Теоретические сведения. Анализ усилителя мощности в программной среде ADS методом гармонического баланса

Анализ усилителя мощности в программной среде ADS методом гармонического баланса

Частотный анализ нелинейных схем

Лабораторная работа №4

Требования к отчету

Отчет включает в себя рабочий файл проекта схемы в среде ADS, вариант задания, амплитудно-частотную характеристику коэффициента передачи фильтра S(2,1), КСВН по входу и выходу, топологию фильтра.

Цель работы: получение навыков нелинейного моделирования усилителей мощности.

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

Продолжительность работы 3 часа.

Проектирование усилителей мощности с применением ЭВМ предполагает использование методов расчета нелинейных уравнений. Самым распространенным методом является метод гармонического баланса (HB). В отличие от линейных электрических схем, нелинейные схемы содержат элементы с нелинейными вольт-амперными и вольт-фарадными характеристиками. Математической моделью электрической схемы в этом случае является система алгебраических нелинейных уравнений первого порядка с комплексными коэффициентами. Каждое уравнение получено на основании уравнения Кирхгофа для узлов схемы, подключенных к нелинейным элементам. Система уравнений в методе гармонического баланса увеличивается на количество заданных гармоник. Численным методом решения подобных уравнений является метод Ньютона-Бройдена, который предполагает многократное решение системы линеаризированных уравнении первого порядка и достижения сходимости решения с заданной погрешностью. Моделью активного элемента является высокочастотный полевой транзистор с барьером Шотки. Нелинейная модель имеется в базе данных программы ADS.

Лабораторное задание

Исследовать с помощью программы Advanced Design System усилитель мощности.

Варианты задания представлены в таблице 1.

Вариант
f, ГГц		4.2	4.4	4.6	4.8		5.2	5.4	5.6	5.8

Таб. 1. Варианты задания

Напряжение питания E_пит= 10 В, входная мощность P_вх=20 дБм. Мощность в нагрузке не менее 1 Вт, КПД не менее 30% в полосе частот равной 5% от центральной.

На рисунке 1 представлена электрическая схема усилителя мощности. В нее входят полевой транзистор из арсенида галлия, представленный нелинейной моделью, источники питания и смещения, две Т-образные согласующие цепи, источник мощности гармонического сигнала и стандартная нагрузка 50 Ом. Входная согласующая цепь, состоящая из сосредоточенных элементов емкостей и индуктивностей, трансформирует сопротивление источника во входное сопротивление транзистора, выходная цепь предназначена для создания оптимальной нагрузки усилителя мощности, при которой достигаются требуемый коэффициент усиления, выходная мощность и коэффициент полезного действия. При подаче на вход усилителя гармонического сигнала схема начинает работать в нелинейном режиме, характеризующемся появлением гармоник тока и напряжения в элементах схемы. Задача настройки усилителя мощности состоит в подборе согласующих цепей, цепей смещения и питания, при которых достигаются требуемые характеристики усилителя: коэффициент усиления, выходная мощность, коэффициент полезного действия и интермодуляционные составляющие спектра при наличии нескольких сигналов на входе.

Рис. 1. Схема усилителя мощности на полевом транзисторе GaAs.

Дата добавления: 2017-01-13