ADS仿真设计扇形微带偏置的详细教程.pdf

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第 1 章 微带扇形偏置电路基本理论之一 第 2 章 扇形微带偏置理论之二  第 3 章  利用 ADS 仿真设计扇形微带偏置的整个过程  3.1 计算 10GHZ 时四分之一波长高阻线(假设设计阻抗为 100 欧)的长度和宽度。  3.2 将高阻线和扇形微带放入电路中,并仿真和优化(注意优化的变量都有哪些) 3.3 仿真结果分析(关键) 3.4 生成版图 3.5 导出到 AUTOCAD 中并填充 第 4 章 有助于加深理解扇形微带偏置原理的 ADS 仿真分析  4.1 单根四分之一波长微带线的仿真 4.2 四分之一波长微带线 扇形微带线的仿真 4.3 我的理解
3.2.2Y频段壹流倫置设计 L ILI tte TL mtL an包m MD RD-THTI More m.m. 吧质 U酸 聘山B=安 图3.18直流偏置电路仿真图 参照图2.13,在 Microwave office中实现偏置电路如图3.18,其中 sT!为扇形开路线,TL1为四分之一波长高阻线,2为连接直流焊盘的高 阻线,ZI为电源输入阻抗 出第2.3.2小节分析,TL2及Z1参数变化不会显著影响端口P0RT1l处 的输入阻抗。调节2和STI各参数r可得POR!处的输入阻抗如图39 所示,可见偏置线在WC0中心频率附近呈近似开路状态,从而不会影响WCo 各部分的阻抗特性。 BIAS 3400Q m(z[11 200D blas Re(z1, 1) bias 10000 10 200oc 75 B5 1 千p5 110 Frequency【GH) 图3.19直流偏置电路输入阻抗 第2章扇形微带偏置理论之二 3.3直流偏置电路设计 微波、毫米波电路和系统中的固体器件,一般都须加上偏压,以保证一定的 工作状态。为此必须有偏压电路,把直流或一定的控制电压通过偏压电路加在固 态器件上。在设计时,必须注意使其对主电路的微波传输特性影响尽可能的小, 即不应造成大的附加损耗,反射以及高频能量的泄漏。对于微带电路的整体来说, 还应该使其结构尽可能的紧凑,不至于占很大的面积,避免造成全体电路在介质 基片上排列的困难。 在微带集成电路中,最简单的偏压电路为λ/4分支线,并在终端端接电容块, 如图3-3(a)所示。由于此电容块的尺寸较大,和波长可以比拟,长度我为四分之 的微带线波长。分支线的特性阻抗很高,其长度亦为四分之一微带线波长。因 为高阻和低阻段的微带线波长略有不同,故两段长度也稍有差别。实际上,这里 的高低阻抗线可分别看作串联电感和并联电容,从而构成一简单的低通滤波器。 /4 一偏压 4 电容块 偏压 (a)分支线型 (b)扇形 图3-3微带集成电路示意图 由于终端开路的低阻分支线经过A14以后为短路,亦即对高频为零电位点, 故在此处加入偏压线理论上对电路没有影响,因此偏压线在高、低阻微带的交接 处加入。然而,实际上由于制造公差以及考虑工作频带等原因,该点并非理想的 零电位。为使偏压线的影响尽可能的小,也将它制成高阻抗的细线条,以减小旁 路作用。由偏压线接入点再经过l/4高阻线到达主传输线时,就得到一个无限大 阻抗,对主线没有什么影响可以忽略。当然由于公差和频率偏离中心等原因,使 上述理想情况并不能与理论上保持一致。但由于线的特性阻抗很高,仍能在主线 处得到一个较高的射频阻抗。一般来说,高阻线的特性阳抗越高,低阻线的特性 阻抗越低,那么对主线的影响也就越小。 分支线偏置具有结构简单的特点,在一般的微带电路中可满足工程设计的要 求。然而其带宽有限,在频带较宽的煸置电路中常用扇形接地的结构如图46(b) 所示,基本原理同分支线类似。但这种结构较前者具有带宽较宽,加工精度对性 能影响较小的优点。 若高阻线长度取414,则扇型边缘与主线的距离很小,扇形块与主线间的耦 合势必会影响主线上电磁能量的传输。因此这里高阻线长度取3414 图34扇形偏置电路 计算结果表明,将高阻线长度延长半波长使得工作带宽变窄了,然而为了不 影响主线的波的传输以及设计目标中对输出功率的要求,最终选取高阻线长度为3 /4。将偏置电路从主线交接处断开,在HFS中对输入阻抗进行仿真计算,并 将结果导入ADS的SIP数据项,计算其一端的总输入阻抗1计算得到在所需频 带内,端口输入阻抗的模值均大于600欧姆,对主线的传输影响甚小。 启示:在ADS或者微波办公室中仿真优化微带偏置时,仿真优化的目 标就是:使从输入端(直流馈入的那一端〕往另一边看的总输入阻抗 的摸足够大! 原理可这样理解:由于主信号线和偏置电路是并联的,当偏置电路的 阻抗足够大时,则偏置电路对主线的影响就很小。 第3章利用ADS仿真设计扇形微带偏置的整个过程 设计目标:主信号线传输的频率为10GHz 31计算10GHz时四分之一波长高阻线(假设设计阻抗为100欧)的长度和宽 度 i LineCals/untitled! I lle Simula\+ J11 Oyl. v11> lely componen tyme MLIN ID M_IN: MLIN_DEFAULT Bulstiale Palair MSUB DEFALLI 何m计算结 =学 m G16000 果 0035 fIim kw+ 4127 Ia店 Synthesize Rough 0.0 Caeiated fesult m A DB-0038 10000 R mc epth= 86DE-4 ponent Parameter E 1a000 Wal 1 90度电长度就是四分之一波 长 fue 32将高阻线和扇形微带放入电路中,并仿真和优化(注意优化的变量都有哪些) [ OPTIM 主路信号 ≤LL= MSub: sTErne <Num-2 Maxctcrs=250 ESTE z=500m Desire=F0=0.3 sub SIs:=:MSLE 1 ART 3 mr Normalize=nd =88978 hardip GOAL 时 SaveRs=ye∈ 1575275[0 SUbst="MSub 1 234mm GOAL SavoOotimvarg=nD paleA, Ase=yes SUE E邓pr="E(s(3,1 wwotioaainal-no stb. erma SimInstanceName=SH .i-C:a m 上p="B(s(1.1 UseA lOptVars=yes Er-2. 65 SimnstanceNane="5>1"Max= 图[】PM RangeMin199G Z RangevarF"freq RangeMax[1=12. GH uIct=0 Cango vlax[1=10 1. CHz DAL 粉计_7仁凵 以后都按上图的拓扑方法仿真 这里有几点要十分注意: (A)扇形微带的角度不能超过90度(ADS里规定的,在help里可看见),所 以把角度设为优化变量时,该变量的上限设置只能为89度,否则仿真要 被终止,显示“ fatal error”(这也说明了:以后仿真其他电路时,如果出 现类似提示,则可能是某些参数设置越界了!)。 币M5=1 nnav subst-Ms b Stub1 -na4 crm =|1m w-0.34 mn ariables and Equations R0=5: 3 rrr EAng e=ry WAR D=0.075 mm Ins tance Name: Gane[(start: stop 1) TERS MSub Select paraneter r0@t4t明 11=5nt MS_b1 s.H=U. 5 mrm 扇形微带的最大角度 =25 只能设到89度! AEr=1 VARi T=0: 035 mrd T动 =与 Rough=U Add P (B)ADS中扇形微带模型和适用条件说明如下: Angle R ange or usage D W W 100 H D RO cos(Angle/2) angle 90 where H= substrate thick hess(from assoc ated Subst) 33仿真结果分析(关键) 25 14 -in-s freq=10. 00GHz -35 dB(S(3,1)=52.187 aptlter=230 -4 50 jJ 13 freq, 3Hz 由:图可见:S31很小(小于负50dB),并且带宽很宽!说明主路射频信号在偏置 线上几乎完全衰诚,达到了目的。我们希望S31越小越好。 -4 -8 13 fregE10. 00GHz dBS(33)=0058 .12 optIter=230 freq GHz 由上:图可见:S33很大,说明3端口的驻波很差,说明主路信号在进入偏置电路 口的时侯几乎被完全反射了回去,而不会从偏置电路泄露,从而射频信号经过偏 置电路的那个节点时衰减很小(如果S33比较小,射频信号就会从这个偏置电路 泄露,则主路射频信号的功率就降低了,而我们却希望偏萓电路对主路射频信号 的影响尽量小。比如功分器,就是射频信号进入了两条支路,所以各支路的电平 都在主路的基础上衰减了3dB),即:偏置电路对主路射频信号的传输影响很小。 我们希望S3越大越好(即3端口的驻波越差越好),这样主路的射频信号才难 以进入微带偏置支路,因为都被反射了。 m2 10 fred=10.05GHz G *15 dB(S(21)=0019 optlter=230 11 fred, GH 由上图可见:S21很大,说明主路的插损很小,也就是说:偏置电路对主路射频 信号的影响很小。主路信号在经过偏置电路的那个接口时,几乎没有功率损失 -斗- fred=10. 00GHz dB(S(1,1)=30.88 50- optlter=230 fred Ghz 由:图可见:Sll很小,即1端口(主路的输入端口)的驻波性能很好,这正是 我们所需要的,说明射频信号在主路上被反射得很少,也就是传输得很好。 34生成版图

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