ADS系统级仿真.docx

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ADS系统级仿真

实验5ADS系统级仿真

实验目的：

1.了解收发信机的基础知识；

2.掌握利用ADS中行为级模块进行系统级仿真的方法。

1使用如滤波器、放大器、混频器等行为级的功能模块搭建收发信机系统。

2运用S参数仿真、交流仿真、谐波平衡仿真、瞬态响应仿真

等仿真器对收发信机系统的各种性能参数进行模拟检测。

实验内容：

5.1收发信机的基础知识

5.2外差式接收机的系统级仿真

5.1收发信机的基础知识

1•接收机接收机将通过信道传播的信号进行接收，提取出有用信号。

接收机一般具有接收灵敏度、选择性、交调抑制、噪声系数等性能参数。

接收机的实现架构可分为：

超外差、零中频和数字中频等。

典型无线接收机框图（超外差式）

LO

接收机各部分的作用和要求如下:

1射频滤波器1（FPFilterl）

选择信号频段、限制输入信号带宽、减小互调失真。

抑制杂散信号，避免杂散响应。

减少本振泄漏，在频分系统中作为频域相矢器。

②低噪声放大器（LNA）

在不使接收机线性度恶化的前提下提供一定的增益。

抑制后续电路的噪声，降低系统的噪声系数O

③射频滤波器2（FPFilter2）

抑制由低噪声放大器放大或产生的镜频干扰。

进一步抑制其他杂散信号。

减少本振泄漏。

4混频器（Mixer）

将射频信号下变频为中频信号。

是接收机中输入射频信号最强的模块，其线性度极为重要，同时要求较低的噪声系数。

5本振滤波器（InjectionFilter）

滤除来自本振的杂散信号。

6本振信号源（LO）为接收机提供本地振荡信号。

7中频滤波器（IFFilter）抑制相邻信道的干扰，提供选择性。

滤除混

频器产生的互调干扰。

如果存在第二次变频，需要抑制第二镜频。

8中频放大器（IFAMP）将信号放大到一定的幅度，供后续电路（如数

模转换器或解调器）处理。

通常需要较大的增益并实现增益控制。

2.发射机

发射机是一个非常重要的子系统，无论是语音、图像，还是数字信号，要利用电磁波传送到远端，都必须使用发射机产生信号，然后经调制放大送到天线。

发射机一般具有频率、带宽、功率、辐射杂散等性能指标参数，发射机的实现架构可分为：

超外差、零中频和数字中频等。

5.2外差式接收机的系统级仿真

□建立工程

□建立行为级模型构成的系统

□系统仿真

口建立行为级模型构成的系统

建立工程的具体步骤如下：

1运行ADS，弹出4DS的主窗口。

2选择【Fill】ftNewProject!

命令，弹出存旳Project-｛新建工程）对话框口对话框中的默认工作路径为

UC:

\Users\defaultsV\^路径的末尾输入工程名：

rfAysteinD在[ProjedTechnologyFiles]栏中选择紜ADSStandard:

Lengthuuit-mUUmeterHt即工程中的默认长度单位为臺米■

3点击【OK】按钮.完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。

射频前端电路参数设置

I•微波带通滤波器

•切比雪夫带通滤波器阶数，4

•中心频率：

2140MHz

•3dB带宽：

80MHz

•阻带带宽：

400MHz

Fiiter-Bandpass元件面板

System-Anip&Mixer元件面板

BPFChebyshev

•BPF1

fcenterA2140MHz

BWpa&s=80MHz

Apass=3dBRippAe-0

1dBBWItCp=400

MHzAstop=25dB

N=4

HL信号源（交流功率源〉端口：

1输出阻抗：

50Q

功率方程：

P=polar（dbmfow（RF_pwr）,0）变量RFpwr频率匸变fiRF_frAqMHz

Sources-FreqDomain元件面扳

VL移相器和功分器

由于要将接收信号分为同相和正交两路，所以本振信号也要分为

JFneq=LOJreqMHi

PwrSph（2

PWR2

詡彳

入混频器混频，所以还要用到移相器和功率分离器，它们都可以从

System-Passivepalett中找到的。

Sysfem-Ainp&Mixer兀件面扳SourcAs-FreqDomain兀件面扳

Mixer

MtXISideBand=LOWER

ConvGam-dtipolar（10,3）

4SI1=polar（0.0）

S22=polar（0J80>

$33=0

NF=13dB

PhaseShrftSMLPS1

Phase=90

ZRef=5Q.Ohm

iF

System-PassivtTtff面扳

•NiF=1-3dB.

•••iL•■••■••

•蒯se；■■r■

■

MIX2>”

Sjde&and=LOWiER..

Cw>AA=dtbpciar（10?

0）Sll-polarAD）

*S22-pcton01v

eooa

中频部分电路参数设置

中频部分分两条支路，每条都由一个信道选择带通滤波器和基带放大器级

联而成。

VIL信道选择滤波器

•切比雪夫带通滤波器阶数‘5

•中心频率二318MHz

•3dB带宽二5NIHz

•阻带带宽：

40、田忑

•带外衰减:

35d

•通带波纹：

0,01d

VII冲频放大器

•增益二在24F6JB之间可调，所以也设为变量G5

•NF：

15d

最后在中频输出端加入端口Term2和Tenn3

中频部分电路

JCOTI「

Jiaffll..h

Dhn

•••

•••

BPF2

•••

Fwn（tf=-31&MH;6ApAM>5R,Pple*Q01d6e/VstDp-40MH2AMop;勾5dB"

WP：

S2i<«pdarlG5.）3G;•胡任Rle叩助》•■S22«pdiM0.W■rS12*O

NF-ttdB

EPF3••

r«n（er-3ieynj

BWpua^SUH2fi-ppte*O01<1SGWsoA-iQMHzAjtop

N«5A・『・

MtP3

S21-Otp6arA5.180）

51t*poiar（D.O）-

S22AMM0.m>■S12-0

NF*i5d8

Fliwri.Ta

m2.”

Num»3Z

SOCMw

t>

llPftB

完整接收机电路图

□系统仿真

1接收机频带选择性仿真

2接收机信道选择性仿真

3接收机系统预算增益仿真

4接收机的下变频分析

5接收机的相位噪声分析

6本振输出功率对接收机性能的影响

①接收机频带选择性仿真

使用S参数仿真进行接收机的系统选择性分析”首先是接收机的频带选择性分析.

SparameterSimulationController设置：

1GHz〜3GHz步进；10MHz

〔专禺I丸魅ETH窝S

砧rm1

SRiStaitalCGHz

IN>UTP-1

Stcp=3GHzStep*IDAIHz

Z-MJOhm

1>——

Twin2

BPFI（c«fM«r=2H0

Amplih#r2

2-MQhni

MH1BWfuwflO

M1P1

MHfde网咖oian

S21=dbpdwai180）

<00hlH/

S11po«ar（0.0）i

AslopeOB

S2?

=£刈ar（Q180）

S12=0

NF-20B

N-4

接收机频带选择性仿真结果

估算接收机射频前端电路通带中心频率S21的最大值画出S21的仿真结果图形，并用光标标出通带中心频率（2.14

GHz）的值。

用DeltaMarke标出在偏离中心频率70MHz处S21的值。

观察通带内的波动情况，分析通带内的波动最大值

接收机频带选择性仿真结果

②接收机信道选择性仿真

信道选择功能主要由中频滤波器完成，对于这里的直接下变频方案就要靠基

带低通滤波器来实现，接下来进行信道选择性的仿真。

仿真的电路图就是完整的接收机原理图。

此处利用一个交流功率源来模拟通过天线进入接收机的射频信号。

输入功率

和信号频率在变量VAR中赋值，这里用的是接收机所能接收的最低信号电平・

108dBm,S此将基带信号放大器的增益定为增益66dB。

信号源和变量VAR的参数设置

〉信号源（交流功率源）

端口壬1输出阻抗；50Q

功率方程：

P=polar（dbmtow（RF_pAr）A）变量RFpwr频率：

变昴RF仏qMHz

〉变量VAK

RFfreq-2140LO_freq=1822

RFpwi-108

G5=66

Cntel*4MMiriCL0|

i»>ciwx*

L..

jgavAikM-deAtaAI.TSir

r

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也1

•n

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•IPF?

w•:

gum0・

IH512-CW

fl®

4>A

AW]

523-«««t3阿

HP■冲曄

XvWSt

w

S3>t

Sources-FreqDomain元件面板

S参数仿真控制器参数设置

接收机信道选择性仿真电路图

从下图中可以看到，中心频率2.14GHz处的增益为96dB,为系

统的最大增益；邻道抑制达到了36•9dB;通频带宽为4MHz，一般

接收的信息都集中在离中心频率2MHz的范围内，因此不会导致接

收到的信号产生较大的失真；通带内的波动不大于0.1d

接收机信道选择性仿真结果

③接收机系统算增益仿真

通过这个仿真我们将看到系统总增益在系统各个部分中的分配情况。

预算增益仿真在谐波平衡分析以及交流分析中都可以进行，但如果在交流仿真中进行的话，混频器不能是晶体管级的。

因为这里进行的是行为级仿真，混频器的非线性特征是已知的，所以此处就用交流分析来进行仿真。

在电路图中加入交流仿真控制器・交流仿真控制器参？

■〔设置

•频率：

2.14GHz

•频率转换（EnableACfrequencyconversion）:

允许Yes

•预算（Perfoirnbudgetdimulation）：

执行Yes

SimulatiotkAC元件面板

AC1

FreqConversion=yesOutputBudgetiv=yesFreq=2.14

GHz

预算路径设定和预算增益方

程建立

预算分析还有两项很重要的设置是预算路径设定和健立预算增益方程口

输入端选择：

Portl

•预算路径设定：

可以在仿真的下拉菜单中找到•点击菜单

ISimulate]—>[GenerateBudgetPathA」，弹出如下窗口口

输出端选择：

Terml（因为I/Q两支路的增益分配完全相同，故任意仿真其中的一条即可）

点击Generate和Highlight就可设置好预算路径，同时系统将自动生

成预算增益方程。

预算增益路径在电路图中高亮显示。

•budgetjHth-[TORT1.tIVBPF1tTA/AMP!

tT,nPWR1tTIX1tT,WFS.tT/AMP2t2AFTefm1一忖須、

BudGainComponent设置

在原理图中加入BudGainComponent将其设置为如右图所示即可

BligGsir

«mBnBKJlaB•«

BirtiGainl

1PfCRT1:

.50IHf

Simulatiou-AC元件面板

预算增益仿真电路图

预算增益仿真

仿真结束后，选择显示BudgetGainl。

Y轴为BudGainl,但图中并没

有任何曲线生成。

如果在Y轴的BudGainl后键入［0］后，增益预算曲线就出现了，这是因为预算增益仿真必须明确指定频率，这里只有唯一的频率

2.14GHz，也就是频率数组中的第1个，故［0］是必须的。

预算增益仿真结果