传输线的尺寸，与工作波长可相比拟，电路参数是分布参数，传统低频模拟电路分析方法不再适用；（2）传统网络参量例如Z参量、Y参量、H参量、ABCD参量需要对系统采用终端开路、短路的测量方法。这在射频、微波系统是不合适的，因为：因为微波电路参数是分布参数，存在许多寄生效果，理想的终端开路、短路是不存在的；终端开路、短路构成的不连续性，将在其它端口产生严重的反射，许多电路是不希望或不允许的，严重时可能会造成器件的振荡或烧毁。2023/12/26一、S参数的提出及应用1.2S参数(散射参数)的定义

2023/12/26一、S参数的提出及应用1.3S参数的物理意义

要a2=0，需采用适当的负载阻抗ZL=Z0，使2端口负载与传输线特性阻抗匹配，从而测量S11和S21。回波损耗（dB）：正向功率增益（dB）：2023/12/26一、S参数的提出及应用

要a1=0，需采用适当的源端阻抗ZG=Z0，使1端口与传输线特性阻抗匹配，从而测量S22和S12。反向功率增益（dB）：2端口回波损耗（dB）：2023/12/26二、S参数仿真技术概要2023/12/262.1S参数仿真的性质与功能二、S参数仿真技术概要S参数控制器用来确定一个n端口器件在给定频率下的响应波形。它是在考虑其它端口匹配条件下，一类特殊的小信号仿真。通常用来描述射频/微波无源元件的线性特性，及确定非线性器件在特定偏压和温度下的小信号特性。

使用S参数仿真可获得一个元件或电路的：

S参数，可计算Y参数或Z参数等仿真群延时、线性噪声等参数仿真如混频器等非线性电路的小信号S参数上的频率变换效果2023/12/262.2S参数仿真准备工作二、S参数仿真技术概要在设计中导入元器件模型并正确连线添加并正确设置S参数仿真控件，并选定将要分析的数据项目对要分析的端口添加接地的端口阻抗模块（Term），设置相应端口阻抗值（默认50欧姆）

通过对网络中命名节点和添加电流表，获取感兴趣节点处的电压、电流数据(a、b、c、IC.i)

2023/12/262.3S参数仿真控件参数设置

二、S参数仿真技术概要

参考《ADS2008射频电路设计与仿真实例》48-51页，重要补充：a)、S参数频率转换，S参数仿真中一般只能分析一个频率点对应的噪声。对混频器一类的会产生多个频率分量的非线性电路，要分析诸多频率引入的噪声，此时需要设置S参数仿真控件Parameters标签页内的ACFrequencyConversion选项生效，仿真器不仅考虑源频率点，还会考虑混频器的边带频率（由用户指定哪个边带），但只限定一个边带。2023/12/26二、S参数仿真技术概要b)、选中Noise标签页下的Calculatenoise选项，能够计算电路噪声，既可以计算端口噪声，又可以计算节点噪声。c)、如果群延时数据中出现许多毛刺噪声，可以加大Groupdelayaperture项的值。反之，如果群延时数据感觉不正确，可以减小Groupdelayaperture项的值。通常以10倍量程调整该值。2023/12/262.5如何消除仿真中的直流不利影响二、S参数仿真技术概要

对有源电路如放大器等进行S参数仿真时，通常会使用DC_Block和DC_Feed元件来消除偏置电路对仿真的不利影响，它们在DC仿真中也常用到。DC_Block元件是理想隔直电容，任何交流频率分量都能无耗通过，直流分量无法通过。DC_Feed元件是理想扼流电感，直流分量能够无耗通过，任何交流频率分量都无法通过。2023/12/26二、S参数仿真技术概要2.6S参数仿真启用扫描参量，若子网络参量不变，可使用LinearNetworkCollapse模块提高仿真速度只计算一次，然后重复使用该结果2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线3.1仿真短路传输线

2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线修改y轴范围2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线3.2仿真开路传输线

2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线3.3仿真传输线

重要结论：传输线长度如果等于半波长，则输入阻抗与传输线的特性阻抗无关，恒等于负载阻抗。2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线3.4仿真传输线

重要结论：通过调整四分之一波长传输线的特性阻抗，可以得到任意值的输入阻抗。四分之一波长变换器用于电路的实阻变换，在匹配电路中经常应用2023/12/26三、S参数仿真特殊终端条件传输线虚实部格式也可参扫ZL2023/12/26四、史密斯圆图的提出及应用2023/12/26四、史密斯圆图的提出及应用

反射系数与阻抗的关系

归一化输入阻抗实虚部用反射系数实虚部展开

将阻抗直角坐标复数平面，通过保角变换，映射为反射系数圆坐标复数平面4.1史密斯圆图的物理意义及建立

上感下容左短右开中匹配等r等x2023/12/26四、史密斯圆图的提出及应用阻抗圆图等电阻圆：串联电容、电感等电抗圆：串联电阻等反射系数圆（等驻波比圆）：与负载连接的传输线导纳圆图（阻抗圆图旋转180度后形成）等电导圆：并联电容、电感、开路线、短路线等电纳圆：并联电阻等反射系数圆（等驻波比圆）：与负载连接的传输线4.2史密斯圆图的分类与应用场合

史密斯阻抗、导纳圆图是后面学习的等噪声圆图、稳定圆图、等增益圆图的基础，一定要牢固掌握。2023/12/26四、史密斯圆图的提出及应用4.3史密斯阻抗圆图分别分析串联电容、电感、电阻，以及与负载连接的传输线2023/12/26四、史密斯圆图的提出及应用串联电容串联电阻串联电感串联传输线起点2023/12/26四、史密斯圆图的提出及应用4.4史密斯导纳圆图分别分析并联电容、电感、电阻，以及开路、短路传输线2023/12/26四、史密斯圆图的提出及应用并联电容并联电阻并联电感并联开路线并联短路线起点2023/12/26

学习过程中提几点建议注意：

（1）在参考书上内容上机操作时，要勤于思考，互相讨