标题: ADS 设计 LN Amplifier 微波毫米波综合课程设计 [打印本页]

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作者: liuqq    时间: 2015-5-19 20:33
标题: ADS 设计 LN Amplifier 微波毫米波综合课程设计
      

微波毫米波综合课程设计

专    业：电子信息科学与技术      （微波毫米波系统与器件技术）

一、实验目的

射频（微波）电路是构成通信系统、雷达系统和微波应用系统的发射机和接收机的关键部件。经过半个世纪的发展，各种电路的原理日趋成熟，结构形式多样，现如今，发展迅速的通讯微波产业都需要射频人才的支持，所以这个课程设计对于微波毫米波专业的我们来说，有很重要的学习实践意义。

二、系统介绍     

本无线影音传输系统的发射部分如图1 所示，接收部分如图2所示：

系统由摄影机、影音电视调制器、上变频器、本振、带通滤波器、功率放大器、低噪声放大器、下变频器、中频放大器等构成。工作原理很简单，先利用摄影机将声音和影像等讯号接收，经过调制器调至成载波61.25MHz的第三频道讯号，即中频信号，接着将中频信号由变频器与频率为853.75MHz的本振讯号混频，得到915MH的上射频和 792.5MHz的下射频，记过带通滤波器，将下射频滤除，最后经过功率放大器将上射频信号的功率进行放大，由频带为 915MHz的微带片型天线把信号辐射到空气中，至此完成传输系统的讯号发射。接收部分的操作原理是由发射频率为915MHz的天线将信号接收到低噪声放大器，经过放大器把微弱信号进行功率放大，之后由降频器与本振混频得到中频信号，最后由中频放大器放大送往电视机显示信息，至此完成传输系统的信号收发。

三、实验模组特性测量

1.实验一：OPEN/SHORT/THRU 校正器

a.模组编号：RF2KM1-1A（OPEN/SHORT/THRU）

b.模组内容：

代号	名称	说明	适用频率范围	主要特性
MOD-1A	OPEN	开路传输线	300～500MHz	Return Loss:0±5dB
MOD-1B	SHORT	短路传输线	300～500MHz	Return Loss:0±5dB
MOD-1C	THRU	50Ω微带线	300～500MHz	Return Loss≤-8dB Insertion Loss: 0±2dB

c.测试结果图

MOD-1A的S11曲线图             MOD-1B的S11曲线图

MOD-1C的S11曲线图               MOD-1C的S21曲线图

2.实验二：π型、T型阻抗匹配器

a.模组编号：RF2KM2-1A

b.模组内容：

代号	名称/说明	适用频率范围	主要特性
MOD-2A	Π型阻抗转换器	400±10MHz	Return Loss≤-7dB Insertion Loss: 0±2dB
MOD-2B	T型阻抗转换器	400±10MHz	Return Loss≤-7dB Insertion Loss: 0±2dB

c.测试结果图

MOD-2A的S11曲线图                 MOD-2A的S21曲线图

MOD-2B的S11曲线图                 MOD-2B的S21曲线图

3.实验三：π型、T型功率衰减器

a.模组编号：RF2KM3-1A

b.模组内容：

代号	名称/说明	适用频率范围	主要特性
MOD-3A	π型功率衰减器	300～500MHz	Return Loss≤-10dB Insertion Loss: -10±2dB
MOD-3B	T型功率衰减器	300～500MHz	Return Loss≤-10dB Insertion Loss: -10±2dB

c.测试结果图

MOD-3A的S11曲线图               MOD-3A的S21曲线图

MOD-3B的S11曲线图                 MOD-3B的S21曲线图

4.实验四：电阻式功率分接器

a.模组编号：RF2KM4-1A

b.模组内容：

代号	名称/说明	适用频率范围	主要特性
MOD4-1A	电阻式功率分接器	300～500MHz	Return Loss≤-8dB Insertion Loss: -6±2dB

c.测试结果图

MOD4-1A之P1端子S11曲线图     MOD4-1A之P1及P2端子的S21曲线图

MOD4-1A之P1及P3端子的S21曲线图

5.实验五：威尔金森功率分接器

a.模组编号：RF2KM4-2A

b.模组内容：

代号	名称/说明	适用频率范围	主要特性
MOD4-2A	威尔金森型功率分接器	750±50MHz	Return Loss≤-4dB Insertion Loss: -3±2dB

c.测试结果图

MOD4-2A之P1端子的S11曲线图       MOD4-2A之P1及P2端子的S21曲线图

MOD4-2A之P1及P3端子的S21曲线图

6.实验六：L-C方向耦合器

a.模组编号：RF2KM5-1A

b.模组内容：

代号	名称/说明	适用频率范围	主要特性
MOD5-1A	L-C方向耦合器	400±20MHz	Return Loss≤-6dB Transmission: 0±2dB Coupling: -10±4 dB Isolation≤-14 dB

c.测试结果图

MOD5-1A之P1端子的S11曲线图        MOD5-1A之P1及P2端子的S21曲线图

MOD5-1A之P1及P3端子的S21曲线图     MOD5-1A之P1及P4端子的S21曲线图

7.实验七：平行微带线方向耦合器

a.模组编号：RF2KM5-2A

b.模组内容：

代号	名称/说明	适用频率范围	主要特性
MOD5-2A	平行微带线方向耦合器	750±50MHz	Return Loss≤-5dB Transmission: ≥-1.5dB  Coupling: -10±4 dB Isolation≤-14 dB

c.测试结果图

MOD5-2A之P1端子的S11曲线图     MOD502A之P1及P2端子的S21曲线图

MOD5-2A之P1及P3端子的S21曲线图     MOD5-2A之P1及P4端子的S21曲线图

8.实验八：低通、带通滤波器

a.模组编号：RF2KM6-1A

b.模组内容：

代号	名称/说明	频率适用范围	主要特性
MOD6-1A	低通滤波器	50MHz	Return Loss≤-15dB        Insertion Loss≥-2dB
		100MHz	Insertion Loss≤-15dB
MOD6-1B	带通滤波器	750±50MHz	Return Loss≤-10dB        Insertion Loss≥-3dB

c.测试结果图

MOD6-1A之P1端子的S11曲线图       MOD6-1A之P1及P2端子的S21曲线图

MOD6-1B之P3端子的S11曲线图      MOD6-1B之P3及P4端子的S21曲线图

9.实验九：MMIC/BJT放大器

a.模组编号：RF2KM7-1A

b.模组内容：

代号	名称/说明	适用频率范围	主要特性
MOD-7A	单晶微波积体放大电路	908～920 MHz	Return Loss≤-6dB Insertion Gain≥10dB
MOD-7B	射频电晶体放大电路	908～920 MHz	Return Loss≤-6dB Insertion Gain≥10dB

c.测试结果图

MOD-7A之P1端子的S11曲线图        MOD-7A之P1及P2端子的S21曲线图

MOD-7B之P3端子的S11曲线图        MOD-7B之P3及P4端子的S21曲线图

10.实验十：L-C振荡器

a.模组编号：RF2KM8-1A

b.模组内容：

代号	名称/说明	频率适用范围	主要特性
MOD-8	射频电晶体振荡器	400～500 MHz	Output Power≥5dBm

c.测试结果：

记录所测量频率值423.7MHz

11.实验十一：压控振荡器

a.模组编号：RF2KM9-1A

b.模组内容：

代号	名称/说明	适用频率范围	主要特性
MOD-9	压控振荡器	600～900 MHz	Output Power≥5dBm

c.测试结果：

最大值：1372MHz；最小值：831MHZ

四、仿真设计

1.设计任务

A．利用ADS仿真软件设计一个LN_Amp（低噪声放大器），并进行优化，得到仿真电路原理图和S参数结果图；

B．中心频率为915MHz；

C．选用的晶体管为AT41511_19950125。

2.设计过程

（1）晶体管直流工作点扫描

原理图以及扫描结果图

（2）晶体管S参数扫描

原理图及扫描结果图

（3）SP模型输入阻抗

由扫描结果可知，当freq=915MHz时，SP模型的输入阻抗为18.144-j3.745.

（4）输入匹配设计

原理图

输入匹配子原理图

加入匹配后S参数结果  m1标记为915MHz

（5）输出匹配设计

微带线计算得知，当前状况下微带线的宽度为1.521mm。

优化电路图

优化结果图

从优化结果中可以看出，输入输出匹配设计在freq=915MHz处符合要求。

（6）放大器稳定性分析

原理图

稳定性系数曲线，在freq=915MHz处，稳定性大于1。

（7）驻波比测量

原理图及输入输出驻波比结果图

（8）偏置网络计算

原理图

偏置网络计算结果

（9）完成设计

完成的原理图

五、结果分析与心得体会

因为是第一次学习使用ADS，对其使用并不是熟练，在仿真过程中，出现很多问题和仿真语法错误，自己也是积极查找相关的资料解决问题，完成了LN Amp电路仿真过程。在前期的射频训练系统实验中，按时完成了各个通信模块的测试任务，最后的完整组装收发系统，也加深了对通信系统的了解。组装期间仪器出现问题，导致无法准确得到图像传输。感谢学长帮助，解决了部分测试问题。测试期间正好是考研冲刺最后一周，同组五位同学只来了三位。大家互相帮助，一起努力，完成了这次模块测试。

我设计的部分是低噪声放大器电路，使用ADS进行仿真，选用的晶体管是AT41511_19950125，匹配电路用微带线，中心频率为freq=915MHz。在进行完优化后，输入输出匹配设计符合要求，输入输出驻波比也符合要求。但是加入偏置电路以后，输入端性能显示电路变差很多，输出结果却符合要求。经过分析可知，可能是因为偏置电路设计不合理。整个设计过程复杂，需要有步骤，有耐心。通过这次课程设计，进一步理解了所学的知识，也学会了使用ADS，收获很多。

   

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