ADS 設(shè)計(jì) LN Amplifier 微波毫米波綜合課程設(shè)計(jì)

射頻（微波）電路是構(gòu)成通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和微波應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的關(guān)鍵部件。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，各種電路的原理日趨成熟，結(jié)構(gòu)形式多樣，現(xiàn)如今，發(fā)展迅速的通訊微波產(chǎn)業(yè)都需要射頻人才的支持，所以這個(gè)課程設(shè)計(jì)對于微波毫米波專業(yè)的我們來說，有很重要的學(xué)習(xí)實(shí)踐意義。

二、系統(tǒng)介紹     

本無線影音傳輸系統(tǒng)的發(fā)射部分如圖1 所示，接收部分如圖2所示：

系統(tǒng)由攝影機(jī)、影音電視調(diào)制器、上變頻器、本振、帶通濾波器、功率放大器、低噪聲放大器、下變頻器、中頻放大器等構(gòu)成。工作原理很簡單，先利用攝影機(jī)將聲音和影像等訊號接收，經(jīng)過調(diào)制器調(diào)至成載波61.25MHz的第三頻道訊號，即中頻信號，接著將中頻信號由變頻器與頻率為853.75MHz的本振訊號混頻，得到915MH的上射頻和 792.5MHz的下射頻，記過帶通濾波器，將下射頻濾除，最后經(jīng)過功率放大器將上射頻信號的功率進(jìn)行放大，由頻帶為 915MHz的微帶片型天線把信號輻射到空氣中，至此完成傳輸系統(tǒng)的訊號發(fā)射。接收部分的操作原理是由發(fā)射頻率為915MHz的天線將信號接收到低噪聲放大器，經(jīng)過放大器把微弱信號進(jìn)行功率放大，之后由降頻器與本振混頻得到中頻信號，最后由中頻放大器放大送往電視機(jī)顯示信息，至此完成傳輸系統(tǒng)的信號收發(fā)。

三、實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M特性測量

1.實(shí)驗(yàn)一：OPEN/SHORT/THRU 校正器

a.模組編號：RF2KM1-1A（OPEN/SHORT/THRU）

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果圖

MOD-1A的S11曲線圖             MOD-1B的S11曲線圖

MOD-1C的S11曲線圖               MOD-1C的S21曲線圖

2.實(shí)驗(yàn)二：π型、T型阻抗匹配器

a.模組編號：RF2KM2-1A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果圖

MOD-2A的S11曲線圖                 MOD-2A的S21曲線圖

MOD-2B的S11曲線圖                 MOD-2B的S21曲線圖

3.實(shí)驗(yàn)三：π型、T型功率衰減器

a.模組編號：RF2KM3-1A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果圖

MOD-3A的S11曲線圖               MOD-3A的S21曲線圖

MOD-3B的S11曲線圖                 MOD-3B的S21曲線圖

4.實(shí)驗(yàn)四：電阻式功率分接器

a.模組編號：RF2KM4-1A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果圖

MOD4-1A之P1端子S11曲線圖     MOD4-1A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD4-1A之P1及P3端子的S21曲線圖

5.實(shí)驗(yàn)五：威爾金森功率分接器

a.模組編號：RF2KM4-2A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果圖

MOD4-2A之P1端子的S11曲線圖       MOD4-2A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD4-2A之P1及P3端子的S21曲線圖

6.實(shí)驗(yàn)六：L-C方向耦合器

a.模組編號：RF2KM5-1A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果圖

MOD5-1A之P1端子的S11曲線圖        MOD5-1A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD5-1A之P1及P3端子的S21曲線圖     MOD5-1A之P1及P4端子的S21曲線圖

7.實(shí)驗(yàn)七：平行微帶線方向耦合器

a.模組編號：RF2KM5-2A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果圖

MOD5-2A之P1端子的S11曲線圖     MOD502A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD5-2A之P1及P3端子的S21曲線圖     MOD5-2A之P1及P4端子的S21曲線圖

8.實(shí)驗(yàn)八：低通、帶通濾波器

a.模組編號：RF2KM6-1A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果圖

MOD6-1A之P1端子的S11曲線圖       MOD6-1A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD6-1B之P3端子的S11曲線圖      MOD6-1B之P3及P4端子的S21曲線圖

9.實(shí)驗(yàn)九：MMIC/BJT放大器

a.模組編號：RF2KM7-1A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果圖

MOD-7A之P1端子的S11曲線圖        MOD-7A之P1及P2端子的S21曲線圖

MOD-7B之P3端子的S11曲線圖        MOD-7B之P3及P4端子的S21曲線圖

10.實(shí)驗(yàn)十：L-C振蕩器

a.模組編號：RF2KM8-1A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果：

記錄所測量頻率值423.7MHz

11.實(shí)驗(yàn)十一：壓控振蕩器

a.模組編號：RF2KM9-1A

b.模組內(nèi)容：

c.測試結(jié)果：

最大值：1372MHz；最小值：831MHZ

四、仿真設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)任務(wù)

A．利用ADS仿真軟件設(shè)計(jì)一個(gè)LN_Amp（低噪聲放大器），并進(jìn)行優(yōu)化，得到仿真電路原理圖和S參數(shù)結(jié)果圖；

B．中心頻率為915MHz；

C．選用的晶體管為AT41511_19950125。

2.設(shè)計(jì)過程

（1）晶體管直流工作點(diǎn)掃描

原理圖以及掃描結(jié)果圖

（2）晶體管S參數(shù)掃描

原理圖及掃描結(jié)果圖

（3）SP模型輸入阻抗

由掃描結(jié)果可知，當(dāng)freq=915MHz時(shí)，SP模型的輸入阻抗為18.144-j3.745.

（4）輸入匹配設(shè)計(jì)

原理圖

輸入匹配子原理圖

加入匹配后S參數(shù)結(jié)果  m1標(biāo)記為915MHz

（5）輸出匹配設(shè)計(jì)

微帶線計(jì)算得知，當(dāng)前狀況下微帶線的寬度為1.521mm。

優(yōu)化電路圖

優(yōu)化結(jié)果圖

從優(yōu)化結(jié)果中可以看出，輸入輸出匹配設(shè)計(jì)在freq=915MHz處符合要求。

（6）放大器穩(wěn)定性分析

原理圖

穩(wěn)定性系數(shù)曲線，在freq=915MHz處，穩(wěn)定性大于1。

（7）駐波比測量

原理圖及輸入輸出駐波比結(jié)果圖

（8）偏置網(wǎng)絡(luò)計(jì)算

原理圖

偏置網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)果

（9）完成設(shè)計(jì)

完成的原理圖

五、結(jié)果分析與心得體會

因?yàn)槭堑谝淮螌W(xué)習(xí)使用ADS，對其使用并不是熟練，在仿真過程中，出現(xiàn)很多問題和仿真語法錯(cuò)誤，自己也是積極查找相關(guān)的資料解決問題，完成了LN Amp電路仿真過程。在前期的射頻訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，按時(shí)完成了各個(gè)通信模塊的測試任務(wù)，最后的完整組裝收發(fā)系統(tǒng)，也加深了對通信系統(tǒng)的了解。組裝期間儀器出現(xiàn)問題，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確得到圖像傳輸。感謝學(xué)長幫助，解決了部分測試問題。測試期間正好是考研沖刺最后一周，同組五位同學(xué)只來了三位。大家互相幫助，一起努力，完成了這次模塊測試。

我設(shè)計(jì)的部分是低噪聲放大器電路，使用ADS進(jìn)行仿真，選用的晶體管是AT41511_19950125，匹配電路用微帶線，中心頻率為freq=915MHz。在進(jìn)行完優(yōu)化后，輸入輸出匹配設(shè)計(jì)符合要求，輸入輸出駐波比也符合要求。但是加入偏置電路以后，輸入端性能顯示電路變差很多，輸出結(jié)果卻符合要求。經(jīng)過分析可知，可能是因?yàn)槠秒娐吩O(shè)計(jì)不合理。整個(gè)設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，需要有步驟，有耐心。通過這次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步理解了所學(xué)的知識，也學(xué)會了使用ADS，收獲很多。