低噪声放大器的设计制作与调试研讨.doc

微 波 电 路 CAD实验一 低噪声放大器的设计制作与调试 一、实验目的 （一）了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。 （二）学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。 （三）掌握低噪声放大器的制作及调试方法。 二、实验内容 （一）了解微波低噪声放大器的工作原理。 （二）使用ADS软件设计一个低噪声放大器，并对其参数进行优化、仿真。 （三）根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。 （四）对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。 三、实验步骤及实验结果 （一）晶体管直流工作点扫描 1、启动软件后建立新的工程文件并打开原理图设计窗口。 2、选择File——New Design…进入下面的对话框； 3、在下面选择BJT_curve_tracer，在上面给新建的Design命名，这里命名为BJT Curve； 4、在新的Design中，会有系统预先设置好的组件和控件； 5、如何在Design中加入晶体管；点击，打开元件库； 6、选择需要的晶体管，可以点击查询； 7、对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型； 8、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描； 9、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。 10对41511的查询结果如下，可以看到里面有这种晶体管的不同的模型 11、以sp为开头的是S参数模型，这种模型不能用来做直流工作点的扫描 12、选择pb开头的模型，切换到Design窗口，放入晶体管，按Esc键终止当前操作。 图1 BJT Curve仿真原理图 13、按Simulate键，开始仿真，这时会弹出一个窗口，该窗口会现实仿真或者优化的过程信息。如果出现错误，里面会给出出错信息，应该注意查看。 14、仿真结束，弹出结果窗口，如下页图。注意关闭的时候要保存为适宜的名字。另外图中的Marker是可以用鼠标拖动的。由于采用的是ADS的设计模板，所以这里的数据显示都已经设置好了。一般情况下，数据的显示需要人为自行设置。 图2 典型仿真结果图 （二）晶体管S参数扫描 1、选定晶体管的直流工作点后，可以进行晶体管的S参数扫描，本节中选用的是S参数模型sp_hp_AT-41511_2这一模型对应的工作点为Vce=2.7V、Ic=5mA； 2、选择File ( New Design…进入下面的对话框，在下面选择S-Params，在上面命名，为SP_of_spmod； 3、然后新的Design文件生成，窗口如下： 图3 S参数仿真模型 4、同上面对应操作，加入sp模型的晶体管，并连接电路如图。地的设置按上面的键即可调入。图中的Term也是在仿真中要经常用到的组件，用以表示连接特征阻抗的端口。 由于sp模型本身已经对应于一个确定的直流工作点，因此在做S参数扫描的时候无需加入直流偏置。 5、观察sp模型晶体管的参数显示，在此例中，标定的频率适用范围为0.1~5.1GHz，在仿真的时候要注意。超出此范围，虽然软件可以根据插值等方法外推除电路的特性，但是由于模型已经失效，得到的数据通常是不可置信的。 6、在本例中，要在控件中作相应的修改。 7、修改好之后，点击按键，进行仿真，弹出数据输出窗口，数据输出窗口如图所示，图中以不同形式显示输出S参数。如图可见，晶体管的输入匹配并不好。 图4 输出S参数 （三）SP模型仿真设计 构建原理图：很多时候，在对封装模型进行仿真设计前，通过预先对sp模型进行仿真，可以获得电路的大概指标。sp模型的设计，通常被作为电路设计的初级阶段。 1、本节首先设计sp_hp_AT-41511_22GHz处的输入、输出匹配。 2、建立新的工程文件，命名为spmod_LNA，在左侧选择S参数仿真工具栏 在库中选出晶体管 ，放置在原理图窗口点击，放置Term1，Term2两个端口点击，设置接地点击，放置输入阻抗测试控件点击 ，放置S参数扫描控件修改S参数扫描控件的设置为需要值连接电路如下页图所示： 图5 连接好的电路图 测试输入阻抗仿真，在数据输出窗口观察输入阻抗由列表中可得到2GHz点的输入阻抗为：20.083/19.829，换算为实/虚部的形式18.89＋j*6.81。 图6 输入阻抗表 图7 修改MSub值 输入匹配设计：在MSub中，修改参数为需要值，如图7所示 下面使用ADS的综合工具，综合出匹配网络。双击 进行参数编辑，频率设置为2GHz，Zin设置为需要匹配的目标值50，Zload设为前面仿真得到的晶体管的输入阻抗。 选定在原理图窗口的最上一行，选择 后