Лабораторная работа №2 Частотный анализ линейных схем Моделирование транзисторного малошумящего усилителя в программной среде ads
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.
Теоретические сведения
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
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 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Центральная частота ГГц |
6 |
9 |
12 |
14 |
2 |
3 |
4 |
6 |
8 |
Транзистор
|
MGF1412 |
NE71084 |
NE71084 |
NE71084 |
MGF1412 |
MGF1412 |
MGF1412 |
MGF1412 |
NE71084 |
Коэффициент усиления не менее дБ |
12 |
12 |
12 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
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.
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.
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.
Меняя номиналы резисторов, добиться устойчивой работы усилителя.