ОПрЭКБ лабы / Отчет по работе 10 Среда проектирования MICROWAVE OFFICE

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МВЭ

отчет

по практической работе №10

по дисциплине «Основы проектирования

электронной компонентной базы»

Тема: СРЕДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ MICROWAVE OFFICE

Студент гр.
Преподаватель		Синев А.Е.

Санкт-Петербург

202X

1. Моделирование ФНЧ на сосредоточенных элементах

Линейное моделирование для определения характеристик электрической цепи использует метод узловых напряжений. Оно может применяться для цепей типа усилителей в линейном режиме, фильтров, направленных ответвителей, делителей мощности и других, чьи элементы могут быть описаны матрицей полных проводимостей. Для линейного моделирования характерно определение измеряемых величин типа усиления, устойчивости, коэффициента отражения, коэффициента передачи.

В блок линейного программирования включён блок настройки в реальном масштабе времени, который позволяет настраивать элементы схемы и сразу наблюдать результаты настройки. Имеется возможность также выполнить оптимизацию различными методами и статистический анализ.

1.1. Создание схемы

Создадим схему модели ФНЧ в программной среде AWR с 2-мя портами. Зададим значения индуктивностей и емкостей, а также полосы частот для моделирования.

1.2. Анализ схемы

Выполним расчет и построение графика АЧХ спроектированного ФНЧ (рис. 1). Как мы видим, АЧХ пока не имеет каких-либо заданных границ, их необходимо задать.

Рис. 1. Исходная АЧХ ФНЧ

1.3. Настройка схемы

Выделим элементы для ручной настройки: индуктивности со 2 по 4 и 1, 3 конденсаторы (рис. 2).

Рис. 2. Модель ФНЧ с элементами для настройки

С помощью Variable Tuner будем менять переменные и проверим изменение графика АЧХ в реальном времени.

1.4. Создание переменных параметров для оптимизации

Фильтры – это типично симметричные схемы. В процессе оптимизации параметры симметричных элементов должны изменяться на одинаковую величину. Поэтому оптимизируемый параметр каждой пары тех симметричных элементов, которые должны быть включены в процесс оптимизации, нужно заменить одним общим переменным параметром.

Для среднего элемента, если он в схеме один (в данном случае конденсатор C2) это делать не обязательно.

С помощью Add Equation зададим переменные с параметрами элементов, а в свойства элементов запишем имена этих переменных.

Выберем имена переменных, управляющих характеристиками симметричных элементов, в меню для оптимизации Simulate>Optimize.

1.5. Оптимизация схемы

Чтобы оптимизировать переменные, поставим задачу для программы – зададим желаемые ширины полос пропускания и задержки фильтра (рис. 3).

Рис. 3. Полосы пропускания и задержки на исходном графике АЧХ ФНЧ

Выполним новый расчет графика (рис. 4), который подразумевает оптимизацию переменных и учет заданных полос.

Рис. 4. АЧХ ФНЧ после решения задачи оптимизации

Поскольку АЧХ все равно пересекает границы полос, мы можем изменить техническое задание на более жесткое (раздвинуть границы полос) и попробовать спроектировать фильтр качественнее (рис. 5, 6).

Рис. 5. Модель ФНЧ с заданными границами полос пропускания и задержки, где CAP = 10.1 пФ, C2 = 11.5 пФ, IND = 16.6 нН, L = 30 нН

Рис. 6. АЧХ ФНЧ после изменения ТЗ (АЧХ впишется в менее жесткие границы на рис. 4)

2. Моделирование микрополоскового заграждающего фильтра

2.1. Создание схемы

Построим в программной среде AWR модель заграждающего фильтра, используя микрополоски. Разместим на ней порты.

2.2. Определение параметров подложки

Зададим следующие параметры подложки фильтра:

Ei = 10.44 – относительная диэлектрическая проницаемость;

Н = 0.5 – толщина подложки;

Т = 0.005 – толщина проводника;

Rlio = 1 – удельное сопротивление металла проводника, нормированное к золоту;

Tang = 0.0001 – тангенс угла потерь;

ErNom = 10.44 – номинальная диэлектрическая проницаемость.

Также добавим переменные для симметричных элементов (рис. 7).

Рис. 7. Модель микрополоскового заграждающего фильтра с заданными параметрами подложки и элементов

2.3. Анализ схемы

Построим график АЧХ фильтра (рис. 8).

Рис. 8. График АЧХ исходного микрополоскового фильтра

Назначим переменные и параметры для оптимизации. Новый график заграждающего фильтра с заданными вручную полосами пропускания и заграждения см. на рис. 9.

Рис. 9. АЧХ микрополоскового фильтра с заданными полосами

Точные значения переменных (параметров элементов), рассчитанные в ходе оптимизации, представлены на рис. 10.

Рис. 10. Значения параметров элементов заграждающего фильтра

2.4. Вывод результатов в файл

Выведем результаты оптимизации в файл с помощью инструмента New Output File.

2.5. Создание топологии схемы

Откроем View Layout. Мы видим неупорядоченный «конструктор» из созданных нами микрополосков, на котором красными линиями показаны соединения (рис. 11).

Рис. 11. Неупорядоченные элементы топологии заграждающего фильтра

Упорядочим элементы топологии командой Snap Together (рис. 12).

Рис. 12. Упорядоченные элементы топологии заграждающего фильтра

2.6. Экспорт топологии в файл

Сохраним топологию через Export Layout в файл AutoCAD в формате DXF [DXF Flat,*.dxf].

3. Моделирование балансного смесителя на диодах

Выполним моделирование балансного смесителя с частотой сигнала 4.25 ГГц, частотой гетеродина 3.75 ГГц и промежуточной частотой 0.5 ГГц.

3.1. Создание схемы и анализ ответвителя Ланге

Построим схему ответвителя Ланге (рис. 13). Эта схема состоит только из одного элемента, и мы её будем использовать, чтобы правильно подобрать значения параметров элемента.

Рис. 13. Схема ответвителя Ланге

Построим АЧХ в пределах 2 – 5 ГГц (рис. 14).

Рис. 14. АЧХ ответвителя Ланге с параметрами по умолчанию

Используя Tune, выставим значения параметров элемента: L = 8 mm, S = 2 mm, W = 2 mm. Полученная характеристика теперь нас устраивает (рис. 15).

Рис. 15. Улучшенная АЧХ ответвителя Ланге

3.2. Создание эквивалентной схемы диода.

Создадим эквивалентную схему диода, учитывающую «паразитные» параметры корпуса диода в дополнение к SPICE модели диода.

Схема с параметрами всех элементов представлена на рис. 16.

Рис. 16. Эквивалентная схема диода

3.3. Создание схемы фильтра нижних частот

Далее построим схему ФНЧ (рис. 17)

Рис. 17. Схема фильтра нижних частот

3.4. Создание графика и анализ фильтра нижних частот

Проанализируем ФНЧ. Построим АЧХ для входного и выходного портов (рис. 18).

Рис. 18. АЧХ спроектированного фильтра нижних частот

3.5. Создание схемы смесителя

Созданные ранее схемы был сделаны для того, чтобы использовать их в качестве подсхем в смесителе.

Конструируя смеситель, будем выбирать готовые схемы через или system.syf. Например, ответвитель Ланге найдем как MLANG@system.syf.

Готовая схема балансного смесителя изображена на рис. 19.

Рис. 19. Схема балансного смесителя

3.6. Создание графика потерь преобразования

Рассчитаем график потерь Conversion Loss в dBm (рис. 20).

Рис. 20. Потери преобразования в балансном смесителе

3.7. Создание графика изменения выходного напряжения промежуточной частоты от времени

Узнать, как меняется выходное напряжение с течением времени, можно по рассчитанному графику на рис. 21. Мы можем наблюдать пульсирующую синусоиду.

Рис. 21. Изменение выходного напряжения промежуточной частоты при Pwr = 6 dBm

Изменим мощность входного сигнала (Pwr = 12 dBm) и проверим, как это влияет на изменение напряжения (рис. 22).

Рис. 22. Изменение выходного напряжения промежуточной частоты при Pwr = 12 dBm

3.8. Спектральный анализ

Финальным этапом исследования свойств балансного смесителя является нахождение его спектра. Получим графики для разных величин мощности входного сигнала Pwr (рис. 23, 24).

Рис. 23. Спектр балансного смесителя при Pwr = 6 dBm

Рис. 24. Спектр балансного смесителя при Pwr = 18 dBm