ADS课程设计移相器的设计

1、燕山大学课程设计（论文）任务书燕山大学课程设计题目：射频控制电路移相器的设计学院（系）：理学院年级专业：10电子信息科学与技术学 号：学生姓名：指导教师：教师职称：讲师 副教授院（系）： 理学院基层教学单位：10电子信息科学与技术学号16学生姓名专业（班级）10-微波设计题目射频控制电路移相器的设计设计技术参数1 .设一个移相器2 .工作频带为 3-5 GHz,中心频段为 4 GHz3 .采用并联电容形式时，4GHz处两端口间的相位差为101。4 .采用并联电感形式时，4GHz处两端口间的相位差为 78。设 计 要 求1 .熟练掌握ADS软件及其使用方法2 .学会利用ADS软件进行电路仿真和模

2、拟3 .掌握移相器的基本原理工 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.20092徐兴福.ADS2008射频仿真电路设计.电子工业出版社.20093陈艳华李朝晖夏玮.ADS应用详解一一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

3、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 日燕山大学课程设计说明书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；EDADesigned of RF Phase Control CircuitAbstract: Improved design of a load type phase shifter, the phase shifter of s

4、uch a simple design, with a smaller excitation switching time and lower power, while the return loss can be improved.Keywords: ADS;phase;software design;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

5、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，

6、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 MEM潴件。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。至于第4页共22页燕山大学课程设计说明书单端口反射型移相器的设计

7、，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 Be。设归一化电纳b=0.2,由电 磁理论可得-1心二 cos （一b）Ze= ；Z0 2 1b|11-b第11页共22页于是可得COS- = bon = 02eon= 101.5COS-offboff = 0.21offn= 78.46所以有LB50- .92 410 0.2=9.9nH- B0.2 八/C =9

8、= 0.159pF2丁 N 2二 4 10 50三、设计要求1 .工作频带为3-5 GHz,中心频段为4 GHz2 .采用并联电容形式时,3 .采用并联电感形式时,4GHzft两端口间白相位差为101 4GHzft两端口间白相位差为78四、仿真过程1 .新建ADSCt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 MLIN TL2-SubsHMSubW.W=C _625 mmL=2.5 mmMSuOMSUBMSub2 HR.625 mmEr =9 6Cond=1.0E+50 .Hu=1 Qe+033 mmT=

9、0 mm TanD=O -Rough=0 mmj J2.双击“MSub按照图2修改“MSUB的参数。图23.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【Substrate Parameters 中填入上一步中“ MSub的数据，注意单 位改为 mm Component Parameters】中 Freq 改为 4GHz Electrical 中 Z)=50 Ohm E_Eff=90 deg。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=0.600379mmL=7.398350mm 注意单位为mr

10、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=0.159S-PARAMETERSS_Param SP1Start=3 GHz- Slop-5 GH JSlep=78.399L=7 399 mm -燕山大学课程设计说明书m2freq=4 000GHz

11、 dBiS(2,1)=-0.002图9第13页共22页0 00-S。工(=0巴也P与05图8五、误差分析及更改S11参数如下，图9关闭电感，电容通路的时候，仿真回波损耗mlfreq=3.760GH2 dB(S(1T1)=-82.358 m4 freq=4.000GHz dB(S(1.1)=-33.877燕山大学课程设计说明书关闭电容，电感通路的时候，仿真回波损耗 S11参数如下，图10mlfreq=4 244GHz dB(S(l1)=-84.995m4freq=4 000GHz1)尸田3 758(二)巴黑第29页共22页结论：可见两种方式的仿真结果中心频率都不在 4GHz#。参数计算都是 正确

12、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=6.92 mm,如下图11Termi Num=1 2=50 OhmIL1 - PSutostWSublW=0.600 mmL=6,&2 mm -:修TT1Term 2Mum=2-Z-5C- Otirn仿真结果如下，图12mlfreq=4 000GHz dBS(1J)=-79 595-20-3040-50-7u-M-123 4353 84.04 2freq, GHz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1

13、3m3freq =4 000GHz phase(S(2.i?)=-95 590m2freq=4 OOOGHz dB(S(2 1)尸4 76花田0.014度3 03.2 3j 3.B3.84 04.24 4freq. GHz图13且，在此参数下，关闭电容的仿真结果如下图 14mlfreq=4 000GHzciBiSr 11- 红 /正4.850m4freq=4 52口GHz dB(S(1J)=-92.895I-I_-J-I-I-J-I-j-I-J-I-33.23,43 53$4,04.24,4freq, GFt图14另外两个参数如下图15m2freq=4 000GHz1)尸。00713eq=4

14、000GHz gse(S(2.1)=-7Z473(二包/电a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（关闭电谷）微带线参数 W=0.6 mm, L=8.33 mm, L=5 nH,此情况下不考虑电容 C的 参数。如下图16XKTerm . lernnl Num=1 Z=50 OhmMUNTL1Subst=MSub10W=0.60 mmL=8.33 mm -ferin 7erm2 -Num=2 - Z=50 Ohm.L-5L .L1L=LnHR=C=0.159图16在此参数

15、下关闭电容，仿真结果如下图 17m3freq=4.00DGHz 凶日 5日90,1)=-78826freq, GHzm2freq=4.000GHz dB(SQJ)= 2 475E 7从图17可以看到各项仿真结果已经基本符合设计要求。2 .电谷型移相器（关闭电感）微带线参数 W=0.6 mm L=6.47 mm, C=0.318 pF,不考虑电感参数。如下 图18图18lean Term2 Num=2Z=50 Ohm此参数情况下的仿真结果如下图19m3freq=4 000GHz:phd s%S 1）户-101310(二m2freq-4.000GHz户5 078E-757)四喝mlfreq=4 0

16、00GHzdB(S(1 321二L L)巴里图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=0.6 mm, L=8.33 mnrj且电感L=5 nH,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=0.6 mm L=6.47 mm,且电容C=0.318 pF,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

17、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。7 .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