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常见匹配网络的微带线实现(一):微带单支节匹配网络设计
易百纳技术社区 技术凯 2021-01-17 13:49:47

  之前,我们在一篇文章中介绍了匹配网络的概念与简单实现,本篇文章,将为大家介绍匹配网络的微带线实现。

一、微带线简介

  我们都知道平行传输线,这是传输线的最初形式,也是最简单的传输线。平行传输线在低频段可以很好地工作,电路实现简单,成本低廉,但是频率升高会带来明显的辐射损耗。后来,同轴线和波导的出现解决了这个问题。封闭的同轴线和波导降低了高频段的辐射损耗。但是同轴线和波导的体积十分庞大,为日后设备的小型化和集成化带来了困难。微带线就是伴随着微波电路的集成化而诞生的,它包含三部分,中间部分为介质板,介质板的一侧印制着金属导体条,另一侧为金属接地板。我们可以自行设计金属条的图样以实现不同的功能,金属条的尺寸与工作波长相比拟。因为不同的功能可以通过设计不同的图样来实现,所有电路我们均可以放置在介质板上,这样,我们就实现了很高的集成度。理论上来说,只要保证精确的印制工艺,我们就可以得到高质量的集成电路板。

二、微带单支节匹配网络设计

根据如下指标为例,我们设计一个匹配网络,并转换到微带线形式:

  • 负载为200-j*100Ω
  • 特性阻抗为50Ω
  • 工作频率为2GHz

微带线参数如下:

  • H=1mm
  • Er=5.3
  • Mur=1
  • Cond=5.8E+7
  • Hu=1.0e+033mm
  • T=0.02mm
  • TanD=0.003
  • Rough=0mm

按照之前文章中的设计方法,我们先在Smith圆图中先按照指标设计一个理想的匹配网络: 至此,我们的匹配电路已经在Smith圆图中设计完成,下面我们转换成微带电路。 首先,选择微带线元器件库,如图: 我们可以直接在同一个原理图里面设计电路,也可以新建一个新的原理图,这里我直接在原理图里面继续放置组件。

首先,放置“MSub”组件,该组件的作用是设置基线板的厚度、相对介电常数等微带线参数。放置好以后按照要求设置微带线参数,如图: 然后放置“MLIN”和“MTEE”组件,如图连接好电路图: 之后,按照图中位置打开微带线计算控件LineCalc,如图: 根据之前已经设计好的匹配网络,确定微带电路的相关参数。即根据每一段传输线的电长度和特性阻抗确定每一段微带线的L和W参数,已经设计好的匹配电路如下: 首先在LineCalc中按要求填写微带线参数,如图: 填写工作频率: 首先确定TL1的L和W,将TL1对应的传输线参数填入LineCalc,如图: 点击“Synthesize”,计算出W和L参数,如图: 得到结果: 将L和W填入TL1,如图: 同样,确定TL2的参数,并修改终端阻抗,如图: 确定MTEE的参数,W1对应左边的微带线的W参数,W2对应右边微带线的W参数,W3对应下边的微带线W参数,如图: 修改完W1,W2和W3后,电路如图(因为左边对应的是阻抗为50Ω的电源终端,我们可以看作左边接的是特性阻抗为50Ω的微带线): 接着开始仿真之前,我们屏蔽掉原来的匹配网络,并在我们设计好的微带电路中,将两个终端的Num改为1和2,如图: 然后开始仿真,仿真结果如图: 发现在2GHz并没有最佳匹配,我们需要对微带电路进行微调,首先,放置Var控件,如图: 然后添加两个变量L1和L2,因为W变量只和传输线的特性阻抗有关,我们只需要改变传输线的长度来进行调试,如图: 之后设置L1为一定范围内的微调,如图: 同理,设置L2,如图: 设置完成后如下图所示: 设置TL1和TL2的L参数,将变量添加到其中,如图: 开始调试,点击图中按钮: 通过弹出来的窗口,对参数进行微调,如图 调试完成后,效果如图所示: 至此,单支节匹配网络的微带线电路已经设计完成

三、总结

  本篇文章,我们介绍了什么是微带线并设计了微带单支节匹配网络,之后的文章,我们将介绍其他匹配网络的微带线形式设计。


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