阻抗匹配网络的计算机辅助设计（精选）.doc

阻抗匹配网络的计算机辅助设计
摘要:射频电路的阻抗匹配可以使用史密斯圆图的图表方法实现,对于一个简单的梯形匹配网络,其中的电容和电感值可以使用微软公司生产的Excel软件中的电子方程来优化,最终实现阻抗匹配,方法简单易行。
关键词:阻抗匹配阻抗圆图导纳圆图
1引言
在射频电路传输系统中,设计阻抗匹配网络是一项重要环节。如果能设计一个很符合实际需要的阻抗匹配网络,使传输系统获得阻抗匹配,不但能得到最大有效输出功率,还具有滤波和选择频带的性能。所以微波电路和系统的设计(包括天线),不管是无源电路还是有源电路,都必须考虑其阻抗匹配问题。由于微波电路中传输的电磁波在不匹配时对工程设计造成不良影响,在电路和系统的设计过程中经常使用一些典型的匹配网络,如集总元件L节匹配网络,/4变换器,支节调配器,渐变线等。这些匹配网络在根本上都可以由电容电感组成的梯形匹配网络来等效。实现一个梯形匹配网络有很多方法,本软件试图用Excel表格程序简明直观的实现匹配。
2阻抗匹配网络设计及其优化
2、1梯形匹配网络的构成如图一
图一梯形匹配网络
对于一个需要匹配的归一化负载阻抗,反射系数为:
=,
且有
= , =
得出:
,
为了达到到特性阻抗的匹配,设计一个如图一所示的由L,C构成的梯形匹配网络, 要做的就是搜索出一组串并联的L,C值,以达到最佳匹配效果。其中:;

;
i=1,3,5,…… k=2,4,6,……
每一级输出的各自反射系数为:

2、2软件的设计与实现
Excel 2000中文版是一个应用范围非常广泛、功能非常强大的应用软件,它的用途有:制作表格,计算数据,数据的统计、分析、汇总,用图表方式表示数值,对图形、图片作简单处理等。
a、输入源数据、建立表格模框
这里以四级梯形匹配网络为例,对定向耦合器的一个频率段(400M-560MHz)用Excel进行匹配。
表一
源反射系数表格
F(MHz)
400
440
480
520
560





φL
-
-167
-170
-175
-180
表二
匹配网络表格

L(nH)
C(pF)
Ser1


Par2


Ser3

Par4


表三
误差函数表格
Err

目标值表格
Br4

表四
结果表格





φ1


-


运行以上表格程序的电子方程如下:





其中有两个单元表格:误差表格和在F0(频带的中心频率)下的目标值表格,误差表格能够显示需要优化的误差是多少,目标值表格则显示在F0下Zri的虚部电抗值Xri或Yrk的虚部电纳值Brk ,Xri或Brk用来分析在Smith圆图上的位置。
在误差函数表格中,
其中:为各个频率下输出反射系数的幅度,为各个频率点的加权系数,令,,。
表格在运行过程中,经过四级匹配后的归一化导纳值可在导纳圆图上表示出来