基于ADS的微波低噪声放大器的仿真设计(7)

2019-09-01 16:09

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(1)将晶体管工作点扫描的原理图DC_curve另存为DC_curve1。 (2)将变量控件VAR中的VCE=0V修改为VCE=2.7V。 (3)删除掉原理图中的参数扫描控制器(PARAMETER SWEEP)。 (4)修改直流仿真控制器的设置,修改如下。

进入Sweep项,参数扫描Parameters to Sweep设置为IBB。 Sweep Type设为Linear。 IBB扫描的起始值设为0。 IBB扫描的终止值设为1e-4。 IBB扫描的步长设为1e-5。

(5)在晶体管的基极插入一个节点,节点名称为VBE。

(6)上述设置完成后,用于计算偏置网络中电阻的原理图DC_curve1如图3.31所示。

图3.31 计算偏置网络中电阻的原理图

(7)单击原理图工具栏中的仿真按钮,执行仿真,仿真结束后,数据显示视窗自动弹出。

(8)在数据显示视窗中,选择数据列表显示方式,显示IBB,VBE和IC.i的扫描数据,IBB,VBE和IC.i的扫描数据如图3.32所示。

图3.32 IBB,VBE和IC.i的扫描数据

(9)由图3.32可以看出,在Vce=2.7V、Ic=2mA时,IBB和VBE的值如下。

IBB=0.00002A VBE=781.8mV

(10)在数据显示视窗中,插入两个计算偏置电阻的方程,方程如下。

Rb=(2.7-VBE)/IBB Rc=2.3/IC.i

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计算偏置电阻的方程如图3.33所示。

(11)在数据显示的视窗中,选择数据列表显示方式,显示Rb和Rc的数据,IBB、Rb和Rc的数据如图3.34所示。

图3.33 计算偏置电阻的方程 图3.34 IBB、Rb和Rc的数据

(12)由图3.34可以看出,在IBB=0.00002A时,Rb和Rc的值如下。

Rb=96KΩ Rc=1141Ω 3.4.2 设计偏置网络

利用前面计算出来的Rb=96KΩ和Rc=1141Ω,设计偏置网络。 (1)新建原理图DC_curve2。

(2)在元器件库中选择以pb开头的模型元器件pb_hp_AT32011_19950105,插入到原理图中。 (3)在频域源Sources-Freq Domain元器件面板上,选择直流电压源V_DC插入到原理图的画图区当中,将电压设置为Vdc=5V。

(4)在集总参数Lumped-Componets元器件面板上,选择电阻R,两次插入到原理图的画图区当中,将电阻值设置为如下的参数。

R1=1141Ω R2=96KΩ

(5)在原理图的工具栏中点击接地按钮,将地线(GROUND)插入到原理图的画图区当中,使得晶体管的发射极接地。

(6)点击工具栏中的[Insert Wire]按钮,把原理图中的频域源、两个电阻和pb模型元器件连接起来。 (7)在原理图的各个节点上,可以查看电压和电流值,查看的步骤如下。

在原理图视窗中,选择[Simulate]菜单→[Annotate DC Solution]

偏置电路原理图上会自动显示各个节点处的电压和电流值,这时的偏执原理图如图3.35所示。可以看出偏置电路满足技术指标。

在原理图中,选择[Simulate]菜单→[Clear DC Annotate],可以清除原理图上各个节点处电压和电流的标值。

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图3.35 偏置电路上各节点的电压和电流值

3.5 最终整体电路

至此,微波低噪声放大器各项技术指标已达标准,毕业设计结束。

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四.结论

高速发展的无线通信对于微波射频电路低噪声放大器提出了更高的性能要求。本文分析了低噪声放大器的各项性能指标以及基本设计理论,运用ADS2011软件设计了一个中心频率为2.4GHz、通带为80MHz、噪声系数小于3dB、增益大于11、输入驻波比小于1.7、输出驻波比小于2.2的微波低噪声放大器。

本篇论文研究的方向和结论如下:

(1)在不断地查找文献、阅读资料的基础上,验证了运用AT32011晶体管来制作基于ADS的微波低噪声放大器的仿真的可行性,ADS2011软件提供了方便快捷的功能强大的微波电路仿真、优化微波电路仿真环境等功能。正是通过对ADS软件的不断学习,熟练运用,替代了微波低噪声放大器的仿真设计中原本需要人工进行的大量繁琐的计算过程,极大的提高了工作效率。

(2)系统地分析了微波低噪声放大器的设计理论,本文根据传输线理论以及双端口网络结构,详细地分析了微波低噪声放大器的各项技术指标。

(3)分析了微波低噪声放大器的偏置电路和匹配电路的设计中的一些问题,讨论了输入输出匹配电路设计的问题。

总之,微波低噪声放大器,从仿真结果来看,各项技术指标均已达到标准,达到了预期的设计目标。

尽管已经可以成功的设计出微波低噪声放大器,但这仅仅是微波电路设计的入门,还有这众多的元器件等着我去分析,未来仍需研究的问题还有很多:

(1)微波低噪声放大器作为接收机系统的最前端电路,输入端和匹配电路本文有所考虑,但是作为负载的后级电路并没有考虑到,仍需进一步的工作。

(2)由于条件有限,本文仅仅是从理论上分析了理想化的微波低噪声放大器,实际制作中还有各个方面因素的影响低噪声放大器实物的性能指标,这有待后续的深入研究。

(3)目前的低噪声放大器研究技术日趋成熟,未来的热点以及难点在于如何适应未来通信技术的要求,提高其低噪声性能,加大工作带宽,进一步优化线性度等等。微波电路的研究与发展对于我们来说既是机遇也是挑战,其发展的前景非常光明!

最后,由于本人的水平和时间有限,论文或许有一些不足之处,对此深表歉意并期望以后能逐渐完善。

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参考文献

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