ADS课程设计移相器的设计.docx

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ADS课程设计移相器的设计

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工

作

量

两周工作日左右

每个工作日六到八小时左右

工

作

计

划

2013/12/17----2013/12/19       实验选题  

2013/12/20----2013/12/24       实验操作  

2013/12/25----2013/12/28       实验论文   

2013/12/29——2013/12/30       论文检查和修饰

参

考

资

料

[1]徐兴福.ADS2008射频仿真电路设计.电子工业出版社.2009 

[2]徐兴福.ADS2008射频仿真电路设计.电子工业出版社.2009 

[3]陈艳华李朝晖夏玮.ADS应用详解——射频电路设计与仿真  人民邮电出版社

指导教师签字

基层教学单位主任签字

说明：

此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

年月日

燕山大学课程设计评审意见表

指导教师评语：

成绩：

指导教师：

年月日

答辩小组评语：

成绩：

评阅人：

年月日

课程设计总成绩：

答辩小组成员签字：

年月日

射频控制电路移相器的设计

摘要：

设计了一个改进的负载型移相器，这类移相器设计简单，具有更小的开关时间和较低的激励功率，同时可以使回波损耗得到改善。

关键字：

ADS；移相器；软件设计；EDA

DesignedofRFPhaseControlCircuit

Abstract:

Improveddesignofaloadtypephaseshifter,thephaseshifterofsuchasimpledesign,withasmallerexcitationswitchingtimeandlowerpower,whilethereturnlosscanbeimproved.

Keywords:

ADS;phase;softwaredesign;EDA

一、引言

移相器是能够对波的相位进行调整的一种装置。

广泛应用于微波通信、雷达和测量系统中，它是一种二端口网络，用于提高输出和输入信号之间的相位差，由控制信号（电流偏置）来控制。

微波移相器是相阵控雷达、卫星通信、移动通信设备中的核心组件，它的工作它的工作频带、插入损耗直接影响着这些设备的抗干扰能力和灵敏度，以及系统的重量、体积和成本，因此宽带、低插损的移相器在军事上和民用卫星通信领域具有重要的意义。

电控移相器有足够的移相精度，移相稳定性高，不随温度、信号电平等变化；插入损耗小，端口驻波小，移相速度快，所需控制功率小。

二、原理

移相器的分类比较复杂，不同种类的移相器的工作原理也有很大差别。

移相器是一种用来校正传输相位的微博组件，，它一般被分为数字移相器和模拟移相器。

数字移相器的相位移差值只能通过一些预定的离散值进行改变；而模拟移相器的相位差值可以通过相应的控制信号的连续变化以连续方式改变。

数字移相器在相控阵天线系统得到了广泛的应用。

相位控制信号加到真累的各个单元，使得辐射波束受控于电子扫面方向。

在微波频段设计数字移相器有两种不同方法。

第一种方法利用铁氧化磁性材料的可开关移相性能；另一种方法主要是采用半导体活MEMS器件。

一般来说，采用半导体活MEMS器件的移相器与铁氧体移相器相比更紧凑，具有更小的开关时间和较低的激励功率。

采用半导体器件的移相器可以分为反射型移相器和传输型移相器。

在反射型移相器中，基本的设计单元是一端口网络，且其反射信号相移由控制信号产生变化。

这种基本单端口移相器可用环流器，也可以用混合桥来变换成两端口原件。

由于容易集成，混合电桥耦合的反射型移相器更为常用。

至于单端口反射型移相器的设计，可以采用开关长度型和开关电抗型设计。

对于传输型半导体移相器，大致可以分为三类，即开关线型移相器，负载线型移相器和开关网络型移相器。

下面我们将进行一个改进的负载线型移相器的设计。

在电长度为90°的传输线两端并联电纳负载，可以使负载型移相器的回波损耗得到显著改善。

等效均匀线的长度为θe。

设归一化电纳b=0.2，由电磁理论可得

|b|<1

于是可得

所以有

三、设计要求

1.工作频带为3-5GHz，中心频段为4GHz

2.采用并联电容形式时，4GHz处两端口间的相位差为101°

3.采用并联电感形式时，4GHz处两端口间的相位差为78°

四、仿真过程

1.新建ADS工程，新建原理图，在“TLines-Microstrip”元器件面板列表中选择微带线“MLIN”和“MSUB”添加到原理图中。

如图1

图1

2.双击“MSub”按照图2修改“MSUB”的参数。

图2

3.在工具栏菜单中调出【LineCale】对话框，计算微带线的数据。

如图3。

图3

在左侧【SubstrateParameters】中填入上一步中“MSub”的数据，注意单位改为mm，【ComponentParameters】中Freq改为4GHz，【Electrical】中Z0=50Ohm，E_Eff=90deg。

设置完成后，单击“Syntheseze”按钮。

微带线的参数就被软件计算出来，在【Physical】中。

W=0.600379mm，L=7.398350mm。

注意单位为mm。

4.更改微带线“MLIN”有关参数，在“Simulation-S_Param”元器件面板列表里选择S参数仿真控制器添加到原理图中。

在“Lumped-Components”元器件面板列表里选择两个电容“C”以及两个电感“L”添加到原理图中。

用导线将各元器件链接起来，并且加入接地点。

如图4。

从工具栏窗口中选择“Var”控件，添加到原理图中，并设置两个参数“L”与“C”且L=9.9，C=0.159

图4

5.单击原理图工具栏按钮，依次单击两个电感。

使电感断路如图5。

图5

6.运行仿真，得到如下图6的结果。

图6

7.再次点击原理图工具栏按钮，一次点击两个电感与两个电容。

使电容断路，电感通路。

如图7

图7

8.运行仿真，结果如下。

见图8

图8

五、误差分析及更改

关闭电感，电容通路的时候，仿真回波损耗S11参数如下，图9

图9

关闭电容，电感通路的时候，仿真回波损耗S11参数如下，图10

图10

结论：

可见两种方式的仿真结果中心频率都不在4GHz处。

参数计算都是正确的。

可能的原因是软件版本的不同跟计算机计算的方式不同。

调整：

调整参数：

更改微带线L=6.92mm，如下图11

图11

仿真结果如下，图12

图12

由图可看出：

更改参数后根据S21参数来看，本移相器基本符合要求，中心频率为4GHz，但是此参数下另外两个参数的情况却不太符合条件，如下图13

图13

且，在此参数下，关闭电容的仿真结果如下图14

图14

另外两个参数如下图15

图15

由上图可看到插入损耗与4GHz处的相位差不符合要求。

至此，我们小组耗费了大量时间与精力，尝试了多种数据组合，找到了比较符合要求的参数组合。

1.电感型移相器（关闭电容）

微带线参数W=0.6mm，L=8.33mm，L=5nH，此情况下不考虑电容C的参数。

如下图16

图16

在此参数下关闭电容，仿真结果如下图17

图17

从图17可以看到各项仿真结果已经基本符合设计要求。

2.电容型移相器（关闭电感）

微带线参数W=0.6mm，L=6.47mm，C=0.318pF,不考虑电感参数。

如下图18

图18

此参数情况下的仿真结果如下图19

图19

如图所示，三个仿真结果基本符合设计要求。

六．结论

用软件中的【LineCacl】计算出来的微带线参数实际仿真结果出来后并不符合设计要求，且相对应的，电感与电容的参数也应作更改。

符合要求的参数为：

1.电感型（关闭电容）移相器

微带线参数W=0.6mm，L=8.33mm，且电感L=5nH，此参数下的电感型移相器仿真结果基本符合设计要求。

2.电容型（关闭电感）移相器

微带线参数为W=0.6mm，L=6.47mm，且电容C=0.318pF，此参数下的电容型移相器仿真结果基本符合设计要求。

3.在我们小组更改参数的时候微带线参数对结果的影响比电感、电容的影响大，且电容型移相器中微带线L参数与电容C参数，跟中心频率成正相关，跟phase（S（2,1））成负相关；电感型移相器中微带线L参数与电感L参数，跟中心频率成负相关，跟phase（S（2,1））成正相关。

七．设计感想

为期一个月的专业综合训练终于落下帷幕，一路走来磕磕碰碰，遇到了各种困难，在摸索中缓慢爬行。

由最初的遇到如此之大误差后的不知所措到最后慢慢开始习惯，更改参数重新来。

我学到了不少设计经验。

通过此次训练，我们真心体会到了理论与实践的差别，以及实践的重要性。

我们所有的设计都是通过软件仿真出来的结果，没有进行过实验，难免会有误差。

通过此次训练，我深深体会到耐心与细心的重要性。

在设计过程中，由于软件仿真不成功，吃了不少苦头，原理图一换再换，参数一改再改。

上网查找了许多资料，尝试了多种参数组合。

去图书馆借阅了些书籍，才整理出点眉目。

好不容易波形有些靠谱，却总是相差那么一点点，每每优化后的图形都差强人意。

日子如流水哗啦啦流逝，可是我们的设计却停滞不前，一再挣扎，组后总算设计出符合要求的移相器。

通过此次专业综合训练我更加觉得团队合作的重要性，在我们的设计进入攻坚阶段的时候，我一度想放弃，但是是我的团队给了我继续下去的力量。

相传佛教创始人释迦牟尼曾问他的弟子：

“一滴水怎样才能不干涸？

”弟子们面面相觑，无法回答。

释迦牟尼说：

“把它放到大海里去。

”这说明，个人再完美，也就是一滴水；一个团队、一个优秀的团队就是大海。

一个有高度竞争力的组织，包括企业，不但要求有完美的个人，更要有完美的团队。

八．参考资料

[1]徐兴福.ADS2008射频仿真电路设计.电子工业出版社.2009 

[2]黄玉兰.ADS射频电路设计基础与典型应用. 人民邮电出版社，2010.1

[3]陈艳华李朝晖夏玮.ADS应用详解——射频电路设计与仿真  人民邮电出版社