ADS应用详解-射频电路设计与仿真 pdf

《ADS应用详解——射频电路设计与仿真》【作者】 陈艳华 李朝晖 夏玮【编辑】 刘浩【ISBN】 978-7-115-18407-8介绍使用ADS进行射频电路设计和仿真的基础知识和方法。内容涉及射频电路的基础理论、ADS的基本概况以及ADS各种仿真功能，书中完整地介绍了6个利用ADS进行射频电路设计与仿真的实例，包括功率分配器、射频滤波器、低噪声放大器、混频器、压控振荡器和收发机。分卷压缩的，这是第一部分，下载后放在一起才能解压。part2：http://download.csdn.net/source/1435567文件较大，网速慢的朋友请耐心下载。其它有用资ID:"无花大师”上传于微波仿真论坛bbs, feda.cn)仅供学习试用,请勿用于商业用途推荐购买正版原书籍国内人气最旺微波工桯师交流社区"-微波仿真论坛bbs, Feda.cr听有资源免费共亨下载目录第1章射频电路基础…24.1集总参数元件……5324.2分布参数元件571.1频谱及其应用…113.424.3非线性元件……581.2射频通信系统概述…景世世世速中进想出曾244信号源………………581.3射频电路理论基础……2.4.5系统模型元件……………601.3.1无源元件4小结……………………611.3.2传输线第3章ADs仿真基础621.3.3史密斯圆图……131.3.4二端口网络153.1ADS仿真功能概述…1.4功率、增益、噪声和非线性183.1.1ADS的各种仿真功能描述…621.4.1功率和增益183.12ADS的仿真控制器65142噪声和噪声系数…193.1.3ADS的仿真辅助工具661.4.3电路的非线性……………213.2ADS电路仿真基础………………681.5小结……………………………243.2.1新建工程和设计原理图………6870第2章ADS概述与基本操作32.2设置仿真参数和执行仿真世+平253.3ADs系统级仿真基础……………742.1ADS概述………253.3.1新建系统工程和原理图………742.1.1ADS的仿真设计方法………253.32系统仿真………………………762.1.2ADS的辅助设计功能………263.4使用ADS的仿真范例……………842.1.3ADS与其他EDA软件和3.5小结…88测试设备间的连接272.2ADS主要操作窗口……………28第4章直流仿真…………892.2.1主窗口…………………………284.1直流仿真介绍……………892.2.2原理图设计窗口…314.1.1基本功能与基本原理…8922.3布局图设计窗口………374.1.2仿真面板与仿真控制器……9022.4数据显示窗口………384.1.3仿真的相关参数……………922.3ADS基本操作……………………414.14ADS中的直流仿真例程……9423.1ADS工程相关操作……………414.2直流仿真实例………9823.2ADS设计相关操作…444.2.1建立工程和设计…9823.3ADS仿真结果显示和分析42.2原理图仿真…相关操作…………………4943小结……………………109234ADS仿真相关操作…自非23.5ADS的输入输出………52第5章交流仿真11024ADS的基本元件…5.1交流仿真介绍……………………110ID:"无花大师”上传于微波仿真论坛bbs, feda.cn)仅供学习试用,请勿用于商业用途推荐购买正版原书籍国内人气最旺微波工桯师交流社区"-微波仿真论坛bbs, Feda.cr听有资源免费共亨下载5.1.1交流仿真的原理和功能……1107.2.2双音的谐波平衡法仿真……1685.12交流仿真面板与交流仿真7.2.3针对TO测量作RF功率控制器扫描………1725.1.3交流仿真相关参数设置……1137.3小结…1745.14ADS中的交流仿真例程…11617552交流仿真实例8第8章电路包络仿真5.2.1建立原理图1188.1电路包络仿真介绍…………17552.2原理图仿真………………1198.1.1电路包络仿真的基本功能523噪声分析……………123与基本原理…1755.2.4Vce扫描………1238.1.2电路包络仿真面板与仿真53小结……………………125控制器………………………176第6章S参数仿真…268.1.3电路包络仿真相关参数设置…1778.14ADS中的电路包络仿真例程…1816.1S参数仿真介绍……12682电路包络仿真实例……………1836.1.1S参数仿真的原理和功能…12682.1对行为级放大器的电路包络6.1.2S参数仿真面板与仿真控仿真…………………184制器……………………12682.2对有GSM源的放大器电路6.1.3S参数仿真相关参数设置…130进行仿真……:1906.1.4ADS中的S参数仿真例程…13283小结…………………1956.2S参数仿真实例…………136621设置理想元件的电路和仿真…136第9章增益压缩仿真……1966.2.2实际元件构成的电路图仿真…1399.1增益压缩仿真介绍………19662.3匹配电路的设计1419.1.1增益压缩仿真的基本功能62.4匹配电路的优化……………145与基本原理………………1966.2.5稳定性、噪声圆和增益分祈…1489.1.2增益压缩仿真面板与仿真6.2.6对S2P文件读写S参数数据…149控制器……………1966.3小结…………………………1519.1.3增益压缩仿真相关参数设置…199第7章谐波平衡法仿真……1529.14ADS中的增益压缩仿真例程…20092增益压缩仿真实例…2047.1谐波平衡法仿真介绍……………1529.2.1基于XDB仿真控制器的7.1.1谐波平衡法仿真原理和功能…152增益压缩仿真……………2047.12谐波平衡法仿真面板与9.2.2用功率扫描对功率压缩进行仿真控制器……………153仿真…………7.1.3谐波平衡法仿真相关参数设置…………1579.3小结…………………………………2087.14ADS中的谐波平衡法仿真第10章瞬态仿真209例程1607.2谐波平衡法仿真实例16410.1瞬态仿真介绍………2097.2.1建立并运行一个基频谐波10.1.1瞬态仿真的基本功能与平衡法仿真…164基本原理……………209ID:"无花大师”上传于微波仿真论坛bbs, feda.cn)仅供学习试用请勿用于商业用推荐畇买正版原书籍国内人气最旺¨微波工桯师交流社区"--微波仿真论坛( bbs . feda.cn)听有资源免费共亨下载10.1.2瞬态仿真面板与仿真控13.1.2低噪声放大器的设计原则…265制器………………20913.2低噪声滤波器的设计与仿真…26610.1.3瞬态仿真相关参数设置……21213.2.1晶体管直流工作点的扫描…26610.14ADS中的瞬态仿真例程……21413.2.2晶体管的S参数扫描………26910.2瞬态仿真实例……………21713.2.3SP模型的仿真设计,得427210.3小结……………22213.2.4综合指标的实现……280第11章功率分配器的设计与仿真……22313.3封装模型仿真设计………281133.1直流偏置网络设计……28211功率分配器的基本原理与指标…22313.32封装模型的仿真………28311.1基本功能与基本原理134小结………286112功率分配器的基本指标……22511.2功率分配器的原理图设计第14章混频器的设计与仿真287仿真与优化…………………22514.1混频器的原理………………287112.1建立工程与设计原理图…22514.2混频器的设计28811.2.2原理图仿真23014.2.13dB定向耦合器的设计…288112.3电路参数优化…231142.2完整混频器电路设计41.3功率分配器的版图生成与仿真…23514.2.3低通滤波器的设计………296113.1版图的生成………………23514.3混频器性能仿真……298113.2版图仿真与实验测试……23614.3.1混频器功能仿真………………29811.4小结……238143.2本振功率的选择……301第12章射频滤波器的设计………23914.3.3混频器的三阶交调点分析…30214.3.4混频器的输入驻波比仿真…305121射频滤波器的基本原理与指标…23914.4小结……………30612.2ADS中的滤波器设计工具…24112.2滤波器电路的生成…241第15章压控振荡器的设计与仿真…30712.2.2滤波器仿真……………24415.1振荡器基本介绍……30723微带射频滤波器的设计与仿真…24615.2振荡器的设计与仿真…………30812.3.1微带滤波器的基本原理……24615.2.1偏置电路的设计……30812.3.2微带耦合滤波器的设计……24715.2.2可变电容VC特性曲线测试…31112.3仿真参数设置和原理图仿真…25115.2.3压控振荡器的设计………31312.3.4电路参数优化…253153小结………………320124滤波器的版图生成与仿真……25712.4.1版图的生成……………………257第16章ADS系统仿真实例32112.42版图仿真与实验测试………25916.1收发信机基本理论……32112.5小结…………………………262162收发机系统仿真322第13章低噪声放大器设计与仿真…2631621零中频接收机仿真………321622外差式接收机仿真…33313.1低噪声放大器基础……………263162.3发射机预算增益仿真……33713.1.1低噪声放大器的功能和指标…26316.3小结…………………………341ID:"无花大师”上传于微波仿真论坛bbs, feda.cn)仅供学习试用,请勿用于商业用途推荐购买正版原书籍国内人气最旺微波工桯师交流社区"-微波仿真论坛bbs, Feda.cr听有资源免费共亨下载第1章射频电路基础随着通信技术的发展,通信设备所用频率日益提高,射频(RF)和微波(MW)电路在通信系统中得到了广泛应用,高频电路设计领域也得到了工业界的特别关注,新型半导体器件制造技术的不断发展更使得高速数字系统和高频模拟系统的应用领域不断扩张。现在,微波射频识别系统(RFID)的载波频率在915MHz和2450MHz的频率范围内:全球定位系统(GPS)的载波频率在1227.0MHz和157542MHz的频率范围内;个人通信系统中的射频电路的工作频率为1.9GHz;在C波段卫星广播通信系统中包括频率为4GHz的上行通信链路和6GHz的下行通信链路。通常这些电路的工作频率都在1GHz以上,并且随着通信技术的发展,这种趋势会一直持续下去。处理这种频率很高的电路,不仅需要特别的设备和装置,而且还需要用到直流电路和低频电路中没有用到的理论知识。本章将系统地介绍射频电路的一些基础知识。首先给出明确的频谱分段以及各段频谱的特点:接着通过一个典型的射频电路系统以及其中的单元,举例说明射频通信系统的主要特点:然后介绍无源器件、传输线理论、史密斯圆图和二端口网络等射频电路设计知识;最后介绍增益、噪声和非线性等射频电路的基本指标。1.1频谱及其应用由于在很多领域的应用中,都需要系统工作于一定的频率范围之内,因此需要对频率进行相应的分段。近年来对于频谱的分段已经进行了几次,其中最常用的是电气和电子工程师协会(IEEE)建立的分段,如表1.1所示。表1.1IEEE频谱分段频段名称频率范围波长传播特性或应用ELF(极低频)30~300Hz10000~1000km传播损耗小,通信距离远,信号稳定VF(音频)300~3000Hz1000~100km可靠,渗入地层、海水能力强VLF(甚低频3-30kHz100~10kmLF(低频)30~300kHz10~1km导航、长距离通信MF(中频300~3000kHz1~0.1km广播、船舶通信、飞行通信HF(高频)3-30MHZ100~10m广播、中远距离通信VHF(甚高频)30~300MHz10~1m移动通信、电视、雷达、导航UHF(特高频)300~3000Hz100~10cm与VHF类同,还用于散射通信、卫SHF(超高频)3--30GHz10~1cm星通信等EHF(极高频)30~300GHz1-0. lemID:"无花大师”上传于微波仿真论坛(bs, Feda.cn)仅供学习试用请勿用于商业用途推荐购买正版原书籍国内人气最旺微波工桯师交流社区"-微波仿真论坛bbs, Feda.cr听有资源免费共亨下载ADS应用详解射频电路设计与仿真续表频段名称频率范围波长传播特性或应用亚毫米波300~3000GHz0.1~0.0lmmP波段0.23~1GHz130~30cmL波段12GHz30~50cmS波段2--4GHz15~7.5cmC波段4-8GHz75~3,75cmX波段8-12.5GHz3.75~2,4cmKu波段参考上面分段12.5~18GHz2.4~1.67cmK波段18~26.5GHz67~1.13cmKa波段26.5~40GHz1.13~0.75cm毫米波40~300GHz75~1mm亚毫米波300~3000GHz1~0.1nTaIm从表1.1可以看出 VHF/UHF波段是典型的电视设备工作频段,这两个波段的波长达到了与电子系统的实际尺寸相当的水平。因此,从这个频段开始必须在有关电子线路中考虑电流和电压信号的波的性质。这里定义频率高于这个波段的所有频段为射频频段,工作在射频频段的电路称为射频电路。射频频段的主要应用领域有如下5方面(1)卫星通信与卫星电视广播。3双边带广播系统(DBS- Direct Broadcast System)。C波段:46GHz,下行4GHz,上行6GMh)Ku波段:12/15GHz,下行12GHz,上行15GHz卫星间通信:36GHz。(2)微波中继通信。干线微波:2.1GHz,8GHz,1IGHz支线微波:6GHz,8GHz,11GHz,36GHz3农村多址(一点多址):1.5GHz,2.4GHz,26GHz。3)雷达、气象、测距、定位雷达远程警戒:P,L,S,C精确制导:X,Ka。气象:1.7GHz,0.1375GHz。3汽车防撞、自动记费:36GHz,60GHz防盗:9.4GHz。3全球定位:1227.60MHz和15754MHz(4)射电天文:36GHz,94GHz,125GHz(5)计算机无线网:2.5GHz,5.8GHz,36GHz。ID:"无花大师”上传于微波仿真论坛bbs, feda.cn)仅供学习试用,请勿用于商业用途推荐购买正版原书籍国内人气最旺¨微波工桯师交流社区"--微波仿真论坛( bbs . feda.cn)听有资源免费共亨下载第1章射频电路基础1.2射频通信系统概述射频电路最主要的应用领域就是无线通信,图1.1所示为一个典型的无线通信系统框图,下面就以这个系统为例分析射频电路在整个无线通信系统中的应用。天线混频器DAGPA字数模转换功率放大处OSt本地振部模数转换滤波器0C荡器低噪声放分大器LPE数模混合模拟信号电路电路图1.1无线通信系统框图图11所示为一个无线通信收发机( tranceiver)的系统模型,它包含了发射机电路、接收机电路以及通信天线,可以应用于个人通信和无线局域网络中。在这个系统中,数字处理部分主要是对数字信号进行处理,包括采样、压缩和编码等,然后通过数一模转换器变成模拟信号进入模拟信号电路单元。模拟信号电路分为两部分:发射部分和接收部分。发射部分的主要作用是:将数一模转换输出的低频模拟信号与本地振荡器提供的高频载波经过混频器上变频成射频调制信号,然」后将调制好的射频信号经过天线辐射到空间中去。接收部分的主要作用是:先将由天线耦合进来的空间辐射信号(微弱信号)经过低噪声放大器放大,然后与本地振荡信号经过混频器下变频为包含中频信号分量的信号。滤波器的作用就是将有用的中频信号过滤出来后输入模数转换器转换成数字信号,然后进入数字处理部分处理。下面针对图11中的低噪声放大器(LNA)讨论一般射频电路的组成和特点。对于个人通信终端来说,这是一个19GHz的低噪声放大器。图1.2给出了这个放大器的电路原理图,33nH22pF输入四配网络330anaLREIN3n3H7IpF RFOUT2m示207E输出匹配网络图1.2用于个人通信终端的低噪声放大器电路图3ID:"无花大师”上传于微波仿真论坛bbs, feda.cn)仅供学习试用请勿用于商业用推荐畇买正版原书籍国内人气最旺¨微波工桯师交流社区"--微波仿真论坛( bbs . feda.cn)听有资源免费共亨下载ADS应用详解—射频电路设计与仿真注意输入信号是通过一个匹配滤波网络输入放大模块的。放大模块一般采用晶体管的共射极结构,其输入阻抗必须与位于低噪声放大器前面的滤波器的输出阻抗相匹配,从而保证最佳传输功率和最小反射系数。对于射频电路设计来说,这种匹配是必须的。此外,低噪声放大器的输出阻抗必须与其后端的混频器输入阻抗相匹配,从而保证放大器输出的信号能完全无反射地输入到混频器中。这些匹配网络由独立的无源器件或微带线组成,它们在高频情况下的VDD电特性与在低频情况下完全不同图1.3给出了这个功率放大器的电路板图从图上可以看出微带线实际上就是一定长度和宽度的敷铜带,与微带线连接的是片状电阻、电容和电感。了解、分析、设计和最终制造这种射频电路需要了解很多关于射频电路设计的知识和关键课图1.3用于个人通信终端的低噪声题。在本章后面的部分,将对这些知识进行介绍放大器电路板图1.3射频电路理论基础为了进一步了解射频电路,本节将介绍无源元件、传输线理论、史密斯圆图和二端口网络等射频电路的一些基本理论知识。1.3.1无源元件射频电路与数字、低频电路的不同之处就是大量使用无源元件,它们主要用于:◎阻抗匹配或转换。③抵消寄生元件的影响(扩展带宽)。③提髙频率选择性(谐振、滤波和调谐)。移相网络、负载等。无源元件一个很重要的参数就是品质因数( Quality Factor,Q值),其定义见式(1.1),它表示元件或电路在某个频率所存储的能量与所消耗的能量的比值。最大存储能量消耗能量下面以RL并联回路为例,计算电路的品质因数。假设有激励电压为v()=Vo cos(or)(1.2)则电感中的电流为()Ljvosin(or)3)L电感中储存的能量以及最大值分别为Lisin"(croLID:无花大师”上传于微波仿真论坛bbs, Feda.cm)仅供学习试用请勿用于商业用i推荐购买正版原书籍国内人气最旺微波工桯师交流社区"-微波仿真论坛bbs, Feda.cr听有资源免费共亨下载第1章射频电路基础L, mixL电路中每个周期消耗的能量为(1.6)R2R 2Rf将式(1.5)和式(1.6)代入式(1.1)中,可以得到回路的品质因数为RoL有了品质因数的概念,可以更方便地分析无源元件在高频情况下的特性。1.高频电阻低频电子学中最普通的电路元件就是电阻,它的作用是通过将一些电能转化成热能来达到降低电压的目的。电阻的高频等效电路如图14所示,其中电感L模拟电阻两端引线的寄生电感,电容C是考虑到实际引线结构的电容效应而加的寄生电容,模拟电荷分离效应。根据电阻的等效电路图,可以方便地计算出整个电阻的阻抗:Z=joL+(1.8)JOC+1/R图1.5所示描绘了电阻的阻抗绝对值与频率的关系,低频时电阻的阻抗是R,然而当频率升高并超过一定值时,寄生电容的影响成为主要的,它引起电阻阻抗的下降。当频率继续升高时,由于引线电感的影响,总的阻抗上升,引线电感在很高的频率下代表一个开路线或无限大阻抗。10°00^10R频率Hz图14高频电阻等效电路图1.5一个典型的Ik2电阻阻抗绝对值与频率的关系2.高频电容片状电容在射频电路中的应用十分广泛,它可以用于滤波器调频、匹配网络和晶体管偏置等很多电路中,因此很有必要了解它的高频特性。电容的高频等效电路如图1.6所示,其中引线寄生电感用一个串连的电感L表示;引线导体损耗用一个串联的等效电阻R1表示介质损耗用一个并联的电阻R2表示。同样可以得到一个典型的电容器的阻抗绝对值与频率的关系,如图1.7所示。由于存在