Теоретические сведения. Моделирование транзисторного малошумящего усилителя в программной среде ADS

Моделирование транзисторного малошумящего усилителя в программной среде ADS

Частотный анализ линейных схем

Лабораторная работа №2

Требования к отчету

Отчет включает в себя рабочий файл проекта схемы в среде ORCAD.Задание для самостоятельной работы, Результаты расчета в виде осциллограммы и спектра. Рабочий файл печатной платы в среде PCB Designer.

Цель работы: Изучение программной среды Advanced Design System (ADS), формирование электрической схемы высокочастотных радиоустройств, моделирование электрических процессов схемы в частотой области с использованием реальных транзисторов представленных матрицей S-параметров.

Инструментарий: компьютерный класс МИЭТ, программа ADS, расположенная на сервере удаленного доступа ВЦ МИЭТ.

Продолжительность работы 3 часа.

ADS – программа для моделирования радиотехнических устройств, позволяющая моделирование работы линейных и нелинейных схем, схем, содержащих линии с распределенными параметрами, системное моделирование, а также электродинамическое моделирование планарных структур. В программе используются следующие методы анализа схем:

DC – анализ по постоянному току. Позволяет определить рабочие точки нелинейных элементов, а так же строить ВАХ и передаточные характеристики по постоянному току и напряжению.

AC – анализ по переменному току. Главным образом позволяет строить частотные передаточные функции (АЧХ и ФЧХ).

S_params – моделирование S-параметров. Позволяет строить частотные зависимости коэффициентов отражения и передачи, а так же значения КСВН и импеданса.

HB (HarmonicBalance) – моделирование методом гармонического баланса. Позволяет строить спектры сигналов. Основные назначения – определение уровня нелинейных искажений, вносимых активными элементами (диодами, транзисторами) и коэффициент преобразования в смесителях частот.

Transient – временной анализ или анализ переходных процессов.

Частотный анализ схемы, представленной [s]-параметрами [1], позволяет быстро вычислять коэффициент усиления схемы в заданном частотном диапазоне, коэффициент отражения и коэффициент стоячей волны по входу и выходу схемы, а также коэффициент устойчивости усилителя. Использование ручной настройки (tune) для поиска оптимальных размеров отрезков согласования схемы, дает возможность вычислить геометрические размеры, соответствующие требуемому коэффициенту усиления при заданных значениях коэффициента шума и коэффициента устойчивости.

Лабораторное задание

1. В соответствии с заданием (таблица 1) сформировать проект усилителя, который включает схему, изображенную на рисунке 1, частотный блок, блок настройки (tune) и блок параметров подложки.

Таблица 1.

№ варианта
Центральная частота ГГц
Транзистор	MGF1412	NE71084	NE71084	NE71084	MGF1412	MGF1412	MGF1412	MGF1412	NE71084
Коэффициент усиления не менее дБ
Полоса частот по уровню -3 дБ	10%	10%	10%	10%	10%	10%	10%	10%	10%
Коэффициент шума не более дБ	2db	2db	2db	2db	2db	2db	2db	2db	2db

Таблица 1. Варианты заданий

Принципиальная электрическая схема малошумящего усилителя (МШУ) представлена на рисунке 1.

Рис 1. Электрическая схема МШУ

Схема состоит из высокочастотного транзистора (s2p), представленного [s]-параметрами, цепей согласования на входе и выходе усилителя, содержащих отрезки микрополосковой линии (mlin), фильтров источников смещения и питания, представленных короткозамкнутыми отрезками микрополосковой линии (mlsc), равной четверти длины центральной частоты. Для обеспечения устойчивости усилителя на выходе транзистора включены резисторы R1 и R2. Вход и выход высокочастотного гармонического сигнала представлены портами Р1 и Р2, обладающими сопротивлением 50 Ом. Подложкой микрополосковой схемы является диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε=9.8 и толщиной H=1 мм.

2. Рассчитать геометрические размеры четвертьволновых отрезков МПЛ питания и смещения, используя синтез несимметричной линии с волновым сопротивлением 50 Ом и электрической длиной на центральной частоте, равной 90̊.

3. Провести линейный анализ схемы. Вывести графики коэффициента усиления, коэффициента отражения, КСВ, коэффициента устойчивости. Меняя размеры микрополосковых согласующих отрезков добиться максимального коэффициента усиления при минимальном коэффициенте шума.

4. Меняя номиналы резисторов, добиться устойчивой работы усилителя.

Дата добавления: 2017-01-13