Отчет по курсовой

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ «ЛЭТИ»)

ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОНИКИ (ФЭЛ)

КАФЕДРА Радиотехнической электроники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТОЙ БАЗЫ

На тему: Проектирование микроволнового диодного смесителя

(указывается обобщенная тема)

Вариант № 1

Выполнил			Оценка
студент гр. №	5207		Проверил	Синёв А.Е.
	Иванов А.Д.			(Ф И О)
	(Ф И О)		Дата

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2018 г.

ЗАДАНИЕ на курсовой проект

По дисциплине: ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТОЙ БАЗЫ

Вариант № 1

• Частота сигнала, f_C 1,32 ГГц

• Промежуточная частота, f_П 100 МГц

• Частота гетеродина, f_Г 1,22 ГГц

• Направленный ответвитель: переходное ослабление -5 дБ направленность > -30 дБ

• Мощность гетеродина до 20 дБм

• Мощность входного сигнала до 10 дБм

• Корпус SOT23

• Материал диода Si

• Диэлектрическая проницаемость, ε_r 9,8

• Диэлектрическая проницаемость норм., ε_{r norm} 9,8

• Тангенс угла диэлектрических потерь, tgδ ∙^

Оглавление

1. Проектирование микрополоскового направленного ответвителя

Рисунок 1 - Элемент подложки

Рисунок 2 - Схема микрополоскового ответвителя

Рисунок - Частотные зависимости S-параметров ответвителя

Далее по полученной схеме проектируется топология, которую нужно вставить в симулятор электро-магнитной структуры.

Рисунок 4 - Топология ответвителя

Рисунок 5 - Зависимости S-параметров для ЭМ структуры

2. Проектирование диода

В программной среде Synopsys Sentaurus Device Editor создаётся модель структуры диода.

Параметры структуры:

Концентрация примеси в p+ эмиттере: N_a = 1∙10¹⁹ см^-3.

Концентрация примеси в n+ подложке: N_d = 1∙10¹⁹ см^-3.

Концентрация примеси в n базе: N_d = 1∙10¹⁵ см^-3.

При этом создаются гауссовы профили распределения примеси для переходов эмиттер-база и база-подложка.

Программа Sentaurus TCAD позволяет создавать различные структуры и исследовать их статические и динамические параметры.

В Sentaurus Structure Editor создается двумерная структура, а потом в командных файлах прописывается аксиальная симметрия.

Рисунок 6 – Топология и сетка диода

Рисунок 7 – ВАХ диода

Рисунок 8 – ВФХ диода

Рисунок 9 – Временные характеристики диода

Рисунок 10 - Прямая ветвь ВАХ диода в Orcad

Рисунок 11 - Обратная ветвь ВФХ диода в Orcad

Рисунок 12 - Переходная характеристика диода в Orcad ()

Полученные параметры модели диода:

Вставим эти параметры в диод, представленный в виде эквивалентной схемы, учитывающей паразитные емкости и индуктивности корпуса:

Рисунок 12 - Эквивалентная схема диода

3. Проектирование фильтра нижних частот

Для улучшения параметров смесителя на его выходе используется ФНЧ, настроенный на промежуточную частоту.

Рисунок 13 - Схема фильтра нижних частот

Рисунок 14 - S-параметры ФНЧ

4. Проектирование схемы смесителя

Далее создаётся схема смесителя на основе полученных ранее подсхем.

Рисунок 15 - Итоговая схема смесителя

Анализируя полученную схему, получаем зависимости потерь преобразования и спектра мощности.

Рисунок 16 - Потери преобразования с фильтром

Рисунок 17 - Потери преобразования без фильтра

Рисунок 18 - Спектр мощности с фильтром

Рисунок 19 - Спектр мощности без фильтра

Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы был спроектирован микроволновый диодный смеситель. Для создания полупроводниковой структуры диода использовалась программная среда Synopsys Device Editor. Затем в AWR были построены схемы отдельных составляющих диодного смесителя: эквивалентная схема диода, микрополосковый ответвитель, а также фильтр нижних частот. Полученные подсхемы были объединены в одну.

Средствами AWR осуществлялось моделирование полученной схемы на различных этапах её создания. Как видно из сопоставленных зависимостей микрополоскового ответвителя и созданной на его основе электромагнитной структуры, их S параметры несколько отличаются. Это вызвано необходимостью разбивать электромагнитную структуру на сетку для осуществления расчётов, при этом с уменьшением сеточного шага возможно получение более точных результатов, однако для этого требуется значительно больше вычислительной мощности и, соответственно, времени. В результате при моделировании схемы смесителя были получены потери преобразования, превышающие уровень -4.68 дБ.

Список использованных источников

1. Синев А.Е., Тупицын А.Д., Шевченко С. А. Проектирование микроволнового диодного смесителя: учебно-метод.. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. 64 с.

2. National Instruments: http://www.ni.com