Приемо-передающие устройства ППУ / my_lab_ppu / 4_LABA / lab 4
.pdf
Рисунок 12
1.3. Проектирование короткозамкнутых шлейфов.
Как уже было сказано ранее, шлейфы TL1 и TL2 из рисунка 4 замыкают IF на землю, при этом для ВЧ они являются четвертьволновым отрезком. С помощью
Tools\LineCalc\Start LineCalc запустим расчет микрополосковых линий. Установим параметры подложки и рассчитаем длину 90° на ВЧ (средняя между RF и LO),
после этого установим ширину в 0,2 мм (минимальное по выбранной технологии),
и посмотрим, какое этому соответствует волновое сопротивление (рисунок 13).
Рисунок 13
Длины и ширины шлейфов TL1 и TL2 равны 4,8 мм и 0,2 мм.
1.4. Расчет согласующих цепей для диодной сборки.
Спроектируем согласующие цепи для диодной сборки на частоту ВЧ. Соберем временную схему cell_DMatching с двумя однотоновыми источниками,
нагруженной на 50 Ом диодной сборкой, подложкой в проекте и моделированием в режиме LSSP со свипом по входной мощности P.
Рисунок 14
Выведем зависимость на диаграмму Смита зависимость S11 и S22 от входной мощности P (рисунок 15). S11 и S22 повторяют друг друга, для оценки плотности точек заменим тип одной на Scatter. Дополнительно нанесем на диаграмму Смита окружность радиусом 0,2, соответствующей КСВН = 1,5 (выражение G0i2).
Рисунок 15
Линии S11 и S22 смещены вниз вправо, выберем точку так, чтобы при согласовании на нее большая часть линий (или там где бо́льшая плотность точек)
переехала внутрь круга радиусом 0,2 и при этом соответствовала разумной мощности P. В примере выбрана точка 47 – j29.5 Ом, мощность P = –4 дБм.
Добавим умный компонент согласующей цепи на одном шлейфе SSMatch
(Microstrip Single-Stub Match) 
из палитры Passive Circuit DG – Microstrip.
Укажем ему частоту, на которую он должен быть настроен F = 10,2 ГГц, входное сопротивление Zin = 50 Ом, выходное сопротивление Zload = 47 – j29.5 Ом,
остальное оставим по умолчанию (рисунок 16).
Рисунок16
Проектирование аналогично кольцевому направленному НО (Design Guide – Passive Circuit). После расчета идем внутрь согласующей цепи и заменим шлейф
TL1 из типа MLEF на тип MLIN (или MLOC). У микрополосков MLEF и MLIN
одинаковый набор параметров, в этом случае можно быстро изменить тип просто переписав имя типа.
Рисунок 17
Две копии спроектированной согласующей цепи расположим перед входами диодной сборки (рисунок 18) и повторим моделирование.
Рисунок 18
Результат моделирования (рисунок 19) показывает, что линии S11 и S22
переехали к центру, т.е. диодная сборка согласована на 50 Ом на частоте ВЧ в разумном диапазоне входных мощностей.
Рисунок 19
1.5. Проектирование широкополосного шлейфа «бабочка».
С помощью умного компонента MBStub (Microstrip Butterfly Radial Stub)
из палитры Passive Circuit DG – Microstrip спроектируем широкополосный шлейф «бабочка». Создадим временную схему cell_MBStub с умным компонентом,
двумя терминаторами, подложкой в проекте и моделированием в режиме S-
параметров (рисунок 20).
Рисунок 20
Проектирование широкополосного шлейфа «бабочка» аналогично проектированию кольцевого НО на умном компоненте, частота на которую его необходимо настраивать та же ВЧ средняя между RF и LO (параметр F). По результатам моделирования необходимо проверить, что широкополосный шлейф
«бабочка» настроен на частоту ВЧ (рисунок 21).
Рисунок 21
1.6. Проектирование ФНЧ.
С помощью умного компонента LCLowpassDT (Doubly Terminated Lowpass
Filter) 
из палитры Filter DG – All спроектируем ФНЧ на сосредоточенных компонентах. Создадим временную схему cell_LPF с умным компонентом, двумя терминаторами и моделированием в режиме S-параметров (рисунок 22).
Рисунок 22
Фильтр должен пропускать IF и не пропускать LO и RF. IF в примере находится в диапазоне до 2,1 ГГц, LO и RF больше 9,5 ГГц. Возьмем эти точки как границы полосы пропускания и запирания. Подавление ВЧ будем смотреть по порядку фильтра и номиналам компонентов. Запускаем помощник по команде
Design Guide/Filter – Filter Control Window, в открывшемся окне проверяем, чтобы был выбран правильный компонент с правильной схемы (рисунок 23). Идем на вкладку Filer Assistant и устанавливаем требования на фильтр. Тип аппроксимации выберем Батерворта (Maximally Flat), потери в полосе пропускания (Ap) 3 дБ,
уровень запирания (As) 30 дБ, граница полосы пропускания (Fp) 2,1 ГГц, полосы запирания (Fs) 9,5 ГГц. Следим за рассчитываемым порядком (Order), желательно,
чтобы он был не более 5, если порядок получается меньше 3, то можно ужесточить требования на фильтр (уровень запирания в полосе заграждения, например).
Рисунок 23
После этого нажимаем Design, и идем в схему внутрь фильтра смотреть рассчитанные номиналы (рисунок 24а).
(а) |
(б) |
Рисунок 24
Полученные номиналы находятся в возможных пределах для конденсаторов и индуктивностей. Округлим их к реально существующим компонентам ряда Е24 5%
(таблица 2, рисунок 24б).
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
– Ряд номиналов Е24 5% |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,5 |
|
1,6 |
|
1,8 |
2,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,2 |
2,4 |
2,7 |
3,0 |
3,3 |
|
3,6 |
|
3,9 |
4,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,7 |
5,1 |
5,6 |
6,2 |
6,8 |
|
7,5 |
|
8,2 |
9,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После этого проведем моделирование и проверим, не испортилась ли характеристика фильтра по отношению к заданной (рисунок 25). Видно, что АЧХ удовлетворяет требованиям.
Рисунок 25
1.7. Сборка смесителя.
Теперь спроектированы все составляющие и можно собрать смеситель целиком, как показано на рисунке 26. Для дальнейших расчетов удобно вынести в отдельные переменные частоты RF, LO и IF и уровни мощности P_RF и P_LO в
дБм. Также при дальнейшем анализе выражениям на графиках необходимо знать значения этих переменных, для этого настроим их передачу в датасет через настройки симулятора на вкладке Output по нажатию Add/Remove (рисунок 27).
Модель балансного смесителя готова. Можно приступать к моделированию.
Рисунок 26
Рисунок 27
2. Моделирование спроектированного смесителя.
Теперь необходимо обмерять спроектированный смеситель и получить его характеристики; кроме того на этом этапе определяются диапазоны входных мощностей при которых он корректно работает.
2.1. Моделирование зависимости коэффициента передачи от мощности
опорного генератора.
Необходимо определить, при какой мощности опорного генератора будет наилучший коэффициент передачи. Зафиксируем мощность P_RF на -30 дБм
(гарантированно линейный участок). Прогоним в контроллере HB1 частоту RF в
рабочей полосе (300 МГц) и в дополнительном ParamSweep мощность P_LO в
диапазоне от 0 дБм до 14 дБм с шагом 1 дБм (рисунок 28).
Рисунок 28
Номер частоты 1 соответствует частоте IF, соответственно, можно определить коэффициент передачи (рисунок 29).
Рисунок 29
Из полученного семейства графиков (рисунок 30) необходимо выбрать ту мощность P_LO, при которой участок как можно более линеен, но при этом коэффициент передачи приемлем (не менее -10 дБ). В примере это P_LO равное 11
дБм, это значение предварительно выбрано как оптимальное значение мощности опорного генератора.
Рисунок 30