【无线射频仿真】-射频放大电路的优化及ADS仿真

1/1射频放大电路的优化及ADS仿真1引言在无线通信飞速进展的今日，射频设计具有举足轻重的作用，而放大电路是几乎全部无线通信系统的必备环节。由于工作频率的日益提高，模拟和数字电路设计工程师们正在不断地开发和改进电路，用于无线通信的模拟电路是在GHz波段，高性能的计算机、工作站以及PC机所用电路的时钟频率不断地增加，全球定位系统载波频率在1227.60MHz和1575.42MHz范围，个人通信系统中用的低噪声放大器工作在1.9GHz，并可安装在比硬币还小的电路板上，在C波段的卫星广播包括4GHz上行和6GHz下行系统。随着无线通信的快速进展，更紧凑的放大器、滤波器、振荡器和混频器电路正被设计出来并交付使用。通常这些电路的工作频率高于1GHz。这个设计过程不仅要有独特性能的技术装置，而且要特地设计解决在常用的低频系统中没有遇到过的问题。“放大”是无线通信系统中放射机、接收机中普遍存在并且发挥重要作用的一个环节。下面将以实际的1900MHz放大电路(AMP1900)为例，对其进行多方面的仿真，并加入匹配网络进行优化，从而得到改善的射频放大电路。2沟通仿真、S参数仿真和调谐仿真是完成射频设计的一个有力手段，根据最优化的电路图制作实际电路，明显是最高效的。首先给出放大电路AMP1900中用到的子电路BJTpkg：该电路为考虑寄生参量的放大器子电路，beta为他的一个参数，在上层电路中，默认beta值为160。预置电压Vaf为50，E.B漏电流Isc为0.02e-12;端口B、C、E分别标识为Num2，1，3;C1，C2均为120fF;L1，L2，L3均为320pH，其中L1阻值0.01Ω;BJT1即采纳BJTM1模型。在上述子电路基础上建立1.9GHz初始放大电路(加入匹配网络前)如图2所示。其中：仿真频段为100MHz～4GHz，步长10MHz;SRC2中设置电压为5V;终端Term1，Term2分别标识为Num1和Num2，阻抗均为50Ω;Q1中beta值采纳默认的160;DC_Block1，DC_Block2电容值为10pF;DCFeed1，DC_Feed2均为120nH;Rb，Rc阻值分别为56kΩ和590Ω。运行电路仿真，对传输参数和反射参数数据绘图并做标记如图3所示，从图中可以看出，增益曲线比较平坦，泄漏也适当，但阻抗并未匹配。利用ADS调谐功能，加入匹配元件L和C并多次转变参数值，得到输入及输出端匹配网络的电路如图4所示，电路性能在图5中给出。考察图3中的S11数据，并联一个电容C将把标记点朝50Ω恒定电阻圆图靠近，一个串联电感可使其沿50Ω圆朝Smithchart圆心移动。选择的L，C值要使电路无损耗地通过1900MHz。3最优化处理通过在原理图中引入最优化掌握器和优化目标，可以得到最优化的匹配网络。这里优化目标设置S11最大值为-10dB，频率范围1850～1950MHz，对于S22进行类似设置。启动元件最优化处理，设置L优化范围是1～40nH，C优化范围为0.01～1pF。优化处理完成后匹配网络的元件参数值被自动替换为最优值，为电感添加电阻。最终得到放大电路如图6所示。图6中元件参数设置：仿真频段100MHz～4GHz，步长10MHz;SRC2中设置电压为5V;终端Terml，R1分别标识为Num1和Num2，阻抗均为50Ω;Q1中beta值采纳默认的160;DC_Block1，DC_Block2电容值为10pF;DC_Feed1，DC_Feed2均为120nH;Rb，Rc阻值分别为56kΩ和590Ω。匹配网络中，L_match_in为18.3nH12Ω，C_match_in为0.35pF，L_match_out为27.1nH6Ω，C_match_out为0.22pF。同样对最优化电路运行S参数仿真，可以得到接近抱负的电路性能如图7所示。4结语改善射频系统的性能，必需首要改进其各个功能部件的性能指标。比较图3和图7可以明显看到该放大电路性能的提升，这对于最大功率传输、抑制回波损耗等具有显著的改进作用。软件仿真是提高工作效率的一条捷径，诸如ADS等高频仿真设计软件供应了牢靠的设计依据，对射频系统设计也是必不行少的助手。根据上述优