軟件無(wú)線電中的射頻電路設(shè)計(jì)方案(參考版)
2025-04-29 03:43本頁(yè)面
【正文】 此次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練時(shí)間很緊迫，倉(cāng)促中學(xué)習(xí)ADS的使用，難免學(xué)的比較粗淺，本次強(qiáng)化訓(xùn)練讓我從原理上認(rèn)識(shí)到了射頻電路的精髓，高頻電路中射頻電路的應(yīng)用非常廣泛，一直沒(méi)有真正接觸，借這次機(jī)會(huì)，我仿真實(shí)現(xiàn)了射頻模塊接收部分，完成了振蕩器的設(shè)計(jì)，收獲不小。射頻通信機(jī)，最重要的器件就是放大器，混頻器和振蕩器，其中以振蕩器最為核心，我利用ADS學(xué)著進(jìn)行對(duì)振蕩器進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫出其輸出電壓波形、功率頻譜、調(diào)諧線性偏離曲線來(lái)驗(yàn)證振蕩器的設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求，做這樣的實(shí)驗(yàn)就要測(cè)試電路的主要性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)出滿足要求的波形。 圖312 輸出功率與振蕩頻率關(guān)系圖 圖313調(diào)諧線性偏離曲線圖從上述的一系列仿真結(jié)果可以得出如下結(jié)論：~，并且可以得到滿足要求的輸出功率的頻譜、輸出電壓波形、輸出功率與振蕩頻率的關(guān)系以及調(diào)諧特性偏離曲線，所以該振蕩器的設(shè)計(jì)是成功的。而調(diào)協(xié)電壓大于12v以后，整個(gè)振蕩器停振。為了更好的分析調(diào)協(xié)電壓和頻率的關(guān)系，把HB的起始和掃描范圍擴(kuò)大到0到20見(jiàn)圖311，這樣就可以很清楚的看出電壓的變化對(duì)整個(gè)壓控振蕩器的輸出頻率的影響。圖39是掃頻特性分析時(shí)的仿真電路。圖38 掃頻特性中的HB設(shè)置 為了測(cè)試設(shè)計(jì)的壓控振蕩器其頻率與電壓控制的關(guān)系，這里繼續(xù)引入變量Vtune,現(xiàn)在修改大信號(hào)仿真電路圖，將SRC1的電壓設(shè)置為可變電壓，其變量即為Vtune，修改HB參數(shù)如圖38。 圖36 輸出信號(hào)的頻譜圖圖37 在時(shí)間域輸出電壓的波形圖37是電壓輸出波形在時(shí)間域上的變化曲線。圖36是第一步仿真后壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻譜。對(duì)壓控振蕩器的性能參數(shù)進(jìn)行仿真分析時(shí)，需從ADS得元件庫(kù)中調(diào)用兩個(gè)重要的仿真元件，即如圖34所示的“OscPort” （Grounded Oscillator Port）元件模型與圖35“HB”（Harmonic Balance）元件模型，這兩個(gè)元件一般是要匹配使用的。接下來(lái)是分析整個(gè)振蕩電路在大信號(hào)領(lǐng)域中的性能參數(shù)。 在壓控振蕩器的電路圖中加入“OscTest”元件，并為適應(yīng)仿真的需要將電路稍作改進(jìn)，得到如圖33所示的仿真電路。其中，端口數(shù)、元件內(nèi)電阻及頻率點(diǎn)的數(shù)目都是根據(jù)需要取默認(rèn)值。該元件是一個(gè)S參數(shù)仿真控制器，由于它是用諧振腔連續(xù)插入設(shè)計(jì)成的，所以在進(jìn)行仿真時(shí)無(wú)需其它任何控制器或端口器件。這一功能主要是通過(guò)它對(duì)振蕩器系統(tǒng)的環(huán)增益及反射系數(shù)S(1,1)相位的測(cè)量來(lái)得到的。第二步，對(duì)壓控振蕩器的具體性能參數(shù)進(jìn)行仿真分析。 考慮到現(xiàn)在射頻電路的發(fā)展趨勢(shì)以及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有硬件條件，~2Ghz，并且對(duì)每一個(gè)振蕩器進(jìn)行性能分析時(shí)分兩步進(jìn)行。 Synthesis: DSP合成。 Mom_dsn:電路進(jìn)行分析后，所得到的結(jié)果保存在這一子目錄下。 ADS的基本結(jié)構(gòu)ADS的基本文件結(jié)構(gòu)如圖31所示。同時(shí)也包含有源電路模型庫(kù)，多層交叉模型，系統(tǒng)模型庫(kù)，射頻晶體管庫(kù)和有源表面封裝（SMT）庫(kù)。軟件還帶有射頻系統(tǒng)模型，模擬模型，開發(fā)組件，微波晶體管以及二極管庫(kù)。3) RFIC設(shè)計(jì)軟件：可以對(duì)電路在時(shí)域、頻域及時(shí)域混合域進(jìn)行諧波平衡、電路包絡(luò)、高頻SPICE、線性和卷積等五種仿真。VHDL或Verilog仿真器和DSP綜合器。它包括：1) 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件可以進(jìn)行射頻系統(tǒng)仿真，信號(hào)處理仿真，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并包含信號(hào)處理矩陣模型，射頻系統(tǒng)模型，天線與傳輸系統(tǒng)模型和數(shù)字I/P集成組件。下面利用ADS軟件對(duì)本振蕩器進(jìn)行性能分析。因?yàn)樗P(guān)系到微波振蕩器的穩(wěn)定性、相位噪聲、功率及效率的高低，所以必須認(rèn)真慎重地設(shè)計(jì)偏置電路，并選擇最佳直流工作點(diǎn)，以達(dá)到較好的射頻性能。Vtune為控制電壓。其中：AT—41411晶體管。該Cg值的大小可借助于計(jì)算機(jī)分析粗值，在實(shí)際應(yīng)用中，采用可變電容，通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整達(dá)到最佳值。圖中虛線部分即表示串入電容Cg修正后的特性曲線。圖23 變?nèi)荻O管特性曲線從圖中可看出頻率低端的調(diào)諧線性較差。為了改進(jìn)這一缺陷，我在電路中采用了一電容與變?nèi)荻O管串聯(lián)的優(yōu)化方法。而變?nèi)荻O管在低頻端調(diào)諧靈敏度Kv較大，而在高頻端Kv較小。論文中采用共基組態(tài)電路。對(duì)共基、共集、共射三種組態(tài)振蕩電路的研究實(shí)踐表明：共集電路盡管易于起振，但不夠穩(wěn)定，容易產(chǎn)生跳?，F(xiàn)象。從以上的三個(gè)組態(tài)的S參數(shù)圖中，可以明顯看出，共基組態(tài)的S(1,1),S(2,2)都大于1，也就是說(shuō)不滿足三級(jí)管穩(wěn)定條件，而共射組態(tài)的S(1,1),S(2,2)均小于1三級(jí)管穩(wěn)定，不能振蕩；共集組態(tài)的S(1,1)在某個(gè)頻率范圍內(nèi)大于1，但S(2,2)小于1，也不適合做振蕩電路。但是作為振蕩器，正是需要利用晶體管的不穩(wěn)定性，才能很好的振蕩。晶體管本身是三端口期間，但在平時(shí)使用時(shí)，往往使其一個(gè)端口接地而成為二端口網(wǎng)絡(luò)。因此，反饋型振蕩器本質(zhì)上也是一種負(fù)阻振蕩。后者是利用負(fù)阻器件在一定條件下對(duì)負(fù)載呈現(xiàn)負(fù)阻，即等效為一個(gè)源來(lái)補(bǔ)充能量。按照振蕩器的機(jī)理分類，可分為反饋型振蕩器和負(fù)阻型振蕩器。因此，從理論和實(shí)踐上設(shè)計(jì)好壓控振蕩器是十分重要的。而輸出信號(hào)的調(diào)頻噪聲（相位噪聲）與輸出長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度一并構(gòu)成了鎖相頻率合成器非常關(guān)鍵的兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)。其中Kv是VCO的壓控靈敏度，它表示單位控制電壓可使VCO角頻率變化的大小。即：用S參數(shù)的形式，表示為 其中
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