ads課程設計-- 射頻控制電路移相器的設計

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p>　　題目： 射頻控制電路移相器的設計 </p><p>　　學院（系）： 理學院 </p><p>　　年級專業(yè)： 10 電子信息科學與技術 </p><p>　　學 號： </p>&l

2、t;p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　教師職稱： 講師 副教授 </p><p>　　課程設計（論文）任務書</p><p>　　院（系）： 理學院 基層教學單位：10 電子信息科學與技術

3、</p><p>　　說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。</p><p>　　射頻控制電路移相器的設計</p><p>　　摘要：設計了一個改進的負載型移相器，這類移相器設計簡單，具有更小的開關時間和較低的激勵功率，同時可以使回波損耗得到改善。</p><p>　　關鍵字：ADS；移相器；軟件設計；EDA</

4、p><p>　　Designed of RF Phase Control Circuit</p><p>　　Abstract:Improved design of a load type phase shifter, the phase shifter of such a simple design, with a smaller excitation switching time and

5、lower power, while the return loss can be improved.</p><p>　　Keywords:ADS;phase;software design;EDA</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　移相器是能夠對波的相位進行調整的一種裝置。廣泛應用于微波通信、雷達和測量系統中，它

6、是一種二端口網絡，用于提高輸出和輸入信號之間的相位差，由控制信號（電流偏置）來控制。</p><p>　　微波移相器是相陣控雷達、衛(wèi)星通信、移動通信設備中的核心組件，它的工作它的工作頻帶、插入損耗直接影響著這些設備的抗干擾能力和靈敏度，以及系統的重量、體積和成本，因此寬帶、低插損的移相器在軍事上和民用衛(wèi)星通信領域具有重要的意義。電控移相器有足夠的移相精度，移相穩(wěn)定性高，不隨溫度、信號電平等變化；插入損耗小，端口駐

7、波小，移相速度快，所需控制功率小。</p><p><b>　　原理</b></p><p>　　移相器的分類比較復雜，不同種類的移相器的工作原理也有很大差別。移相器是一種用來校正傳輸相位的微博組件，，它一般被分為數字移相器和模擬移相器。數字移相器的相位移差值只能通過一些預定的離散值進行改變；而模擬移相器的相位差值可以通過相應的控制信號的連續(xù)變化以連續(xù)方式改變。<

8、;/p><p>　　數字移相器在相控陣天線系統得到了廣泛的應用。相位控制信號加到真累的各個單元，使得輻射波束受控于電子掃面方向。在微波頻段設計數字移相器有兩種不同方法。第一種方法利用鐵氧化磁性材料的可開關移相性能；另一種方法主要是采用半導體活MEMS器件。一般來說，采用半導體活MEMS器件的移相器與鐵氧體移相器相比更緊湊，具有更小的開關時間和較低的激勵功率。</p><p>　　采用半導體器件

9、的移相器可以分為反射型移相器和傳輸型移相器。在反射型移相器中，基本的設計單元是一端口網絡，且其反射信號相移由控制信號產生變化。這種基本單端口移相器可用環(huán)流器，也可以用混合橋來變換成兩端口原件。由于容易集成，混合電橋耦合的反射型移相器更為常用。至于單端口反射型移相器的設計，可以采用開關長度型和開關電抗型設計。對于傳輸型半導體移相器，大致可以分為三類，即開關線型移相器，負載線型移相器和開關網絡型移相器。</p><p&g

10、t;　　下面我們將進行一個改進的負載線型移相器的設計。</p><p>　　在電長度為90°的傳輸線兩端并聯電納負載，可以使負載型移相器的回波損耗得到顯著改善。等效均勻線的長度為θe。設歸一化電納b=0.2，由電磁理論可得</p><p><b>　　|b|<1</b></p><p><b>　　于是可得</b

11、></p><p><b>　　所以有</b></p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　1.工作頻帶為3-5 GHz，中心頻段為4 GHz</p><p>　　2.采用并聯電容形式時，4GHz處兩端口間的相位差為101°</p><p&g

12、t;　　3.采用并聯電感形式時，4GHz處兩端口間的相位差為78°</p><p><b>　　仿真過程</b></p><p>　　1.新建ADS工程，新建原理圖，在“TLines-Microstrip”元器件面板列表中選擇微帶線“MLIN”和“MSUB”添加到原理圖中。如圖1</p><p><b>　　圖1</b

13、></p><p>　　2.雙擊“MSub”按照圖2修改“MSUB”的參數。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　3.在工具欄菜單中調出【LineCale】對話框，計算微帶線的數據。如圖3。</p><p><b>　　圖3</b></p><p&

14、gt;　　在左側【Substrate Parameters】中填入上一步中“MSub”的數據，注意單位改為mm，【Component Parameters】中Freq改為4GHz，【Electrical】中Z0=50 Ohm，E_Eff=90 deg。設置完成后，單擊“Syntheseze”按鈕。微帶線的參數就被軟件計算出來，在【Physical】中。W=0.600379mm，L=7.398350mm。注意單位為mm。</p>

15、;<p>　　4.更改微帶線“MLIN”有關參數，在“Simulation-S_Param”元器件面板列表里選擇S參數仿真控制器添加到原理圖中。在“Lumped-Components”元器件面板列表里選擇兩個電容“C”以及兩個電感“L”添加到原理圖中。用導線將各元器件鏈接起來，并且加入接地點。如圖4。從工具欄窗口中選擇“Var”控件，添加到原理圖中，并設置兩個參數“L”與“C”且L=9.9，C=0.159</p>

16、;<p><b>　　圖4</b></p><p>　　5.單擊原理圖工具欄按鈕，依次單擊兩個電感。使電感斷路如圖5。</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　6.運行仿真，得到如下圖6的結果。</p><p><b>　　圖6</b><

17、;/p><p>　　7.再次點擊原理圖工具欄按鈕，一次點擊兩個電感與兩個電容。使電容斷路，電感通路。如圖7</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　運行仿真，結果如下。見圖8</p><p><b>　　圖8</b></p><p><b>　　誤

18、差分析及更改</b></p><p>　　關閉電感，電容通路的時候，仿真回波損耗S11參數如下，圖9</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　關閉電容，電感通路的時候，仿真回波損耗S11參數如下，圖10</p><p><b>　　圖10</b></p>

19、<p>　　結論：可見兩種方式的仿真結果中心頻率都不在4GHz處。參數計算都是正確的?？赡艿脑蚴擒浖姹镜牟煌嬎銠C計算的方式不同。</p><p><b>　　調整：</b></p><p>　　調整參數：更改微帶線L=6.92 mm，如下圖11</p><p><b>　　圖11</b></p&

20、gt;<p>　　仿真結果如下，圖12</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　由圖可看出：更改參數后根據S21參數來看，本移相器基本符合要求，中心頻率為4GHz，但是此參數下另外兩個參數的情況卻不太符合條件，如下圖13</p><p><b>　　圖13</b></p>

21、<p>　　且，在此參數下，關閉電容的仿真結果如下圖 14</p><p><b>　　圖14</b></p><p>　　另外兩個參數如下圖15</p><p><b>　　圖15</b></p><p>　　由上圖可看到插入損耗與4GHz處的相位差不符合要求。</p>

22、<p>　　至此，我們小組耗費了大量時間與精力，嘗試了多種數據組合，找到了比較符合要求的參數組合。</p><p>　　1.電感型移相器（關閉電容）</p><p>　　微帶線參數W=0.6 mm ，L=8.33 mm，L=5 nH，此情況下不考慮電容C的參數。如下圖16</p><p><b>　　圖16</b></p>

23、<p>　　在此參數下關閉電容，仿真結果如下圖17</p><p><b>　　圖17</b></p><p>　　從圖17可以看到各項仿真結果已經基本符合設計要求。</p><p>　　2.電容型移相器（關閉電感）</p><p>　　微帶線參數W=0.6 mm，L=6.47 mm，C=0.318 pF,

24、不考慮電感參數。如下圖18</p><p><b>　　圖18</b></p><p>　　此參數情況下的仿真結果如下圖19</p><p><b>　　圖19</b></p><p>　　如圖所示，三個仿真結果基本符合設計要求。</p><p><b>　　結論&

25、lt;/b></p><p>　　用軟件中的【LineCacl】計算出來的微帶線參數實際仿真結果出來后并不符合設計要求，且相對應的，電感與電容的參數也應作更改。符合要求的參數為：</p><p>　　電感型（關閉電容）移相器</p><p>　　微帶線參數W=0.6 mm ，L=8.33 mm，且電感L=5 nH，此參數下的電感型移相器仿真結果基本符合設計要求

26、。</p><p>　　電容型（關閉電感）移相器</p><p>　　微帶線參數為W=0.6 mm，L=6.47 mm，且電容C=0.318 pF，此參數下的電容型移相器仿真結果基本符合設計要求。</p><p>　　3.在我們小組更改參數的時候微帶線參數對結果的影響比電感、電容的影響大，且電容型移相器中微帶線L參數與電容C參數，跟中心頻率成正相關，跟phase(S

27、(2,1))成負相關；電感型移相器中微帶線L參數與電感L參數，跟中心頻率成負相關，跟phase(S(2,1))成正相關。</p><p><b>　　設計感想</b></p><p>　　為期一個月的專業(yè)綜合訓練終于落下帷幕，一路走來磕磕碰碰，遇到了各種困難，在摸索中緩慢爬行。由最初的遇到如此之大誤差后的不知所措到最后慢慢開始習慣，更改參數重新來。我學到了不少設計經驗

28、。</p><p>　　通過此次訓練，我們真心體會到了理論與實踐的差別，以及實踐的重要性。我們所有的設計都是通過軟件仿真出來的結果，沒有進行過實驗，難免會有誤差。</p><p>　　通過此次訓練，我深深體會到耐心與細心的重要性。在設計過程中，由于軟件仿真不成功，吃了不少苦頭，原理圖一換再換，參數一改再改。上網查找了許多資料，嘗試了多種參數組合。去圖書館借閱了些書籍，才整理出點眉目。好不容

29、易波形有些靠譜，卻總是相差那么一點點，每每優(yōu)化后的圖形都差強人意。日子如流水嘩啦啦流逝，可是我們的設計卻停滯不前，一再掙扎，組后總算設計出符合要求的移相器。 </p><p>　　通過此次專業(yè)綜合訓練我更加覺得團隊合作的重要性，在我們的設計進入攻堅階段的時候，我一度想放棄，但是是我的團隊給了我繼續(xù)下去的力量。相傳佛教創(chuàng)始人釋迦牟尼曾問他的弟子：“一滴水怎樣才能不干涸？”弟子們面面相覷，無法回答。釋迦牟尼

30、說：“把它放到大海里去?！边@說明，個人再完美，也就是一滴水；一個團隊、一個優(yōu)秀的團隊就是大海。一個有高度競爭力的組織，包括企業(yè)，不但要求有完美的個人，更要有完美的團隊。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1]徐興福.ADS2008射頻仿真電路設計.電子工業(yè)出版社.2009 </p><p>　　[2]