【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(shí)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(xiàng)目 首先要在 ADS2021中創(chuàng)建一個(gè)低噪聲放大器項(xiàng)目，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容都將保存在這個(gè)項(xiàng)目里面，創(chuàng)建項(xiàng)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(huì)自動(dòng)打開(kāi)。 圖 元器件庫(kù)窗口 (2)在元器件庫(kù)窗口的 [Compomemt]欄最上方的 [Search]中填寫(xiě)“ 32021”，在元器件庫(kù)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(kāi)原件庫(kù)，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(dòng)作，仿真結(jié)束后，數(shù)據(jù)顯示的視窗會(huì)自動(dòng)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(gè)原理圖可以自動(dòng)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(dòng)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)顯示視窗中，如圖 ，圖中給出了 4個(gè) S參數(shù)的曲線。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 12 頁(yè) 共 39 頁(yè) 所選晶體管 sp_hp_AT32021_5_19950105的頻率范圍是 ～ ，滿(mǎn)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(jì)一半是放大電路設(shè)計(jì)的初級(jí)部分。需要通過(guò)添加輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(cè)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(yè) 共 39 頁(yè) 圖 PassiveCircuit 設(shè) 計(jì)向?qū)?duì)話框 (5)點(diǎn)擊 [Passive Circuit]對(duì)話框中的 [OK]按鈕，關(guān)閉 [Passive Circuit]對(duì)話框，同時(shí)將自動(dòng)彈出設(shè)計(jì)向?qū)Т翱?[Passive Circuit DesignGuide]對(duì)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(yè) 共 39 頁(yè) 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(dòng)彈出。 分別在 11S 、 12S 、 21S 和 22S 曲線的中心頻率上各插入一個(gè) 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(jì)算窗口如圖 ，由這次計(jì)算可以得到當(dāng)特性阻抗為 50Ω時(shí)微帶線的寬度。 傳輸線 TL2設(shè)置為寬度 W=，長(zhǎng)度 L=。 (7)在微帶線元器件面板上，選擇微帶線開(kāi)路等效線 MLEF，插入到原理圖的畫(huà)圖區(qū)，將開(kāi)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(huà)圖區(qū)，并且選擇目標(biāo)控件 Goal插入到原理圖的畫(huà)圖區(qū)，共插入兩個(gè)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(huà)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(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)。工作點(diǎn)就是通過(guò)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(jì)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(jì)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(gè)計(jì)算偏置電阻的方程，方程如下。 Rb=96KΩ Rc=1141Ω 設(shè)計(jì)偏置網(wǎng)絡(luò) 利用前面計(jì)算出來(lái)的 Rb=96KΩ和 Rc=1141Ω，設(shè)計(jì)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(huà)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(huì)自動(dòng)顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的電壓和電流值，這時(shí)的偏執(zhí)原理圖如圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 28 頁(yè) 共 39 頁(yè) 四．結(jié)論 高速發(fā)展的無(wú)線通信對(duì)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(jì)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(xiàng)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(gè)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(yàn)，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(duì)于我們來(lái)說(shuō)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(shí)間有限，論文或許有一些不足之處，對(duì)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(lái)看，各項(xiàng)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(jì)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(yàn)證了運(yùn)用 AT32021 晶體管來(lái)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(gè)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(gè)電阻和 pb模型元器件連接起來(lái)。 (2)在元器件庫(kù)中選擇以 pb開(kāi)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(zhǎng)設(shè)為 1e5。 進(jìn)入 Sweep項(xiàng)，參數(shù)掃描 Parameters to Sweep設(shè)置為 IBB。 [12] 計(jì)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(yè) 共 39 頁(yè) (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(hào)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(duì)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(yè) 共 39 頁(yè) (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(huà)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(lèi)型選為線性 Linear。 其余的選項(xiàng)保持默認(rèn)狀態(tài)。 選擇 SimInstanceName=“ SP2”。 (13)接下來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)度 L=。 將 MLEF的長(zhǎng)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(huà)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(huà)圖區(qū)，將兩個(gè) MLIN的微帶線的寬度 W和長(zhǎng)度 L設(shè)置如下。 上述設(shè)置完成后，單擊 [LineCalc]計(jì)算窗口中的 [Synthesize]按鈕，在 [LineCalc]窗口中顯示出計(jì)算結(jié)果如下。 (4)選擇 [tools]菜單→ [LineCalc]→ [Start LineCalc]命令，彈出 [LineCalc]計(jì)算窗口，在[LineCalc]計(jì)算窗口設(shè)置如下。 設(shè)計(jì)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(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)，接下來(lái)將同時(shí)添加輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，并且對(duì)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(yè) 共 39 頁(yè) 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(duì)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(jì)向?qū)?[DesignGuide]菜單→[PassiveCircuit]，彈出 [PassiveCircuit]對(duì)話框。 Zload=(+j*)Ω，這是前面用數(shù)據(jù)框圖計(jì)算出來(lái)的輸入阻抗。 (3)在無(wú)源匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(huà)圖區(qū)當(dāng)中，對(duì)單支節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò) SSMtch的各項(xiàng)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(duì)磁導(dǎo)率為 1。 設(shè)計(jì)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