1. Линейный анализ схемы:

   1. Выполните моделирование зависимости емкости полупроводникового варакторного диода от приложенного напряжения. Для этого опишите схему, представленную на рис. 2. Для развязки цепи постоянного смещения и СВЧ цепи используйте шлейфы питания или фильтр нижних частот на сосредоточенных элементах. Используйте модель источника напряжения DCVSS с пределами изменения напряжения 0 – 5 В.

Рис. 2 Схема анализа зависимости емкости полупроводникового варактора от приложенного напряжения.

Постройте на фиксированной частоте 2 ГГц зависимость емкости полупроводникового варактора от приложенного напряжения, используя следующий тип характеристики: [Linear/С_PRC]. Определите перестройку величины емкости варактора от напряжения.

2. Выполните моделирование частотной зависимости модуля входной проводимости резонансного контура, показанного на рис. 3 в частотном диапазоне 1 – 3 ГГц. Определите перестройку резонансной частоты резонатора.

Рис. 3 Резонансный контур, состоящий из управляемого напряжением полупроводникового варактора и последовательная индуктивность.

3. Опишите схему усилительного каскада, имеющего отрицательное сопротивление в частотном диапазоне 2 – 3 ГГц. Используйте модель биполярного транзистора Infineon BFR360F. Напряжение питание биполярного транзистора 3 В. Выполните моделирование частотной зависимости мнимой и действительной части полной проводимости на входе (2) усилителя. Определите частотный диапазон, в пределах которого наблюдается отрицательное активное сопротивление.

Рис. 4 Модель усилителя на биполярном транзисторе Infineon BFR360F

4. Определите условия возбуждения генератора. Для этого постройте коэффициент отражения S₁₁ усилительного каскада, имеющего отрицательное сопротивление, коэффициент отражения S₁₁ резонансного контура. Отрицательное сопротивление эквивалентно |S₁₁| > 1. В свойствах диаграммы Смитта Options\Grid\Size снимите флажок Auto Size и выберите Compressed.

Условия возбуждения генератора определяется :

• Равенством по модулю, но противоположному по знаку мнимой части импеданса усилительного каскада и резонансного контура:

Im [Z_ampl] = - Im [Z_res]

• Действительная часть импеданса усилителя является отрицательной и превышает по величине потери в резонансном контуре:

Re [Z_ampl] <0 и |Z_ampl|>|Z_res|

5. Альтернативный подход – построение частотной зависимости полной проводимости, равной сумме входной проводимости со стороны резонатора и со стороны усилителя. Используйте Output Equation.

В соответствии с данными условиями определите частоту генерации (см. рис. 5).

Рис. 5. Расчет параметров усилителя с отрицательным входным сопротивлением

2. Нелинейный анализ генератора

   1. Опишите схему СВЧ генератора, состоящую из усилительного каскада и резонансного контура, как показано на рис. 6. В цепи положительной обратной связи подключите генераторный зонд MeasDevice\Controls\OSCAPROBE. Элемент OSCAPROBE дает возможность определить частоту колебания генератора, используя метод гармонического баланса. Элемент OSCAPROBE должен находиться в схеме верхнего уровня в схемной иерархии. Задайте параметры элемента OSCAPROBE (см. рис. 6.). Используйте модель источника напряжения DCVSS.

Рис. 6. Генератор, содержащий усилительный каскад и резонансный контур

Выполните моделирование дискретного выходного спектра генератора при постоянном смещении на варакторе 2.5 В. Используйте тип характеристики [Nonlinear/Power/PHARM], чтобы определить основную частоту генерации. Определите уровень основной гармоники и оцените уровень подавления высших гармонических составляющих выходного сигнала по отношению к основной гармонике.

Рис. 7. Спектр выходного сигнала генератора

2. Выполните моделирование зависимости частоты генерации ГУН от приложенного напряжения смещения. Для этого постройте зависимость, используя тип характеристики [Nonlinear/Oscillator/OSC_FREQ].

3. Выполните моделирование уровня выходной мощности от приложенного напряжения. Используется тип характеристики [Nonlinear/Power/Pcomp].

4. Выполните моделирование временной зависимости выходного сигнала при выбранном фиксированном напряжении. Используется тип характеристики [Nonlinear/Voltage/Vtime].

3. Анализ спектральной плотности мощности фазовых шумов на основной частоте генерации выходного сигнала генератора в режиме установившихся колебаний выполняется с использованием элемента OSCNOISE. Постойте зависимость уровня спектральной плотности мощности фазовых шумов на основной частоте генерации от величины отстройки от несущей частоты, используя тип характеристики: Nonlinear/Oscillator/L_USB_F.

Рис. 8. Схема ГУН для анализа спектральных характеристик выходного сигнала генератора