10.3 Система схемотехнического моделирования и конструированияAwr.

Одним из популярных программных продуктов, используемых для проектирования радиочастотных устройств и устройств СВЧ, является AWR DESIGN ENVIRONMENT (AWR DE) компании AppliedWaveResearch. Он включает в себя три инструментальных средства:MicrowaveOffice(MWO),VisualSystemSimulator(VSS) иAnalogOffice(ANO). Эти средства интегрированы в единую среду проектирования и могут использоваться вместе, не выходя из этой среды.

MicrowaveOfficeпозволяет создавать радиоэлектронные схемы, состоящие из ВЧ, СВЧ, КВЧ элементов (сосредоточенных и распределенных) и электромагнитных структур. Схемы могут иметь сложную иерархическую структуру, включающую множество подсхем на различных уровнях иерархии. В качестве подсхем могут использоваться ранее созданные схемы или электромагнитные структуры, а также списки цепей, файлы данных или элементы из библиотек сторонних пользователей. Для создания схем имеется обширная библиотека встроенных схемных элементов.

Для моделирования можно использовать один из методов: линейное моделирование, одночастотный и многочастотный гармонический баланс, ряды Вольтера, электромагнитное моделирование и др. Результаты могут выводиться в различных графических формах или в таблице в зависимости от цели проводимого анализа.

Рассмотрим некоторые возможности системы «AWR» при анализе частотных характеристик фильтров и СВЧ усилителя на транзисторе.

10.3.1 Подготовка к работе со средой Microwave Office

Запустить MicrowaveOfficeможно двойным щелчком на пиктограмме либо щелчком по соответствующей строке программы в стартовом менюWindows. После запуска открывается главное окно среды AWR_DE, где помещены инструменты проектирования радиоэлектронных средств, предоставляемые этой средой проектирования, показанное на рис. 10.25.

Рис. 10.25 Главное окно MicrowaveOffice

Рис. 10.26 Установка размерности

До создания нового проекта рекомендуется установить размерности физических величин используемых в проекте и диапазон (диапазоны) частот, в котором будет анализироваться устройство.

10.3.2 Установка размерности и диапазона частот

После выбора пункта меню Options\Project options…(рис. 10.26). на экране монитора появится окно Project options\Global Units (рис. 10.27).

Рис. 10.27 Установка метрической системы единиц

Для выбора метрических единиц измерения установить флажок «MetricUnits» (рис. 10.27). Затем, в окне «Lengthtype» установить «mm» — конструктивные размеры будущих устройств в мм; в окне «Frequency» — частоту, например, вGHz(ГГц); в окне «Inductance» — значение индуктивностей в «nH» (нГ) и т. д.

Рис. 10.28 Окно установки диапазона частот

Для установки диапазона частот, в котором будет выполняться анализ (оптимизация) схем, необходимо выбрать закладкуFrequencies(рис. 10.28). В левой части в полеCurrentRange(Текущий Диапазон) показаны частоты текущей сетки частот, а в центральной области помещены средства изменения диапазона частотModifyRange(Изменение Диапазона).

Флаг SinglePoint(Одна Точка) установить в выключенное состояние, в результате станут активными три окна вводаStart(Старт),Stop(Конец) иStep(Шаг).

Рис. 10.29 Установка диапазона частот

В окнеCurrentRangeвыделить частоты 1, 2 и нажать кнопкуDeleteSelected.

Затем ввести необходимые значения частот (например, 5.5 — в окне Start(GHz), 7 — в окнеStop(GHz), 0.01 — в окнеStep(GHz)), включить режим «добавления» (Add) и нажать кнопку «применить» (Apply) (рис. 10.29).

Теперь можно сохранить проект под удобным именем, например, «Amplif_NProject.emp(рис. 10.30). Правильнее сохранять в специальной папкеAWR.

Рис. 10.30 Сохранение проекта

Процедуру проектирования рассмотрим на примере проектирования однокаскадного СВЧ усилителя, принципиальная схема которого изображена на рис. 10.31.

Рис. 10.31 Принципиальная схема усилителя

Схема содержит:

- L₁C₁— элементы, трансформирующие входное сопротивление транзистора к уровню сопротивления источника сигнала;

- L₂C₂— элементы, трансформирующие сопротивление фидера к значению сопротивления нагрузки необходимого для транзистора;

- С_р— конденсаторы, разделяющие трансформирующие цепи от источника сигнала и нагрузки;

- L_бл,C_б,R₁,R₂— элементы подачи питания.

На сравнительно низких частотах (например, в КВ диапазоне) для рассчитанных элементов используются стандартные сосредоточенные элементы, их значения измеряются измерительными приборами (измерителями индуктивностей, емкостей, сопротивлений), при необходимости корректируются и обеспечивают работу схемы.

В СВЧ диапазонах элементы с сосредоточенными постоянными заменяются на элементы с распределенными постоянными. Индуктивности реализуют в виде «коротких» (по сравнению с длиной волны) отрезков микрополосковых линий с «большим» волновым сопротивлением, емкости — в виде разомкнутых отрезков с «малым» волновым сопротивлением. Схема, изображенная на рис. 3.1 может быть представлена, например, в таком виде (рис. 10.32).

Рис. 10.32 Принципиальная схема СВЧ усилителя на отрезках линий

Роль элементов L₁C₁выполняют отрезки линий с волновыми сопротивлениямиZ₁иZ_шл1. Назначения остальных элементов можно понять по аналогии.

Для расчета и моделирования элементов схемы теперь приходится использовать более удобные понятия коэффициентов отражения Г(j) илиS(j).