设计匹配网络(第二部分:单根传输线)

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本示例展示如何使用RF工具箱来确定输入和输出匹配网络，以最大限度地提高50欧姆负载和系统的功率。输入输出匹配网络的设计是放大器设计的重要组成部分。本例首先计算同步共轭匹配的反射因子，然后确定在每个匹配网络中以指定频率放置一个分流存根。最后，该实例将匹配网络与放大器级联，并绘制结果图。

创建一个`rfckt.amplifier`对象

创建一个rfckt.amplifier对象表示文件中测量到的频率相关s参数数据所描述的放大器samplebjt2.s2p．然后,提取的频率相关s参数数据rfckt.amplifier对象。

放大器=读取(rckt .放大器，“samplebjt2.s2p”）;[sparams,AllFreq] = extract(amp。AnalyzedResult,“S_Parameters”）;

检查放大器稳定性

在进行设计之前，确定放大器无条件稳定的测量频率。使用stabilitymu计算函数μ而且muprime在每个频率。然后，检查返回的值μ都大于1。这一准则是无条件稳定的充要条件。如果放大器不是无条件稳定的，打印出相应的频率值。

[mu,muprime] = stabitymu (sparams);图绘制(AllFreq / 1 e9、μ“——”AllFreq / 1 e9 muprime,“r”)传说(“亩”，“亩”，“位置”，“最佳”)标题(稳定性参数MU和MU')包含(“频率(GHz)”）

图中包含一个轴对象。axis对象的标题为稳定参数MU和MU'， xlabel Frequency [GHz]包含2个类型为line的对象。这些物体代表MU, MU'。

disp (放大器不是无条件稳定的测量频率:）

放大器不是无条件稳定的测量频率:

流('\tFrequency = %.1e\n'AllFreq(μ< = 1)

频率= 1.1e+09

在本例中，放大器在除1.0 GHz和1.1 GHz之外的所有测量频率上都是无条件稳定的。

确定同时共轭匹配的源和负荷匹配网络

通过将放大器接口处用于同步共轭匹配的反射系数转换为适当的源导纳和负载导纳，开始设计输入和输出匹配网络。本例采用如下无损传输线匹配方案:

这种单存根匹配方案的设计参数是存根相对于放大器接口的位置和存根长度。本程序采用以下设计原则:

史密斯图的中心表示一个标准化的源或负载抗压。
沿着传输线的运动相当于以史密斯图原点为中心，半径等于反射系数大小的圆。
当传输线导纳(传输线)与单位电导圆相交时，可以在传输线上插入单个传输线存根。在这个位置，存根将抵消传输线的电纳，导致电导等于负载或源端。

本例使用YZ Smith图表，因为使用这种类型的Smith图表更容易在传输线上并行添加存根。

计算并绘制复杂负荷和源反射系数

计算并绘制在所有无条件稳定的测量频率数据点同时共轭匹配的所有复杂负载和源反射系数。这些反射系数是在放大器接口处测量的。

AllGammaL =计算(amp，“GammaML”，“没有”）;AllGammaS =计算(amp，“GammaMS”，“没有”）;hsm = smithplot([AllGammaL{:} AllGammaS{:}]);歌舞青春。LegendLabels = {#伽马毫升的，“#伽马女士”};

确定单频负载反射系数

求荷载反射系数，GammaL为设计频率1.9 GHz的输出匹配网络。

freq = AllFreq(AllFreq == 1.9e9);GammaL = AllGammaL{1}(AllFreq == 1.9e9)

GammaL = -0.0421 + 0.2931i

绘制负载反射系数GammaL的等幅圆

画一个圆，以归一化导纳史密斯图原点为中心，其半径等于的大小GammaL．这个圆上的一点表示传输线上某一特定位置的反射系数。放大器接口处传输线的反射系数为GammaL，图中中心为归一化负载导纳，y_L．该示例使用圆在史密斯图上画出所有合适圆的方法。

HSM = smithplot;圆(amp,频率,“伽马”、abs (GammaL) hsm);歌舞青春。GridType =“yz”；持有所有情节(0,0,“k”。，“MarkerSize”16)情节(GammaL“k”。，“MarkerSize”，16) TXTSTR = sprintf(' \ \ Gamma_ {L} \ \字形大小{8}\ \男朋友= \ \ %年代中期\ \ % s ^ \ \中国保监会的，.．.num2str (abs (GammaL), 4), num2str((角(GammaL) * 180 / pi), 4));文本(真实(GammaL),图像放大(GammaL) + 1。,txtstr,“字形大小”10.．.“FontUnits”，“归一化”）;情节(0,0,“r”, 0, 0,“k”。，“线宽”2,“MarkerSize”16);文本(0.05,0,“y_L”，“字形大小”12“FontUnits”，“归一化”）

画出单位常数电导圆并找到交点

为了确定存根波长(电纳)及其相对于放大器负载匹配接口的位置，绘制归一化单位电导圆和等幅圆，并计算出两个圆的交点。交互式地使用数据游标或使用辅助函数分析地查找交点，imped_match_find_circle_intersections_helper．本例使用helper函数。这两个圆相交于两点。本例使用第三象限点，标记为“A”。单位电导圆的中心在(-.5,0)，半径为.5。等幅圆以(0,0)为圆心，半径为GammaL．

圆(amp,频率,‘G’1、hsm);hsm.ColorOrder(2，:) = [1 0 0];[~，pt2] = imped_match_find_circle_intersections_helper([0 0]，.．.abs (GammaL),(-。5 0]。5);GammaMagA =√(pt2(1)^2 + pt2(2)^2);GammaAngA = atan2(pt2(2)，pt2(1));ax = hsm.Parent.CurrentAxes;(ax,“上”）;情节(ax, pt2 (1) pt2 (2),“k”。，“MarkerSize”16);TXTSTR = sprintf(“= \ \ %年代中期\ \ % s ^ \ \中国保监会的num2str (GammaMagA 4),.．.num2str (GammaAngA * 180 /π,4));文本(ax, pt2 (1) pt2 (2) 07, txtstr,“字形大小”8“FontUnits”，“归一化”，.．.“FontWeight”，“大胆”)容器= hsm.Parent;注释(容器,“文本框”，“VerticalAlignment”，“中间”，.．.“字符串”, {“团结”，“导”，“圆”},.．.“HorizontalAlignment”，“中心”，“字形大小”8.．.“EdgeColor”，[0.04314 0.5176 0.7804]，.．.“写成BackgroundColor”，[11 11 1]，“位置”，[0.1403 0.1608 0.1472 0.1396])注释(容器，“箭头”，[0.2786 0.3286]，[0.2778 0.3310])注释(容器，“文本框”，“VerticalAlignment”，“中间”，.．.“字符串”, {“不变”，“级”，“圆”},.．.“HorizontalAlignment”，“中心”，“字形大小”8.．.“EdgeColor”，[0.04314 0.5176 0.7804]，.．.“写成BackgroundColor”，[11 11 1]，“位置”，[0.8107 0.3355 0.1286 0.1454])注释(容器，“箭头”，[0.8179 0.5761]，[0.4301 0.4887]);

计算输出匹配网络的存根位置和存根长度

在放大器负载接口的波长内的开路存根位置是点“a”和之间的顺时针角差的函数GammaL．当点A出现在第三象限时GammaL落在第二象限，在波长上的存根位置计算如下:

StubPositionOut = ((2*pi + GammaAngA) - angle(GammaL))/(4*pi)

StubPositionOut = 0.2147

存根值是将归一化负载导纳(史密斯图的中心)移动到恒定幅度圆上的“A”点所需的电纳量。一根开根传输线可用来提供这一电纳值。它的波长是由从史密斯图上的开路导纳点(下图中的“M”点)到图外缘上所需的电纳点“N”的角度旋转量定义的。点“N”是一个常数电纳圆，其值等于点“a”的电纳与单位圆相交。此外，StubLengthOut下面使用的公式要求“N”落在第三或第四象限。

GammaA = GammaMagA*exp(1j*GammaAngA);bA = imag((1 - gamma)/(1 + GammaA));StubLengthOut =量化(2 * bA / (1 + bA ^ 2),英航^ (1 - 2)/ (1 + bA ^ 2)) /(4 *π)

StubLengthOut = 0.0883

计算输入匹配网络的存根位置和存根长度

在前面的部分中，示例计算了输出匹配传输网络所需的长度和位置(以波长为单位)。按照同样的方法，计算输入匹配网络的线长:

GammaS = AllGammaS{1}(AllFreq == 1.9e9)

gamma = -0.0099 + 0.2501i

[pt1,pt2] = imped_match_find_circle_intersections_helper([0 0]，.．.abs(γ),(-。5 0]。5);GammaMagA =√(pt2(1)^2 + pt2(2)^2);GammaAngA = atan2(pt2(2)，pt2(1));GammaA = GammaMagA*exp(1j*GammaAngA);bA = imag((1 - gamma)/(1 + GammaA));StubPositionIn = ((2*pi + GammaAngA) - angle(GammaS))/(4*pi)

StubPositionIn = 0.2267

StubLengthIn =量化(2 * bA / (1 + bA ^ 2),英航^ (1 - 2)/ (1 + bA ^ 2)) /(4 *π)

StubLengthIn = 0.0759

验证设计

为了验证设计，使用50欧姆微带传输线为匹配网络组装电路。首先，通过分析设计频率为1.9 GHz的默认微带传输线，确定微带线是否是合适的选择。

stubTL4 = rckt .microstrip;分析(stubTL4、频率);Z0 = stubTL4.Z0;

该特性阻抗接近所需的50欧姆阻抗，因此示例可以使用这些微带线进行设计。

为了计算放置存根所需的传输线长度(以米为单位)，分析微带以获得相速度值。

phase_vel = stubTL4.PV;

使用相位速度值，它决定了传输线波长和存根位置，为两条微带传输线设置适当的传输线长度，TL2而且TL3．

TL2 = rckt .microstrip(“LineLength”, phase_vel /频率* StubPositionIn);TL3 = rckt .microstrip(“LineLength”, phase_vel /频率* StubPositionOut);

再次使用相速度指定每个存根的存根长度和存根模式。

stubTL1 = rckt .microstrip(“LineLength”phase_vel /频率* StubLengthIn.．.“StubMode”，“分流”，“终止”，“开放”）;集(stubTL4,“LineLength”phase_vel /频率* StubLengthOut.．.“StubMode”，“分流”，“终止”，“开放”）

现在级联电路元件，并分析在1.5到2.3 GHz频率范围内有和没有匹配网络的放大器。

Matched_amp = rckt .cascade(“电路”, {stubTL1 TL2、amp、TL3 stubTL4});分析(matched_amp, 1.5 e9:1e7:2.3e9);分析(amp, 1.5 e9:1e7:2.3e9);

为了验证同时共轭匹配在放大器的输入，绘制S11匹配电路和未匹配电路的dB参数。

clf情节(amp,“S11”，“数据库”)举行所有Hline = plot(matched_amp，“S11”，“数据库”）;线。颜色=“r”；传奇('S_{11} -原始放大器'，'S_{11} -匹配放大器')传说(“位置”，“东南”)举行从

为了验证同时共轭匹配在放大器的输出，绘制S22匹配电路和未匹配电路的dB参数。

情节(amp,“S22”，“数据库”)举行所有Hline = plot(matched_amp，“S22”，“数据库”）;线。颜色=“r”；传奇('S_{22} -原始放大器'，'S_{22} -匹配放大器')传说(“位置”，“东南”)举行从

最后，绘制传感器增益(Gt)和最大可用增益(Gmag)，用于匹配电路。

Hlines = plot(matched_amp，“Gt”，“Gmag”，“数据库”）;线(2)。颜色=“r”；

可以看到换能器增益和最大可用增益在1.9 GHz时非常接近。