天線終端及低噪聲放大器設(shè)計(jì)

第一 電磁仿真軟件AWR介 一，AWR簡(jiǎn) 第二 基于AWR的LNA設(shè) 第三章三頻段天線終端設(shè) 總 致 第一章電磁仿真AWR一，AWR簡(jiǎn)ARCroraon是全球射頻/微波EDA效的設(shè)計(jì)出技術(shù)含量高，穩(wěn)定可靠的射頻微波系統(tǒng)。AWRCorporation總部在加州且在全球各大城市均設(shè)有研發(fā)、銷售和培訓(xùn)中心。采用AWR產(chǎn)品作為研發(fā)軟件的700多家公司幾乎涵蓋了射頻微AR公司軟件主要為射頻集成電路(RI),多組件(C),含有高頻無線電路及系統(tǒng)的印刷電路板(C)及光電市場(chǎng)所應(yīng)用。AR公司提供了一套完整的DA軟件解決方案，真正簡(jiǎn)化了產(chǎn)品的概念，仿真和生產(chǎn)的整個(gè)流程。AR公司也就產(chǎn)品，庫(kù)的建立和設(shè)計(jì)方法提供咨詢服務(wù)。AR公司對(duì)自己的產(chǎn)品不斷進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，其具有性、前瞻性的產(chǎn)品架構(gòu)和開放式軟件平臺(tái)，也充分展現(xiàn)了公司在射頻、微波和毫米波設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)與多年的經(jīng)驗(yàn)積累，它將電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的效率提高到一個(gè)前所未有的高度，從而也奠定了它在DA軟件市場(chǎng)上的領(lǐng)先位置。二，軟件iroaveofie設(shè)計(jì)套件可以提供業(yè)界最強(qiáng)大、最靈活的射頻/微波設(shè)計(jì)環(huán)境。該套件可對(duì)所有微波/射頻相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，包括單片微波集成電路(MIC)、低溫共燒陶瓷(T)、混合微波集成電路(I)、射頻集成(I)、多層印制電路板()、混合信號(hào)或高速數(shù)字信號(hào)I分析。該套件基于統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了精度和速度的最優(yōu)化，并根據(jù)前所未有的開放性和交互性，不僅易于使用，還能在設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段整合業(yè)界一流的工具，該套件提供全面的微波/射頻設(shè)計(jì)和分析功能，具有先進(jìn)的仿真技術(shù)，強(qiáng)大的自動(dòng)電路提取技術(shù)，整合各種仿真工具，具有方便的參數(shù)掃描優(yōu)化調(diào)諧MicrowaveOffce三，功能特色及關(guān)鍵技術(shù)介適合射頻、射頻模塊及PCB的集成開發(fā)環(huán)通過Microwaveoffice的設(shè)計(jì)和分析集成環(huán)境可建立完善的開發(fā)流程、可以對(duì)單片微波集成、射頻模塊電路及印制電路板進(jìn)行高效的設(shè)計(jì)和仿真。全面集成APLACiroaveOfie在獨(dú)有的開放式R設(shè)計(jì)環(huán)境中整合了ALC卓越的F仿真技術(shù)和AR自帶的強(qiáng)大仿真器，可將各種模塊和非線性設(shè)計(jì)在一個(gè)整合的平臺(tái)下進(jìn)行強(qiáng)大而快速的仿真。ALC的線性、交流、噪聲、諧波平衡和瞬態(tài)仿真器均已集成，可進(jìn)行精確的側(cè)臉。ARXL庫(kù)也可以使用ALC本地網(wǎng)進(jìn)行建模。利用PLC語言豐富的編程能力，可輕松開發(fā)任何類型的模型，APLAC的射頻設(shè)計(jì)技術(shù)長(zhǎng)期以來被廣泛的用于諾基亞的設(shè)計(jì)，全球超過30％的移動(dòng)射頻集成電路使用該技術(shù)設(shè)計(jì)。MTRACE2MTRACE2作為對(duì)MTRACE的改進(jìn)，極大的方便了PCB板的繪制，大大的減少了PCB板所占用的空間，用戶可以通過按住shift鍵的同時(shí)雙擊模型來調(diào)整MTRACE的板面布局。新建電路原理圖如下所示：2Dshift的同時(shí)移動(dòng)鼠標(biāo)就可以重新MicrowaveOffce設(shè)計(jì)套件采用創(chuàng)新的自動(dòng)電路提取技術(shù)，將復(fù)雜的互連線的初始建模時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)縮短為數(shù)秒鐘。新技術(shù)可使得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的初始階段就建立互連線模型，盡早的發(fā)現(xiàn)和解決問題，從而大大減少將來重新設(shè)計(jì)所耗費(fèi)的時(shí)間和開銷?，F(xiàn)在，用戶可以拋棄基于電路圖的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，而采用基于布局的模型進(jìn)行電路提取。通過完善的機(jī)制，是的結(jié)構(gòu)的標(biāo)記和分區(qū)自動(dòng)存入預(yù)先設(shè)定的模型中，實(shí)現(xiàn)布局導(dǎo)向的仿真。通過對(duì)MTRACE2接下來我們利用電路抽取技術(shù)EXTRACT對(duì)該原理圖進(jìn)行提取。首先在電路原理圖頁(yè)面利用快捷鍵ctrl+L分別添加模塊STACKUP和EXTRACT模塊。其中STACKUP的設(shè)置如前所示，這里我們利用平面電磁仿真工具AXIEM對(duì)電路進(jìn)接下來選取所要抽取的電路部分，這里我們選擇全部的微帶線，在屬性設(shè)置對(duì)話框的Mdloton頁(yè)中選中EMETTOTION下的Eable選項(xiàng)，確定后右鍵提取模塊選擇AdErain如下所示：提取后在rjet頁(yè)的MSruure節(jié)點(diǎn)下就會(huì)出現(xiàn)提取出的平面電磁結(jié)構(gòu)并且軟件自動(dòng)添加端口。如上圖右所示。此時(shí)，此電磁結(jié)構(gòu)的3D用戶更好的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，用戶還可以根據(jù)自己的需求在對(duì)其進(jìn)行仿真之前進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如下圖所示：戶還可該電磁在opton選項(xiàng)的mh頁(yè)修改網(wǎng)分的標(biāo)滿382X-Model和MicrowaveOfficeMTEEXMLEFX等在原有模型的基礎(chǔ)上更加精確，智能原件模型MTEEX$,MSTEPX$等提高了設(shè)計(jì)者的工作效率，保證了設(shè)計(jì)的正確性。例如MTEEX$可以根據(jù)三個(gè)端口所接微帶線的寬度自動(dòng)設(shè)置，如下圖所示第二AWRLNA一，理論 輸出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，如上圖所示大器兩種。屬于線性放大器的有A類、B類及AB類放大器。屬于非線性放大器的則有CD類、E類、F類等類型的放大器。下面重點(diǎn)討論線性放大器：1）A類功率放大器是所有類型功率放大器中線性最高的，其功率元件在輸入信號(hào)的全部周期是導(dǎo)通的，即導(dǎo)通角為360°，但其效率卻非常低，在理想狀態(tài)下只能達(dá)到50％，而在實(shí)際電路中，則仍限制在30%以下。2）B180°其效率在理想狀態(tài)下可達(dá)78%，但在實(shí)際電路中所能達(dá)到的效率不會(huì)超過60%。3）AB類功率放大器的特性介于A類與B比正弦波信號(hào)峰值小的非直流電流，因此導(dǎo)通角大于180°但遠(yuǎn)小于360°。一般情況下，其效率介于30%～60%之間。在阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，在功率放大器的設(shè)計(jì)中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，若匹配電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，則功率就不能有效地傳輸?shù)较乱患?jí)，因而得不到最佳輸出，這樣，這樣不僅使功率放大器的效率顯著下降，而且頻率響應(yīng)變壞，從而得不到良好的工作性能。要實(shí)現(xiàn)最大的功率傳輸，必須使負(fù)載阻抗和源阻抗匹配。實(shí)現(xiàn)上述匹配的通常做法是在源和負(fù)載之間插入一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò)。這種無源網(wǎng)絡(luò)通常被稱為匹配網(wǎng)絡(luò)。然而，它們的功能并不僅限于為實(shí)現(xiàn)理想功率傳輸而在源和負(fù)載之間進(jìn)行阻抗匹配，事實(shí)上，許多實(shí)際的匹配網(wǎng)絡(luò)并不是僅僅為減小功率損耗而設(shè)計(jì)的，它們還具有其他功能，比如減小噪聲干擾、提高功率容量和提高功率響應(yīng)的線性度等。通常認(rèn)為，匹配網(wǎng)絡(luò)的用途就是實(shí)現(xiàn)阻抗變換，就是將給定的阻抗值變換成變換成其他更合適的阻抗值。本次設(shè)計(jì)采用兩級(jí)放大器級(jí)聯(lián)形式，所以匹配電路有：輸入匹配電路、輸出匹配電路和級(jí)間匹配電路。二，軟件仿AvagoATF54143E-PHEMTATF54143450MHz-6GHzLNA與典型的D-PHEMT不同的是該器件并不需要在門級(jí)上加負(fù)電壓偏置，而是在門但是與一般的雙極性晶體管不同，他的偏置電壓不是0.7V，而是工作在大約首要問題是需要適合的直流工作點(diǎn)，我們選取ATF54143的典型直流工作點(diǎn)參數(shù)Vdd=3V,Ids=60mA。從上可以得到相應(yīng)的直流工作點(diǎn)的s參數(shù)模型，結(jié)合上述設(shè)計(jì)原則以及s參數(shù)數(shù)據(jù)。我們?cè)O(shè)計(jì)出如下圖LNA偏置電路。ATF54143的datashee料導(dǎo)DataFile，將其改為三端口的layoutsymbolFR40034.3。由此根據(jù)AWR帶的工TXLINE可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于50Ω的微帶線的寬度。4的高阻抗線作為射頻扼流圈，對(duì)該電路進(jìn)行穩(wěn)定性分析得到結(jié)果K1.5GHz-3GHz1，B10，所以能夠AXIEM分別對(duì)這兩種抽取方法得到的偏置電路的s11做一比較如下圖所示：如上即可利用AXIEM對(duì)該電路的s111.5GHz-3GHzNF1.5.45GHz1db。滿足通常情況下對(duì)噪聲的要求，符合一般的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。最后我們得到第三頻段天線終端設(shè)75mm×75mm×0.8mm4.4FR4的板材。在基板的一面是地，尺寸為41mm×75mm。另外一面是材料為銅的貼片作為輻射體，打開AR軟件新建電磁結(jié)構(gòu)圖，在pf中添加rud選項(xiàng)。二維和三維視之間的耦合來實(shí)現(xiàn)的。其中各個(gè)圓環(huán)的尺寸如下所示(由里到外標(biāo)記各圓環(huán)分別為BCD)：A圓環(huán)：內(nèi)圓直徑2mm，環(huán)寬1mm B圓環(huán)：內(nèi)圓直徑5.78mm，環(huán)寬1.35mmC圓環(huán)：內(nèi)圓直徑10.48mm，環(huán)寬1.5mm D圓環(huán)：內(nèi)圓直徑14mm，環(huán)寬1.46mm首先我們對(duì)該電磁結(jié)構(gòu)添加網(wǎng)格劃分的注釋對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分密度選擇為ral，Dciain選項(xiàng)選擇meum并將模型厚度默認(rèn)為0.得到對(duì)該結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分如下所示。有劃分結(jié)果可以看出，在地板上由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單網(wǎng)格劃分較為稀疏，而在輻射體同心圓環(huán)組上由于結(jié)構(gòu)越來越精細(xì)，所以網(wǎng)格劃分也對(duì)該天線模型在2GHz-10GHz可以看到該天線在仿真頻段內(nèi)具有三個(gè)諧振頻段，分別是2GHz-3.16GHz(中心頻率為2.45GHz)，4.9GHz-