ads課程設(shè)計(jì)--射頻控制電路移相器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目： 射頻控制電路移相器的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)院（系）： 理學(xué)院 </p><p>　　年級(jí)專業(yè)： 10 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p>&l

2、t;p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　教師職稱： 講師 副教授 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　院（系）： 理學(xué)院 基層教學(xué)單位：10 電子信息科學(xué)與技術(shù)

3、</p><p>　　說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。</p><p><b>　　年 月 日 </b></p><p>　　射頻控制電路移相器的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：設(shè)計(jì)了一個(gè)改進(jìn)的負(fù)載型移相器，這類移相器設(shè)計(jì)簡單，具有更小的開關(guān)時(shí)間和較低的激勵(lì)功率，同時(shí)可以使回波損耗得到

4、改善。</p><p>　　關(guān)鍵字：ADS；移相器；軟件設(shè)計(jì)；EDA</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 de

5、sign, with a smaller excitation switching time and lower power, while the return loss can be improved.</p><p>　　Keywords:ADS;phase;software design;EDA</p><p><b>　　引言</b></p>&

6、lt;p>　　移相器是能夠?qū)Σǖ南辔贿M(jìn)行調(diào)整的一種裝置。廣泛應(yīng)用于微波通信、雷達(dá)和測(cè)量系統(tǒng)中，它是一種二端口網(wǎng)絡(luò)，用于提高輸出和輸入信號(hào)之間的相位差，由控制信號(hào)（電流偏置）來控制。</p><p>　　微波移相器是相陣控雷達(dá)、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信設(shè)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(shè)備的抗干擾能力和靈敏度，以及系統(tǒng)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(lǐng)域

7、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(hào)電平等變化；插入損耗小，端口駐波小，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(fù)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(shù)字移相器和模擬移相器。數(shù)字移相器的相位移差值只能通過

8、一些預(yù)定的離散值進(jìn)行改變；而模擬移相器的相位差值可以通過相應(yīng)的控制信號(hào)的連續(xù)變化以連續(xù)方式改變。</p><p>　　數(shù)字移相器在相控陣天線系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。相位控制信號(hào)加到真累的各個(gè)單元，使得輻射波束受控于電子掃面方向。在微波頻段設(shè)計(jì)數(shù)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(guān)移相性能；另一種方法主要是采用半導(dǎo)體活MEMS器件。一般來說，采用半導(dǎo)體活MEMS器件的移相器與鐵氧體移相器相比更

9、緊湊，具有更小的開關(guān)時(shí)間和較低的激勵(lì)功率。</p><p>　　采用半導(dǎo)體器件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(shè)計(jì)單元是一端口網(wǎng)絡(luò)，且其反射信號(hào)相移由控制信號(hào)產(chǎn)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(shè)計(jì)，可以采用開關(guān)長度型和開關(guān)電抗型設(shè)計(jì)。對(duì)于傳輸型半導(dǎo)體移相器，大致可

10、以分為三類，即開關(guān)線型移相器，負(fù)載線型移相器和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)型移相器。</p><p>　　下面我們將進(jìn)行一個(gè)改進(jìn)的負(fù)載線型移相器的設(shè)計(jì)。</p><p>　　在電長度為90°的傳輸線兩端并聯(lián)電納負(fù)載，可以使負(fù)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(shè)歸一化電納b=0.2，由電磁理論可得</p><p><b>　　|b|<1&

11、lt;/b></p><p><b>　　于是可得</b></p><p><b>　　所以有</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)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

12、用并聯(lián)電容形式時(shí)，4GHz處兩端口間的相位差為101°</p><p>　　3.采用并聯(lián)電感形式時(shí)，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”

13、添加到原理圖中。如圖1</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　2.雙擊“MSub”按照?qǐng)D2修改“MSUB”的參數(shù)。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　3.在工具欄菜單中調(diào)出【LineCale】對(duì)話框，計(jì)算微帶線的數(shù)據(jù)。如圖3。</p>

14、<p><b>　　圖3</b></p><p>　　在左側(cè)【Substrate Parameters】中填入上一步中“MSub”的數(shù)據(jù)，注意單位改為mm，【Component Parameters】中Freq改為4GHz，【Electrical】中Z0=50 Ohm，E_Eff=90 deg。設(shè)置完成后，單擊“Syntheseze”按鈕。微帶線的參數(shù)就被軟件計(jì)算出來，在【Phy

15、sical】中。W=0.600379mm，L=7.398350mm。注意單位為mm。</p><p>　　4.更改微帶線“MLIN”有關(guān)參數(shù)，在“Simulation-S_Param”元器件面板列表里選擇S參數(shù)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(gè)電容“C”以及兩個(gè)電感“L”添加到原理圖中。用導(dǎo)線將各元器件鏈接起來，并且加入接地點(diǎn)。如圖4。從工具欄窗口中選擇“V

16、ar”控件，添加到原理圖中，并設(shè)置兩個(gè)參數(shù)“L”與“C”且L=9.9，C=0.159</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　5.單擊原理圖工具欄按鈕，依次單擊兩個(gè)電感。使電感斷路如圖5。</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　6.運(yùn)行仿真，得到如下圖6

17、的結(jié)果。</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　7.再次點(diǎn)擊原理圖工具欄按鈕，一次點(diǎn)擊兩個(gè)電感與兩個(gè)電容。使電容斷路，電感通路。如圖7</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　運(yùn)行仿真，結(jié)果如下。見圖8</p><p><b

18、>　　圖8</b></p><p><b>　　誤差分析及更改</b></p><p>　　關(guān)閉電感，電容通路的時(shí)候，仿真回波損耗S11參數(shù)如下，圖9</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　關(guān)閉電容，電感通路的時(shí)候，仿真回波損耗S11參數(shù)如下，圖10<

19、/p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　結(jié)論：可見兩種方式的仿真結(jié)果中心頻率都不在4GHz處。參數(shù)計(jì)算都是正確的?？赡艿脑蚴擒浖姹镜牟煌?jì)算機(jī)計(jì)算的方式不同。</p><p><b>　　調(diào)整：</b></p><p>　　調(diào)整參數(shù)：更改微帶線L=6.92 mm，如下圖11&

20、lt;/p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　仿真結(jié)果如下，圖12</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　由圖可看出：更改參數(shù)后根據(jù)S21參數(shù)來看，本移相器基本符合要求，中心頻率為4GHz，但是此參數(shù)下另外兩個(gè)參數(shù)的情況卻不太符合條件，如下圖13</

21、p><p><b>　　圖13</b></p><p>　　且，在此參數(shù)下，關(guān)閉電容的仿真結(jié)果如下圖 14</p><p><b>　　圖14</b></p><p>　　另外兩個(gè)參數(shù)如下圖15</p><p><b>　　圖15</b></p>

22、<p>　　由上圖可看到插入損耗與4GHz處的相位差不符合要求。</p><p>　　至此，我們小組耗費(fèi)了大量時(shí)間與精力，嘗試了多種數(shù)據(jù)組合，找到了比較符合要求的參數(shù)組合。</p><p>　　1.電感型移相器（關(guān)閉電容）</p><p>　　微帶線參數(shù)W=0.6 mm ，L=8.33 mm，L=5 nH，此情況下不考慮電容C的參數(shù)。如下圖16<

23、/p><p><b>　　圖16</b></p><p>　　在此參數(shù)下關(guān)閉電容，仿真結(jié)果如下圖17</p><p><b>　　圖17</b></p><p>　　從圖17可以看到各項(xiàng)仿真結(jié)果已經(jīng)基本符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.電容型移相器（關(guān)閉電感）</p&

24、gt;<p>　　微帶線參數(shù)W=0.6 mm，L=6.47 mm，C=0.318 pF,不考慮電感參數(shù)。如下圖18</p><p><b>　　圖18</b></p><p>　　此參數(shù)情況下的仿真結(jié)果如下圖19</p><p><b>　　圖19</b></p><p>　　如圖所示

25、，三個(gè)仿真結(jié)果基本符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　用軟件中的【LineCacl】計(jì)算出來的微帶線參數(shù)實(shí)際仿真結(jié)果出來后并不符合設(shè)計(jì)要求，且相對(duì)應(yīng)的，電感與電容的參數(shù)也應(yīng)作更改。符合要求的參數(shù)為：</p><p>　　電感型（關(guān)閉電容）移相器</p><p>　　微帶線參數(shù)W=

26、0.6 mm ，L=8.33 mm，且電感L=5 nH，此參數(shù)下的電感型移相器仿真結(jié)果基本符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　電容型（關(guān)閉電感）移相器</p><p>　　微帶線參數(shù)為W=0.6 mm，L=6.47 mm，且電容C=0.318 pF，此參數(shù)下的電容型移相器仿真結(jié)果基本符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.在我們小組更改參數(shù)的時(shí)候微帶線參數(shù)對(duì)結(jié)果的影

27、響比電感、電容的影響大，且電容型移相器中微帶線L參數(shù)與電容C參數(shù)，跟中心頻率成正相關(guān)，跟phase(S(2,1))成負(fù)相關(guān)；電感型移相器中微帶線L參數(shù)與電感L參數(shù)，跟中心頻率成負(fù)相關(guān)，跟phase(S(2,1))成正相關(guān)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)感想</b></p><p>　　為期一個(gè)月的專業(yè)綜合訓(xùn)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

28、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(xí)慣，更改參數(shù)重新來。我學(xué)到了不少設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　通過此次訓(xùn)練，我們真心體會(huì)到了理論與實(shí)踐的差別，以及實(shí)踐的重要性。我們所有的設(shè)計(jì)都是通過軟件仿真出來的結(jié)果，沒有進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)，難免會(huì)有誤差。</p><p>　　通過此次訓(xùn)練，我深深體會(huì)到耐心與細(xì)心的重要性。在設(shè)計(jì)過程中，由于軟件仿真不成功，吃了不少苦頭，原理圖一換再

29、換，參數(shù)一改再改。上網(wǎng)查找了許多資料，嘗試了多種參數(shù)組合。去圖書館借閱了些書籍，才整理出點(diǎn)眉目。好不容易波形有些靠譜，卻總是相差那么一點(diǎn)點(diǎn)，每每優(yōu)化后的圖形都差強(qiáng)人意。日子如流水嘩啦啦流逝，可是我們的設(shè)計(jì)卻停滯不前，一再掙扎，組后總算設(shè)計(jì)出符合要求的移相器。 </p><p>　　通過此次專業(yè)綜合訓(xùn)練我更加覺得團(tuán)隊(duì)合作的重要性，在我們的設(shè)計(jì)進(jìn)入攻堅(jiān)階段的時(shí)候，我一度想放棄，但是是我的團(tuán)隊(duì)給了我繼續(xù)下去的

30、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。釋迦牟尼說：“把它放到大海里去。”這說明，個(gè)人再完美，也就是一滴水；一個(gè)團(tuán)隊(duì)、一個(gè)優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)就是大海。一個(gè)有高度競(jìng)爭(zhēng)力的組織，包括企業(yè)，不但要求有完美的個(gè)人，更要有完美的團(tuán)隊(duì)。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1]徐興福.ADS2008射頻