【正文】 在這規(guī)定二端口網(wǎng)絡(luò)的入射波電壓為 ?iV ，反射波的電壓為 ?iV （ i=1,2）。 根據(jù)反射系數(shù)的定義： （ ） 由此可以得到： （ ） 由此可得回波損耗： （ ） 同樣的，令輸入端口匹配時可得： （ ） 令端口 2匹配，可得 21S 是正向的電壓增益， 221||S 是正向的功率增益。 通帶內(nèi)的增益達(dá)到 11dB。 通帶內(nèi)的輸出駐波比小于 。 創(chuàng)建項目 首先要在 ADS2021中創(chuàng)建一個低噪聲放大器項目，本次畢業(yè)設(shè)計的所有內(nèi)容都將保存在這個項目里面，創(chuàng)建項目的步驟如下。這樣就完成了創(chuàng)建低噪聲放大器晶體管工作點(diǎn)掃描的原理圖，新建的原理圖 DC_curve會自動打開。 圖 元器件庫窗口 (2)在元器件庫窗口的 [Compomemt]欄最上方的 [Search]中填寫“ 32021”，在元器件庫窗口可以看到這種晶體管的不同 模型。 晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)仿真 (1)打開原件庫，找到“ AT32021”元器件。 (4)單擊原理圖工具欄中的仿真按鈕，執(zhí)行仿真動作，仿真結(jié)束后，數(shù)據(jù)顯示的視窗會自動彈出。 (2)晶體管 S 參數(shù)掃描的原理圖是帶有模版的，模版為 S_Params，帶有這個原理圖可以自動完成 S參數(shù)的仿真工作，原理圖 S_Params如圖 。 頻率掃描的起始值設(shè)為 。 (7)由于使用的是仿真模版，需要的仿真結(jié)果已經(jīng)自動出現(xiàn)在數(shù)據(jù)顯示視窗中，如圖 ，圖中給出了 4個 S參數(shù)的曲線。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 12 頁 共 39 頁 所選晶體管 sp_hp_AT32021_5_19950105的頻率范圍是 ～ ，滿足所選技術(shù)指標(biāo)。 通帶內(nèi)的輸出駐波比不符合制定的技術(shù)指標(biāo)。 SP 模型的仿真 SP 模型的設(shè)計一半是放大電路設(shè)計的初級部分。需要通過添加輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。在這定義負(fù)載終端 Term1為輸入端口，負(fù)載終端 Term2為輸出端口。 圖 輸入阻抗測量元件 (6)在 S 參數(shù)仿真元器件面板上，選擇 S 參數(shù)仿真控件 SP插入到原理圖中，將仿真控件的參數(shù)按照如下的數(shù)據(jù)設(shè)置。 雙擊輸入阻抗 Zin1的數(shù)據(jù)框，彈出 [Polt Traceamp。在選定的中心頻率 抗如圖 。 H=,表示微帶線的基板的厚度為 。 Hu=+033mm，表示微帶線的封裝高度為 +033mm。 [11] 完成設(shè)置的微帶線 MSUB的控件如圖 。 F=，表示單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)選取的中心頻率為 。 Zline=50Ω，表示傳輸線的特性阻抗為 50Ω。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 16 頁 共 39 頁 圖 PassiveCircuit 設(shè) 計向?qū)υ捒? (5)點(diǎn)擊 [Passive Circuit]對話框中的 [OK]按鈕，關(guān)閉 [Passive Circuit]對話框，同時將自動彈出設(shè)計向?qū)Т翱?[Passive Circuit DesignGuide]對話窗口，如圖 。 然后單擊原理圖工具欄中的 [Push Into Hierarchy]按鈕，進(jìn)入單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò) SSMtch 的子電陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 17 頁 共 39 頁 路，子電路如圖 。 在原理圖工具欄中單擊仿真按鈕，運(yùn)行仿真，仿真結(jié)束后，數(shù)據(jù)顯示視窗自動彈出。 分別在 11S 、 12S 、 21S 和 22S 曲線的中心頻率上各插入一個 Marker。 22S 曲線在中心頻率處的值為 ，表明輸出端匹配不好。 (2)按照 ，生成子電路內(nèi)部如圖。 將頻率 Freq設(shè)置為 。 [LineCalc]的計算窗口如圖 ，由這次計算可以得到當(dāng)特性阻抗為 50Ω時微帶線的寬度。 傳輸線 TL2設(shè)置為寬度 W=，長度 L=。 (7)在微帶線元器件面板上，選擇微帶線開路等效線 MLEF，插入到原理圖的畫圖區(qū)，將開路等效線MLEF設(shè)置如下。 (9)用同樣的方法在輸出端添加輸出端單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，如圖 ，其中 TL TL5和 TL6的參數(shù)設(shè)置如下。 T形結(jié) MTEE設(shè)置為 W1=， W2=， W3=。在優(yōu)化的元器 件面板上，選擇優(yōu)化控件 Optim插入到原理圖的畫圖區(qū)，并且選擇目標(biāo)控件 Goal插入到原理圖的畫圖區(qū)，共插入兩個目標(biāo)控件 Goal。 其余參數(shù)指標(biāo)保持默認(rèn)狀態(tài)。選擇目標(biāo)控件的 期望值為 dB表示的 11S 。期望值 11S 的最大值為 20dB。 選擇 Expr為 dB(S(2,2))。 選擇 Max為 15。 圖 設(shè)置完成的優(yōu)化控件和目標(biāo)控件 (14)在 S 參數(shù)仿真元器件面板上，選擇 S 參數(shù)仿真控件 SP2。 頻率掃描的終止值設(shè)為 。 圖 S 參數(shù)仿真控件 SP2 (15)在原理圖工具欄中點(diǎn)擊仿真按鈕，運(yùn) 行仿真，仿真結(jié)束后，選擇 [Simulate]菜單→ [Update Optimization Value]命令，將優(yōu)化后的值保存在原理圖中。 圖 穩(wěn)定性因子仿真控件 (3)在 S參數(shù)仿真元器件面板上，選擇駐波比仿真控件 VSWR， 2次插入到原理圖的畫圖區(qū)當(dāng)中，觀察工作帶寬內(nèi)輸入輸出駐波比。 噪聲系數(shù)在工作帶寬內(nèi)的值為 ，小于 3，表明噪聲系數(shù)符合技術(shù)指標(biāo)。 輸出駐波比在工作帶 寬內(nèi)的值為 ，小于 ，表明輸出駐波比滿足技術(shù)指標(biāo)。工作點(diǎn)就是通過外部電路的設(shè)置使晶體管的 基極 、發(fā)射極 和 集電極 處于所要求的電位（可根據(jù)計算獲得）。 (3)刪除掉原理圖中的參數(shù)掃描控制器 (PARAMETER SWEEP)。 IBB掃描的起始值設(shè)為 0。 (6)上述設(shè)置完成后，用于計算偏置網(wǎng)絡(luò)中電阻的原理圖 DC_curve1如圖 。 IBB= VBE= (10)在數(shù)據(jù)顯示視窗中，插入兩個計算偏置電阻的方程，方程如下。 Rb=96KΩ Rc=1141Ω 設(shè)計偏置網(wǎng)絡(luò) 利用前面計算出來的 Rb=96KΩ和 Rc=1141Ω，設(shè)計偏置網(wǎng)絡(luò)。 (4)在集總參數(shù) LumpedCompos 元器件面板上，選擇電阻 R，兩次插入到原理圖的畫圖區(qū)當(dāng)中，將電阻值設(shè)置為如下的參數(shù)。 在原理圖視窗中，選擇 [Simulate]菜單 → [Annotate DC Solution] 偏置電路原理圖上會自動顯示各個節(jié)點(diǎn)處的電壓和電流值，這時的偏執(zhí)原理圖如圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 28 頁 共 39 頁 四．結(jié)論 高速發(fā)展的無線通信對于微波射頻電路低噪聲放大器提出了更高的性能要求。 (2)系統(tǒng)地分析了微波低噪聲放大器的設(shè)計理 論，本文根據(jù)傳輸線理論以及雙端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，詳細(xì)地分析了微波低噪聲放大器的各項技術(shù)指標(biāo)。 (2)由于條件有限，本文僅僅是從理論上分析了理想化的微波低噪聲放大器，實(shí)際制作中還有各個方面因素的影響低噪聲放大器實(shí)物的性能指標(biāo)，這有待后續(xù)的深入研究。本文的工作從方案論證，到電路仿真調(diào)試都是在老師的指導(dǎo)下完成的，老師深厚的理論功底，豐富的實(shí)際經(jīng)驗，孜孜不倦的教誨都使我受益非淺，也促成了本文的順利完成。微波電路的研究與發(fā)展對于我們來說既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，其發(fā)展的前景非常光明！ 最后，由于本人的水平和時間有限，論文或許有一些不足之處，對此深表歉意并期望以后能逐漸完善。 總之，微波低噪聲放大器，從仿真結(jié)果來看，各項技術(shù)指標(biāo)均已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。 本篇論文研究的方向和結(jié)論如下： (1)在不斷地查找文獻(xiàn)、閱讀資料的基礎(chǔ)上，驗證了運(yùn)用 AT32021 晶體管來制作基于 ADS 的微波低噪聲放大器的仿真的可行性， ADS2021軟件提供了方便快捷的功能強(qiáng)大的微波電路仿真、優(yōu)化微波電路仿真環(huán)境等功能。 在原理圖中，選擇 [Simulate]菜單→ [Clear DC Annotate]，可以清除原理圖上各個節(jié)點(diǎn)處電壓和電流的標(biāo)值。 (6)點(diǎn)擊工具欄中的 [Insert Wire]按鈕，把原理圖中的頻域源、兩個電阻和 pb模型元器件連接起來。 (2)在元器件庫中選擇以 pb開頭的模型元器件 pb_hp_AT32021_19950105，插入到原理圖中。 (11)在數(shù)據(jù)顯示的視窗中，選擇數(shù)據(jù)列表顯示方式，顯示 Rb和 Rc的數(shù)據(jù)， IBB、 Rb和 Rc的數(shù)據(jù)如圖 。 (8)在數(shù)據(jù)顯示視窗中，選擇數(shù)據(jù)列表顯示方式，顯示 IBB， VBE 和 的掃描數(shù)據(jù)， IBB， VBE 和 。 IBB掃描的步長設(shè)為 1e5。 進(jìn)入 Sweep項，參數(shù)掃描 Parameters to Sweep設(shè)置為 IBB。 [12] 計算偏執(zhí)網(wǎng)絡(luò)的電阻 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 25 頁 共 39 頁 (1)將晶體管工作點(diǎn)掃描的原理圖 DC_curve另存為 DC_curve1。 偏置電路 利用晶體管構(gòu)成的放大器仿真模型要做到不失真地將信號電壓放大，就必須做到晶體管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。 穩(wěn)定性因子 K在工作帶寬內(nèi)的值為 ，大于 1，表明絕對穩(wěn)定。 圖 輸入輸出駐波比仿真控件 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 23 頁 共 39 頁 (4)重新執(zhí)行 S參數(shù)仿真，仿真后查看放大器 的噪聲系數(shù)、增益、穩(wěn)定性因子、輸入駐波比和輸出駐波比，噪聲系數(shù)如圖 ，增益如圖 、穩(wěn)定性因子如圖 ，輸入駐波比和輸出駐波比如圖 。 (2)在 S參數(shù)仿真元器件面板上，選擇穩(wěn)定性因子仿真控件 Stabfct，插入到原理圖的畫圖區(qū)，觀察工作帶寬內(nèi)放大器的穩(wěn)定性。 其余參數(shù)指標(biāo)保持默認(rèn)狀態(tài)。 頻率掃描的類型選為線性 Linear。 其余的選項保持默認(rèn)狀態(tài)。 選擇 SimInstanceName=“ SP2”。 (13)接下來設(shè)置目標(biāo)控件 Goal2。仿真控件選為 SP2。雙擊目標(biāo)控件 Goal1，設(shè)置參數(shù)指標(biāo)如下。 選擇隨即 Random優(yōu)化方式。 將 MLEF的長度設(shè)置為可優(yōu)化，優(yōu)化范圍 2mm到 20mm。 傳輸線 TL6設(shè)置為寬度 W=，長度 L=。 將 MLEF的長度設(shè)置為可優(yōu)化 ，優(yōu)化范圍為 2～ 20mm。 (6)在微帶線元器件面板上，選擇微帶線的 T形結(jié) MTEE，插入到原理圖的畫圖區(qū)，將 T形結(jié) MTEE設(shè)置如下。在微帶線元器件面板上，選擇微帶線 MLIN， 2 次插入到原理圖的畫圖區(qū)，將兩個 MLIN的微帶線的寬度 W和長度 L設(shè)置如下。 上述設(shè)置完成后，單擊 [LineCalc]計算窗口中的 [Synthesize]按鈕，在 [LineCalc]窗口中顯示出計算結(jié)果如下。 (4)選擇 [tools]菜單→ [LineCalc]→ [Start LineCalc]命令，彈出 [LineCalc]計算窗口，在[LineCalc]計算窗口設(shè)置如下。 設(shè)計并優(yōu)化輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 由圖 ，單一的只添加輸入匹配網(wǎng)絡(luò)不能滿足技術(shù)指標(biāo)，接下來將同時添加輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，并且對輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 39 頁 圖 11S 、 12S 、 21S 和 22S 曲線 (11)由圖 ，各曲線的參數(shù)如下。 (10)在數(shù)據(jù)顯示視窗中，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)顯示方式面板中的矩形圖標(biāo)，插入到數(shù)據(jù)顯示區(qū)，顯示如下參數(shù)。 圖 單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)原理圖 (9)現(xiàn)在可以對圖 的單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真了。 (7)現(xiàn)在原理圖中的單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò) SSMtch 已經(jīng)有了子電路，下面觀察子電路，觀察子電路的步驟如下。 圖 單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò) SSMtch (4)選中原理圖中的單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò) SSMtch，然后點(diǎn)擊菜單欄中的設(shè)計向?qū)?[DesignGuide]菜單→[PassiveCircuit]，彈出 [PassiveCircuit]對話框。 Zload=(+j*)Ω，這是前面用數(shù)據(jù)框圖計算出來的輸入阻抗。 (3)在無源匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計向?qū)г骷姘迳?，選擇單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò) SSMtch 插入到原理圖的畫圖區(qū)當(dāng)中，對單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò) SSMtch的各項參數(shù)設(shè)置如下。 TanD=，表示微帶線的損耗角正切為 。 Mur=1，表示微帶線的相對磁導(dǎo)率為 1。 設(shè)計輸入匹配網(wǎng)絡(luò) 在 SP模型的輸入端采用單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配，具體的匹配步驟如下。 (9)執(zhí)行 完成上面的轉(zhuǎn)換步驟之后，就能得到用實(shí)部和虛部表示的輸入阻抗 Zin1。在數(shù)據(jù)顯示的視窗中，單擊數(shù)據(jù)顯示方式面板中的數(shù)據(jù)列