天线终端及低噪声放大器设计

第一 电磁仿真软件AWR介 一，AWR简 第二 基于AWR的LNA设 第三章三频段天线终端设 总 致 第一章电磁仿真AWR一，AWR简ARCroraon是全球射频/微波EDA效的设计出技术含量高，稳定可靠的射频微波系统。AWRCorporation总部在加州且在全球各大城市均设有研发、销售和培训中心。采用AWR产品作为研发软件的700多家公司几乎涵盖了射频微AR公司软件主要为射频集成电路(RI),多组件(C),含有高频无线电路及系统的印刷电路板(C)及光电市场所应用。AR公司提供了一套完整的DA软件解决方案，真正简化了产品的概念，仿真和生产的整个流程。AR公司也就产品，库的建立和设计方法提供咨询服务。AR公司对自己的产品不断进行优化与创新，其具有性、前瞻性的产品架构和开放式软件平台，也充分展现了公司在射频、微波和毫米波设计应用领域的专业技术与多年的经验积累，它将电子设计自动化的效率提高到一个前所未有的高度，从而也奠定了它在DA软件市场上的领先位置。二，软件iroaveofie设计套件可以提供业界最强大、最灵活的射频/微波设计环境。该套件可对所有微波/射频相关产品进行设计和开发，包括单片微波集成电路(MIC)、低温共烧陶瓷(T)、混合微波集成电路(I)、射频集成(I)、多层印制电路板()、混合信号或高速数字信号I分析。该套件基于统一的设计平台，实现了精度和速度的最优化，并根据前所未有的开放性和交互性，不仅易于使用，还能在设计过程的各个阶段整合业界一流的工具，该套件提供全面的微波/射频设计和分析功能，具有先进的仿真技术，强大的自动电路提取技术，整合各种仿真工具，具有方便的参数扫描优化调谐MicrowaveOffce三，功能特色及关键技术介适合射频、射频模块及PCB的集成开发环通过Microwaveoffice的设计和分析集成环境可建立完善的开发流程、可以对单片微波集成、射频模块电路及印制电路板进行高效的设计和仿真。全面集成APLACiroaveOfie在独有的开放式R设计环境中整合了ALC卓越的F仿真技术和AR自带的强大仿真器，可将各种模块和非线性设计在一个整合的平台下进行强大而快速的仿真。ALC的线性、交流、噪声、谐波平衡和瞬态仿真器均已集成，可进行精确的侧脸。ARXL库也可以使用ALC本地网进行建模。利用PLC语言丰富的编程能力，可轻松开发任何类型的模型，APLAC的射频设计技术长期以来被广泛的用于诺基亚的设计，全球超过30％的移动射频集成电路使用该技术设计。MTRACE2MTRACE2作为对MTRACE的改进，极大的方便了PCB板的绘制，大大的减少了PCB板所占用的空间，用户可以通过按住shift键的同时双击模型来调整MTRACE的板面布局。新建电路原理图如下所示：2Dshift的同时移动鼠标就可以重新MicrowaveOffce设计套件采用创新的自动电路提取技术，将复杂的互连线的初始建模时间从几个小时缩短为数秒钟。新技术可使得设计人员在设计的初始阶段就建立互连线模型，尽早的发现和解决问题，从而大大减少将来重新设计所耗费的时间和开销。现在，用户可以抛弃基于电路图的传统设计流程，而采用基于布局的模型进行电路提取。通过完善的机制，是的结构的标记和分区自动存入预先设定的模型中，实现布局导向的仿真。通过对MTRACE2接下来我们利用电路抽取技术EXTRACT对该原理图进行提取。首先在电路原理图页面利用快捷键ctrl+L分别添加模块STACKUP和EXTRACT模块。其中STACKUP的设置如前所示，这里我们利用平面电磁仿真工具AXIEM对电路进接下来选取所要抽取的电路部分，这里我们选择全部的微带线，在属性设置对话框的Mdloton页中选中EMETTOTION下的Eable选项，确定后右键提取模块选择AdErain如下所示：提取后在rjet页的MSruure节点下就会出现提取出的平面电磁结构并且软件自动添加端口。如上图右所示。此时，此电磁结构的3D用户更好的设计产品，用户还可以根据自己的需求在对其进行仿真之前进行网格划分，如下图所示：户还可该电磁在opton选项的mh页修改网分的标满382X-Model和MicrowaveOfficeMTEEXMLEFX等在原有模型的基础上更加精确，智能原件模型MTEEX$,MSTEPX$等提高了设计者的工作效率，保证了设计的正确性。例如MTEEX$可以根据三个端口所接微带线的宽度自动设置，如下图所示第二AWRLNA一，理论 输出阻抗匹配网络，如上图所示大器两种。属于线性放大器的有A类、B类及AB类放大器。属于非线性放大器的则有CD类、E类、F类等类型的放大器。下面重点讨论线性放大器：1）A类功率放大器是所有类型功率放大器中线性最高的，其功率元件在输入信号的全部周期是导通的，即导通角为360°，但其效率却非常低，在理想状态下只能达到50％，而在实际电路中，则仍限制在30%以下。2）B180°其效率在理想状态下可达78%，但在实际电路中所能达到的效率不会超过60%。3）AB类功率放大器的特性介于A类与B比正弦波信号峰值小的非直流电流，因此导通角大于180°但远小于360°。一般情况下，其效率介于30%～60%之间。在阻抗匹配网络的设计中，在功率放大器的设计中，阻抗匹配网络的设计是关键，若匹配电路设计不当，则功率就不能有效地传输到下一级，因而得不到最佳输出，这样，这样不仅使功率放大器的效率显著下降，而且频率响应变坏，从而得不到良好的工作性能。要实现最大的功率传输，必须使负载阻抗和源阻抗匹配。实现上述匹配的通常做法是在源和负载之间插入一个无源网络。这种无源网络通常被称为匹配网络。然而，它们的功能并不仅限于为实现理想功率传输而在源和负载之间进行阻抗匹配，事实上，许多实际的匹配网络并不是仅仅为减小功率损耗而设计的，它们还具有其他功能，比如减小噪声干扰、提高功率容量和提高功率响应的线性度等。通常认为，匹配网络的用途就是实现阻抗变换，就是将给定的阻抗值变换成变换成其他更合适的阻抗值。本次设计采用两级放大器级联形式，所以匹配电路有：输入匹配电路、输出匹配电路和级间匹配电路。二，软件仿AvagoATF54143E-PHEMTATF54143450MHz-6GHzLNA与典型的D-PHEMT不同的是该器件并不需要在门级上加负电压偏置，而是在门但是与一般的双极性晶体管不同，他的偏置电压不是0.7V，而是工作在大约首要问题是需要适合的直流工作点，我们选取ATF54143的典型直流工作点参数Vdd=3V,Ids=60mA。从上可以得到相应的直流工作点的s参数模型，结合上述设计原则以及s参数数据。我们设计出如下图LNA偏置电路。ATF54143的datashee料导DataFile，将其改为三端口的layoutsymbolFR40034.3。由此根据AWR带的工TXLINE可以计算出对应于50Ω的微带线的宽度。4的高阻抗线作为射频扼流圈，对该电路进行稳定性分析得到结果K1.5GHz-3GHz1，B10，所以能够AXIEM分别对这两种抽取方法得到的偏置电路的s11做一比较如下图所示：如上即可利用AXIEM对该电路的s111.5GHz-3GHzNF1.5.45GHz1db。满足通常情况下对噪声的要求，符合一般的设计标准。最后我们得到第三频段天线终端设75mm×75mm×0.8mm4.4FR4的板材。在基板的一面是地，尺寸为41mm×75mm。另外一面是材料为铜的贴片作为辐射体，打开AR软件新建电磁结构图，在pf中添加rud选项。二维和三维视之间的耦合来实现的。其中各个圆环的尺寸如下所示(由里到外标记各圆环分别为BCD)：A圆环：内圆直径2mm，环宽1mm B圆环：内圆直径5.78mm，环宽1.35mmC圆环：内圆直径10.48mm，环宽1.5mm D圆环：内圆直径14mm，环宽1.46mm首先我们对该电磁结构添加网格划分的注释对其进行网格划分，划分密度选择为ral，Dciain选项选择meum并将模型厚度默认为0.得到对该结构的网格划分如下所示。有划分结果可以看出，在地板上由于结构简单网格划分较为稀疏，而在辐射体同心圆环组上由于结构越来越精细，所以网格划分也对该天线模型在2GHz-10GHz可以看到该天线在仿真频段内具有三个谐振频段，分别是2GHz-3.16GHz(中心频率为2.45GHz)，4.9GHz-