(完整)基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)

1、（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對，但是難免會(huì)有疏漏的地方，但是任然希望（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來便利。同時(shí)也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進(jìn)步的源泉，前進(jìn)的動(dòng)力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時(shí)查閱，最后祝您生活愉快業(yè)績進(jìn)步，以下為（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容。鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)倍頻器論文）題目：基于ADS微波有源倍頻器仿真設(shè)計(jì)指

2、導(dǎo)教師：周曉萍職稱：副教授學(xué)生姓名：劉森學(xué)號：20062410114專業(yè)：電子信息工程1班院（系）：信息工程學(xué)院完成時(shí)間:2010年5月15日2010年月日基于ADS微菠肴源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)摘要：文章主要論述了利用ADS軟件設(shè)計(jì)一種基于GaAsFET有源倍頻器的設(shè)計(jì)。首先概述了FET倍頻器原理及各部分作用意義，接著介紹了設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法先推導(dǎo)了直流偏置電流公式，證明電流脈沖時(shí)間與導(dǎo)通角關(guān)系，確定適合的直流偏置,再著手匹配理論研究并結(jié)合實(shí)例對電路進(jìn)行輸入輸出的匹配,然后根據(jù)濾波器理論及實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)加入一個(gè)平行耦合濾波器進(jìn)行濾波。文章給出了一個(gè)有源倍頻器設(shè)計(jì)實(shí)例，并且用安捷倫公司的ADS軟件進(jìn)

3、行仿真優(yōu)化,通過對仿真優(yōu)化的曲線、參數(shù)進(jìn)行比較分析，得出最合適的結(jié)果最終完成了仿真測試.關(guān)鍵字:ADS有源倍頻器FETAbstract:ThearticlemainlyelaboratedthedesignwhichhasusedtheADSsoftwaretomakeonekindoftheactivefrequencymultiplierbasedonGaAsFET.FirsthasoutlinedtheFETfrequencymultiplierprincipleandvariouspartoffunctionsignificance,thenintroducedthedesignmet

4、hod。Thisdesignmethodhasinferredthedirectcurrentbiaselectriccurrentformulafirst,andprovetherelationofcurrentpulsetimeandthebreakoverangle,thendeterminationsuitablecocurrentbias，beginstomatchthefundamentalresearchandtounifytheexampleagaintocarryontheinputoutputtotheelectriccircuitthematch，thenaddparal

5、lelcouplingfilteraccordingtothefiltertheoryandthepracticalapplicationdesigntocarryonthefilter。Thearticlehasgivenanexampleofactivefrequencymultiplierdesign，AndmakesimulationandoptimizationsoftwarewiththeAgilentADS,Throughthecomparativeanalysissimulationofoptimizescurveandparameter，obtainthemostapprop

6、riateresulttocompletethesimulationtestfinally.Keywords：ADSActivefrequencymultiplierFET（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 第1章引言1 HYPERLINK l bookmark6 倍頻器概述1 HYPERLINK l bookmark8 1。2倍頻器分類比較11。3倍頻器實(shí)現(xiàn)途徑2第2章設(shè)計(jì)原理42。1確定適合的靜態(tài)工作點(diǎn)4 HYPERLINK l bookmark10 具體電路的設(shè)計(jì)52。2。1阻抗匹配52。2.2濾波器72。2.

7、3濾波器設(shè)計(jì)9第3章仿真設(shè)計(jì)實(shí)例10直流偏置電路設(shè)計(jì)103。2輸入匹配電路的設(shè)計(jì)123。3輸出匹配電路的設(shè)計(jì)153。4濾波器設(shè)計(jì)163。4.1低通原型濾波器173。4。2微帶濾波器183.5結(jié)合目標(biāo)對電流輸入輸出再次進(jìn)行優(yōu)化22第4章電路制作及其測試24倍頻器裝配24倍頻器測試25 HYPERLINK l bookmark28 第5章結(jié)論26致謝27參考文獻(xiàn)28（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì) # 第1章引言1.1倍頻器概述微波倍頻器是一種基本的微波電路。所謂倍頻器是指能完成輸入信號頻率倍增功能的電子設(shè)備。原則上，非線性器件都能實(shí)現(xiàn)倍頻,而利用半導(dǎo)體

8、器件的非線性實(shí)現(xiàn)的倍頻，即稱為固態(tài)倍頻器。當(dāng)用一個(gè)正弦信號激勵(lì)非線性器件時(shí)，便會(huì)在基頻的諧波頻率上產(chǎn)生功率.倍頻電路的作用就是有效提取其中所需要的諧波信號，而將其基頻和不需的諧波加以抑制。倍頻器具有以下特點(diǎn)和應(yīng)用：a）降低電子設(shè)備的主振頻率。這對于那些工作頻率較高而對穩(wěn)定性要求又較嚴(yán)格的通信機(jī)和高頻設(shè)備極為重要，因?yàn)榫д竦念l率越高,相對頻率穩(wěn)定度就越低。為了解決固態(tài)發(fā)信機(jī)中高的穩(wěn)定度和高的輸出頻率之間的矛盾，常在主振級和輸出級間采用多次倍頻的技術(shù)。b）擴(kuò)展工作頻段在電子對抗中需要寬頻帶的干擾和反干擾收、發(fā)設(shè)備，若用一個(gè)振蕩器難以使它覆蓋一個(gè)倍頻程的頻段，而采用倍頻方式卻能做到一個(gè)或多個(gè)倍頻程的

9、工作帶寬。因此在電子設(shè)備中倍頻成為很重要的一種技術(shù)手段.c）對于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機(jī)，利用倍頻器可以加深調(diào)制度，以獲得大的相移或頻移。d）由于倍頻器容易產(chǎn)生激勵(lì)信號的各次諧波頻率，所以倍頻器成為頻率合成器中不可缺少的一部分。e）利用倍頻，可以制成毫米波、亞毫米波固態(tài)源，它們在射電天文、毫米波通信、雷達(dá)、軍事偵察、監(jiān)視、制導(dǎo)等方面得到廣泛的應(yīng)用。1.2倍頻器分類比較固態(tài)倍頻器按其倍頻次數(shù)的高低可分為兩類：一類是低次倍頻器。單級倍頻次數(shù)通常不超過5.這類倍頻器是通過電容呈非線性變化的功率變?nèi)莨茏饔没蚓w三極管C類放大的非線性阻抗實(shí)現(xiàn)的。它的倍頻效率較高（二極管二倍頻效率在50以上,三倍頻可達(dá)40%），

10、輸出功率較大.但是隨著倍頻次數(shù)增加，倍頻效率和輸出功率將迅速降低。如需高次倍頻，必須做成多級倍頻鏈，使其中每一級仍為低次倍頻。另一類是高次倍頻器。單級倍頻次數(shù)可達(dá)1020以上，倍頻器件使用階躍管，在高次倍頻時(shí)，其倍頻效率約為1/n，n為倍頻次數(shù)。因?yàn)楸额l次數(shù)高，故可由幾十兆赫茲的石英晶體振蕩器一級倍頻至微波,得到很穩(wěn)定的頻率輸出，但這種倍頻器輸出功率較小。倍頻器按其工作原理又可分為兩大類：一種是非線性電阻倍頻.這類倍頻器是利用雙結(jié)型晶體管、場效應(yīng)晶體管或二極管的非線性電阻效應(yīng)把大幅度正弦波變成電流脈沖，再用選頻回路將所需要的諧波選出,以完成倍頻作用。另一種非線性電抗倍頻，亦稱為“參量倍頻”。其

11、一是利用PN結(jié)（或金屬一半導(dǎo)體結(jié)）電容的非線性變化得到輸入信號的諧波，經(jīng)濾波器選出需要的頻率。變?nèi)荻O管倍頻器、階躍二極管 #（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)倍頻器以及利用集電極非線性效應(yīng)做成的三極管倍頻器都是非線性電容構(gòu)成的倍頻器;其二是利用非線性電感構(gòu)成的倍頻器。如利用雪崩二極管雪崩渡越效應(yīng)引起的非線性電感實(shí)現(xiàn)的倍頻.對各種倍頻類型的倍頻器進(jìn)行綜合比較如下：1）、非線性電阻元件倍頻器會(huì)帶來能量損耗,所以倍頻效率較低，尤其進(jìn)行高次倍頻時(shí)，轉(zhuǎn)換效率會(huì)明顯下降.對于二極管阻性倍頻器來說，它的倍頻效率將與nZ成反比,但非線性電阻元件倍頻輸出頻率帶寬比較寬，有梁式引線結(jié)構(gòu),便于集成，這是目前還

12、在應(yīng)用的原因之一。2）、非線性電抗元件倍頻，能使倍頻效率提高，特別是有利于高次倍頻。如果忽略變?nèi)莨艿膿p耗電阻R,理論上倍頻效率可達(dá)100%，很適合用作高次倍頻器。實(shí)際上，變?nèi)莨芸偸谴嬖趽p耗電阻的,倍頻效率不可能達(dá)到100%，但由于它的倍頻電阻很小，仍然可以獲得較高的倍頻效率.3）、三端器件的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)和輸出電導(dǎo)的非線性也可以實(shí)現(xiàn)倍頻，其突出優(yōu)點(diǎn)是能在一定的寬頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)倍頻增益，單向性能好,可以在輸入、輸出之間提供有效的隔離，并且電路較穩(wěn)定.4）、其他新型器件的倍頻器，如二極管高功率倍頻器、共振隧道效應(yīng)二極管倍頻器、準(zhǔn)光倍頻器，但這些倍頻器應(yīng)用不多。1.3倍頻器實(shí)現(xiàn)途徑實(shí)現(xiàn)倍頻是以電路的非線性

13、現(xiàn)象為基礎(chǔ)，電路的非線性現(xiàn)象可分為電阻非線性和電抗非線性。電阻非線性則電阻可變,即直流電流與電壓之間具有非線性靜態(tài)關(guān)系,例如PN結(jié)就呈現(xiàn)這種特性，雙極晶體管和砷化嫁場效應(yīng)晶體管GaAsFET也均可用作非線性電阻微波倍頻器件。經(jīng)典的非線性電抗微波器件是變?nèi)荻O管和階躍恢復(fù)二極管，前者的耗盡層電容與外加電壓大小有關(guān)，在負(fù)偏壓作用下呈現(xiàn)高Q非線性電抗,后者的非線性來自擴(kuò)散電容。二者的根本機(jī)理都是電荷與電壓的非線性關(guān)系。原則上,各種非線性器件如非線性電阻、電感或電容等，都可以實(shí)現(xiàn)微波倍頻器倍頻。一般其倍頻實(shí)現(xiàn)途徑有以下7種方法:1、用二極管PN結(jié)的靜態(tài)非線性V一I關(guān)系，即非線性電阻產(chǎn)生諧波;2、用變?nèi)?/p>

14、二極管的非線性電抗實(shí)現(xiàn)參量倍頻;3、用階躍恢復(fù)二極管產(chǎn)生諧波，做高次倍頻；4、用寬帶單片放大器的非線性產(chǎn)生諧波，并放大諧波構(gòu)成寬帶倍頻器;5、用GaAsFET管得到具有增益的倍頻器;6、用雙極晶體管的非線性,即C類放大器產(chǎn)生諧波，同時(shí)還有增益;7、振蕩器被注入鎖定在基準(zhǔn)頻率的N次諧波上,實(shí)現(xiàn)倍頻。目前,在頻率較低一般在波段以下、倍頻次數(shù)不是很高的場合,人們常采用晶體管有源倍頻來實(shí)現(xiàn),而在頻率較高時(shí)往往采用變?nèi)荻O管或是階躍恢復(fù)二極管等無源電路隨著截止頻率很高的各種場效應(yīng)管的出現(xiàn)，人們對利用場效應(yīng)管的非線性來實(shí)現(xiàn)次數(shù)較低的倍頻電路表現(xiàn)出極大的興趣。在三端非線性電阻倍頻器中，把輸出（完整）基于AD

15、S有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì) 電路調(diào)諧在輸入頻率的n次諧波時(shí)，可實(shí)現(xiàn)有增益的倍頻。場效應(yīng)管（FET）寬帶有源倍頻器的實(shí)現(xiàn)不僅降低了產(chǎn)生信號的技術(shù)難度,噪聲小，溫度穩(wěn)定性高。并且由于采用FET器件倍頻，利用非線性電阻產(chǎn)生諧波，單向性及隔離度好，放大級數(shù)少，且有增益，同時(shí)提供較高的效率和較寬的工作頻率，對輸入功率要求較低，減小了設(shè)備體積。但目前倍頻器較流行的應(yīng)用是單頻或窄帶信號的上變頻，而寬帶信號的應(yīng)用較少。利用二極管實(shí)現(xiàn)的倍頻器件本身不產(chǎn)生額外能量（無源的）,僅僅是把輸入信號能量的一部分轉(zhuǎn)化成所需頻率的信號能量輸出，因此其倍頻效率是極低的，存在著較大的倍頻損耗，并

16、且需要較高的輸入功率電平。而采用有源微波晶體場效應(yīng)管的非線性跨導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)倍頻，由于場效應(yīng)晶體管在利用非線性跨導(dǎo)的同時(shí)，把一部分直流能量轉(zhuǎn)化成信號能量輸出，從而可以提高倍頻效率.與無源倍頻器相比,有源倍頻器的優(yōu)點(diǎn)是不需要空閑電路,輸入功率要求低，倍頻損耗比較小，倍頻效率高,工作頻段較寬，溫度穩(wěn)定性好，可以產(chǎn)生倍頻增益。隨著固態(tài)器件與電路的發(fā)展，出現(xiàn)了截止頻率很高（幾十到幾百個(gè)GHZ）的微波晶體場效應(yīng)管、高電子遷移率晶體管（HEMT）以及異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）等的新型器件，使得其應(yīng)用范圍也從微波向毫米波、亞毫米波等方面擴(kuò)展。與無源倍頻電路相比，有源倍頻電路具有很大的優(yōu)勢，這也就使得其更加適合于現(xiàn)

17、代小型的超高速集成電路和微波毫米波集成電路的發(fā)展趨勢。本文介紹了一種倍頻器設(shè)計(jì)方法。本設(shè)計(jì)方法基于容易獲得的場效應(yīng)管S參數(shù)和FET大信號模型，在一定的約束條件下采用單向化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)輸入輸出的共扼匹配，從而獲得最大的倍頻增益和對無用諧波分量的最大抑制度。第2章設(shè)計(jì)原理如下圖1所示為有源倍頻匹配的原理框圖。該倍頻器由GaAs管，基波匹配電路輸出匹配電路，以及一個(gè)帶通濾波器組成。圖1有源倍頻器原理圖2.1確定適合的靜態(tài)工作點(diǎn)所謂靜態(tài)工作點(diǎn)就是輸入信號為零時(shí)，電路處于直流工作狀態(tài)，這些直流電流、電壓的數(shù)值在三極管特性曲線上表示為一個(gè)確定的點(diǎn)，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的就是要保證在被放大的交流信號加入電路時(shí),

18、不論是正半周還是負(fù)半周都能滿足發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置的三極管放大狀態(tài)?？梢酝ㄟ^改變電路參數(shù)來改變靜態(tài)工作點(diǎn)，這就可以設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的不合適，在對交流信號放大時(shí)就可能會(huì)出現(xiàn)飽和失真（靜態(tài)工作點(diǎn)偏高）或截止失真（靜態(tài)工作點(diǎn)偏低）。如圖2示出了FET倍頻器電路，其中的FET是理想的。圖中在該電路的輸入端，除諧振電路的激勵(lì)頻率w夕卜，其它頻率上FET的柵極是呈短路的；該電路輸出諧振電路要調(diào)圖2理想FET倍頻器諧于激勵(lì)頻率的第n階諧波，除了輸出頻率nW外，在其它所有諧波和基波上漏極是處于短路狀態(tài)的。（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)4

19、4 # .廠、-”、一.尸一一圖3理想FET倍頻器中的電流與電壓波形由于輸出諧振電路調(diào)諧于第n階諧波而其它諧波電壓分量為零，漏極電路u（t）是一個(gè)頻率為nw，的正弦波。為了獲得高效率和大輸出功率，漏電壓必須在Vmax和Vmin之間變化,Vmin是柵極電壓為最大值Vgmax時(shí)的漏極I/V曲線膝點(diǎn)處的漏極電壓值。柵極電壓在Vgmax（不能超過0。5V）至2VggVgmax之間變化。漏極電流峰值為Imax,電流脈沖持續(xù)時(shí)間為to（t04JtrriJ-l-SninawULbSrnritr圖11輸入匹配電路原理圖-：.BJIL|弔I昭押曲.T1!1C*fr=-KRTiq4U3I*恂叮7W區(qū)+”口匕卜屮3

20、吃3斗Lr.匚.hl.%.glIhlil-W*.HMH卜F口4:卄His0EDfTrmHLiTiTJHfiErriii3祁咲啤彥占川UMBQbiD-t圖12輸入匹配電路和結(jié)果輸出匹配電路的設(shè)計(jì)如2調(diào)用“S-Params”模塊，設(shè)置MSub參數(shù)，如圖13所示MSubMSublH=0.64mm.Er-10-2/Mur=1Cond=1.0E+50Hu=1.Oe+033-T=0mm-TanD=0.002.Rough=0mrn圖13輸出匹配電路MSub參數(shù)設(shè)置TermTe玄Nijm=2-Z=50hmMSUB-hJSutrl.H=Q-64mn.Mui=1Corid=1.OE+5OHu=1.Oe+033T=

21、0mmT3riD=a.Lia2.Rough=LimmermTfefmlNurri=1-Z=50IJhmMTEE_A.DSTael-.SubWSjbrW1=iw3rriiTiW2二巔rriiTiW3=uii4rnmMLINTL1Sutist=MSutil-W=i.V3mrriMLOF1ENSTUBStutii_Sijti5t=,sjbstrLeng+h=j1U.0mil-.Wi.ii*4mn.Srl=1.0.GPIzSO.Ox?HzLlsplayT已mplaiedisptemplSFararrisjaddBSrTiith圖14輸出匹配電路原理圖L=liGOAL-ODALch陽唧1.WI卅riFT

22、Tharr口Bp匸EgRrH廣Smlnstan-Tt-Nam-1SPI.別口=-25fersewniieoni-CW2MLINTL：=LtiSl-Tll5iJtirMSU3“細(xì)Hn.G4-rfimB-1G2MurL.呵即呻D,勺nrnT=-0nimImEKiJlQ-1L2-5MbFl-Wjbrrm,L=Hnin冷fmG制ffene?PIk砒盟.邸靜產(chǎn)牌$,仙邂伽葉IM0112，曄呼浮護(hù)圖15輸出匹配電路和結(jié)果3.4濾波器設(shè)計(jì)微波帶通濾波器是一種被廣泛研究的微波濾波器類型，它的品種繁多，性能各異是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一。微帶線型濾波器是一種分布參數(shù)濾波器,它是由微帶線或耦合微帶線組成，具有

23、體積小、重量輕、價(jià)格低、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在微波工程中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛.為設(shè)計(jì)出符合要求的帶通濾波器結(jié)構(gòu),以往的設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)者需要進(jìn)行很大的計(jì)算和查表工作量,因?yàn)槲V波器電路考慮的是分布參數(shù)。而且也無法驗(yàn)證結(jié)構(gòu)參數(shù)的正確性以及精確性，所以如果調(diào)試目標(biāo)板不理想的話就得重新估算，重新考慮微帶邊緣的修正問題。這樣反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，延長了設(shè)計(jì)周期,同時(shí)也增加了成本?，F(xiàn)在我們利用微波仿真軟件ADS,使用軟件自帶的耦合微帶傳輸線計(jì)算器來進(jìn)行計(jì)算，對得出的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，并且對其不理想的地方進(jìn)行優(yōu)化處理。這樣顯然 # (完整)基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)減少了大量繁瑣的計(jì)算，使得微帶耦合濾波器的設(shè)計(jì)變

24、得簡單、精確。3.4.1低通原型濾波器集總元件低通原型濾波器是用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計(jì)微波濾波器的基礎(chǔ)，各種低通高通、帶通、帶阻微波濾波器,其傳輸特性大都根據(jù)此原型特性推導(dǎo)出來的,這樣更使微波濾波器的設(shè)計(jì)得以簡化，精度得以提高.低通原型濾波器梯形電路結(jié)構(gòu)見圖16Si2g.+i8n+l肚為偶數(shù)n為奇數(shù)SoSin為偈數(shù)(b)g8h或II為奇數(shù)圖16低通原型濾波器電路結(jié)構(gòu)上圖兩者都可以用作低通原型濾波器，其響應(yīng)相同.由于該電路是可逆的,故可以把左邊的電阻看成信號源內(nèi)阻,也可以把右邊的電阻看成信號源的內(nèi)阻。等波紋濾波器的設(shè)計(jì)思想就是用切比雪夫多項(xiàng)式TN來描述濾波器插入損耗的函數(shù)特征：IL=101og崔十理

25、駕糾I式中；TN(fl)=CP5iV|CC?S-1(|T或L,(|1)NAs11將式(33)代入上式不等式，可得到:n(cosh-iJ100.1LAs/1Oo.1LAr1)(COSh-10)1所需濾波器階數(shù)為N=n+1。oJ0其中為截止邊頻00的歸一化頻率上兩式中)為中心頻率，與上下通帶邊頻巴、oi關(guān)系為：o0=吧01(38)根據(jù)式(3-7)可以發(fā)現(xiàn),濾波器的階數(shù)跟截止頻率的衰減度以及通帶內(nèi)的波紋指數(shù)有關(guān)。其關(guān)系是當(dāng)在一定的階數(shù)即N不變時(shí),通帶內(nèi)的波紋越大，其截止頻率處的衰減度就越大;反之衰減度就越小.當(dāng)然要使在截止頻率處的衰減度加大時(shí)，我們可以通過增加濾波器的階數(shù)來滿足.當(dāng)確定好所設(shè)計(jì)濾波器

26、的階數(shù)以及波紋指標(biāo)，就可以根據(jù)切比雪夫元件值表查出元件的歸一化值，如表1所示。遲&SiE;爲(wèi)空屆曲血2IJ.S4310.210L.54.31.02161.1474L.01161.0s-41.1MS1.S0S5L7T040.S1&11355-l，.F卜H存1137)11UD1.3T!21gE1騙11.4M4)2.05til1.5TI1.A幻也nI.1S151415S2.0W711.421S11811.0.站1.1SS814?+53.11991.頌口2IW1.5541108775U?*-4.21.19?71442(?2.1J46L帝希2-20541.151671.+4261.1357IJi.i表1

27、波紋指數(shù)0。1dB的N(1-9)階元件值表3.4.2微帶濾波器在微波電路中，微帶傳輸線其實(shí)就是個(gè)分布參數(shù)電路，常用微帶結(jié)構(gòu)來模擬集總元件電感和電容，以實(shí)現(xiàn)所需的微波電路。我們利用平行耦合線構(gòu)成的倒置轉(zhuǎn)換器電路J來實(shí)現(xiàn)電路中諧振電路的并聯(lián)耦合,圖16a經(jīng)變換后的電路如圖17為只含并（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì) 由低通原型濾波器得到變形低通原型濾波器后,再利用帶通濾波器與低通原型的頻率變換關(guān)系，將變形低通電路中的并聯(lián)電容C（或串聯(lián)電感L）變換成帶通濾波器的并聯(lián)諧振電路（或串聯(lián)諧振電路）如圖18所示，便構(gòu)成了微波帶通濾波器的等效顯然，用半波長來代替諧振

28、電路，再通過微帶間的耦合，即轉(zhuǎn)換器,來實(shí)現(xiàn)微帶帶通濾波器。微帶濾波器的指標(biāo)為:通帶頻率5.96.1GHz,通帶內(nèi)波紋指數(shù)為0。1dB，阻帶邊頻6士0。3GHz外衰減大于30dB。則為我們根據(jù)式（3-7）得具有0.1波紋的5階切比雪夫?yàn)V波器的元件參數(shù)為g0g6=1；g1g5=1。1468;g2g4=1。3712；g3=1。9750,再利用公式（39）計(jì)算出奇偶模特性阻抗得計(jì)算結(jié)果如表2。Z|=Z0Oii，+101-ZJ+(ZJ.0ii+10ii+1(3-9a)Z|=Z0Oii，+10.-11,114-1Zh0-116酬10,041754500:丸揺0.031324S.4551.64348.464

29、48.000.2J6041劇1+ZJ+(ZJ0i，i+10i，i+1(3-9b)表2奇偶模特性阻抗值這樣,可以利用ADS軟件Linecalc如圖19來計(jì)算微帶尺寸。LiliSiaaLiIinWin*iTtklv匚趙|tCUN二DHCL4HCUW_QEFiWLT圖19ADSLinecalc模塊WID妙*22rvrEL|jjSfiSflfm1-1IFmEDOO11|叩二J1ZE制.畫lQITzo4DOAmED匚Cflm1rnniFLirgJjfir-I田訊吐曰；|曲兀H!Rin-j誌斗.|kM111日汕/“腐Enfr=ad,mlriurtMhws-rLUVsCC-4.42=Sl01l!4101Ul

30、illjfld-；4103nl-41iraruzlCLijlCfljd-inE-O)KijrE.jClD-mFmriAratyrcSP1aNi-nnal加寧sfE)tf：LM5=Gfrh日兒直也:于出SaveGoihyes=.Mta-CfJaml-rfintn:=inTHomin.TTIJiN.I.Ur韋Qpn填師wW&.3E=7W5mmr._/算加胳如累沁in叫磁“逾;娜5YI=：SETJi?rm-.m牡平四n-If肚心EF苛EFILGUft-3-1-St5ubftm.DS科訂Tins-n肝制料血Lhl*沁lil*TO.DKSTl-m阿碼IHIILEMjnriiY|=j4E4immr-L-r

31、imrrmWUI=Cij&rnm-UUSHAIUHMIrIphm4nJ匚弐二匚賈：1,!獷Ron嚴(yán)UlnH”!_一_aa-iJqtiri=*：!GR圖21優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次優(yōu)化后達(dá)到了我們所需要的效果，相關(guān)傳輸系數(shù)和反射系數(shù)，以及群延時(shí)分別如圖22所示laJ/IJ-一rZ.忙rriFitfq=5TaDSItz訂日宙梓1匸丄m!FftQ=5師？吃dtKb(21J.i=-oba33leg=8KtGHzdBfeL2.D)-O.2!Jb=;7-71-f圖22-z-5毎-:AJDR違5V才幵TH51W己0?filCb)trcq.I_tt問】tK叮C-teS參數(shù)及群延時(shí)如圖22可以看出進(jìn)過多次優(yōu)化仿真，

32、與圖19相比通帶中心頻率從5。7Ghz變?yōu)?.0Ghz,與設(shè)計(jì)頻率相符，達(dá)到了優(yōu)化效果。由優(yōu)化后的原理圖生成的版圖如圖23所示。接下來我們還可以對電路版圖進(jìn)行矩量法Momentum仿真。圖23微帶版圖這種版圖的仿真是采用矩量法直接對電磁場進(jìn)行計(jì)算得出的，可將其仿真作為對原理圖設(shè)計(jì)的驗(yàn)證.但有時(shí)版圖仿真結(jié)果與原理圖仿真結(jié)果還是存在差異,那就得回到上一步對結(jié)構(gòu)參數(shù)再次進(jìn)行優(yōu)化，直到版圖仿真結(jié)果滿意如圖24所示.Frequency圖24微帶版圖仿真曲線（S21）利用ADS軟件來設(shè)計(jì)微帶帶通濾波器使設(shè)計(jì)的工作量大大減少，并且能夠提高精度和效率，降低成本.但要設(shè)計(jì)出高性能的微帶帶通濾波器還需考慮更多的因

33、素。3.5結(jié)合目標(biāo)對電流輸入輸出再次進(jìn)行優(yōu)化本次設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是獲得一定功率的倍頻信號，以及輸出功率,同時(shí)對不需要的二次諧波等和基波有一定的抑制.采用的仿真器為諧波平衡仿真器.圖25為除去濾波器優(yōu)化的整個(gè)電流原理圖。圖25為16GHz處的輸出功率和倍頻增益，以及加入濾波器后輸入功率為10dBm時(shí)的各次輸出諧波。(完整)基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)(完整)基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì) # ifil1freq=lS.OOGHz(a)m2-Z9m2ind0nw=11.000plotvsPwi&Jt,Pin)=-0.799191020Pm(b)圖25輸出功率和倍頻增益以及各次諧波(Pin=10dB

34、m)待優(yōu)化完成后生成印制電路板圖:圖26優(yōu)化完成印制電路板圖芯片的射頻輸入、輸出端口己經(jīng)匹配到50歐姆，芯片與介質(zhì)基片之間的縫隙大約為50um,用長度為0.3llun的金絲來完成GaAs芯片的射頻輸入輸出口與50歐姆微帶電路的連接。（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì) #第4章電路制作及其測試由于條件限制，實(shí)驗(yàn)室缺少相應(yīng)的微波器材，故無法做出倍頻器實(shí)物，但了解到其制作過程及相關(guān)調(diào)試步驟。4.1倍頻器裝配實(shí)際電路制作中將基板被固定于一個(gè)屏蔽盒并且有兩個(gè)SMA接頭用于輸入輸出.GaAs芯片的安裝主要有以下幾種：1、導(dǎo)電膠粘接技術(shù)導(dǎo)電膠技術(shù)的工藝性好，固化容易

35、，固化物致密，粘接力強(qiáng),但耐熱有限.導(dǎo)電膠的厚度影響粘接強(qiáng)度，膠層厚度與導(dǎo)電膠的熱阻都有密切的關(guān)系，膠層太厚會(huì)阻礙熱的傳導(dǎo)，而膠層太薄時(shí),容易產(chǎn)生膠層不連續(xù)性、不均勻性等缺陷，致使熱阻變大導(dǎo)電膠的固化溫度、固化時(shí)間也影響其粘接強(qiáng)度.固化溫度提高、固化時(shí)間增長其粘接強(qiáng)度增加;當(dāng)固化溫度較低時(shí)，需要較長的固化時(shí)間來達(dá)到一定的粘接強(qiáng)度，這是因?yàn)闇囟鹊?、時(shí)間短,固化不完全,導(dǎo)致粘接強(qiáng)度低;并在一定溫度下,隨固化時(shí)間的增加粘接強(qiáng)度增加并接近一極限值。但是溫度過高、時(shí)間過長反而會(huì)使膠層變脆，粘接強(qiáng)度下降。同時(shí),在固化過程中施加一定的壓力，可保證粘接材料與被粘表面緊密接觸,有利于擴(kuò)散、滲透、排除氣體，使膠層

36、均勻致密，但壓力不能太大，否則會(huì)使膠擠出太多,造成缺膠。粘接面必須清潔、干燥、輕水性好，這樣保證粘接質(zhì)量和可靠性，否則在溫度試驗(yàn)和環(huán)境測試中會(huì)發(fā)生脫膠、起層等現(xiàn)象。2、超聲熱壓焊采用超聲熱壓焊對焊接要求較低，能減小對器件的熱影響。焊接時(shí),金屬受壓產(chǎn)生一定的塑性變形,使兩個(gè)金屬面緊密接觸,其分子相互擴(kuò)散牢固結(jié)合。超聲功率使劈刀振動(dòng)，使引線與被焊金屬發(fā)生超聲頻率的摩擦，清除界面的氧化層，并引起彈性形變；在超聲波焊的基礎(chǔ)上將載體加熱，這種加熱可以使焊點(diǎn)處的金屬流動(dòng)性增加，防止超聲焊期間的應(yīng)變硬化,并為焊接面提供較好的接觸界面和金屬結(jié)構(gòu),(完整)基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)(完整)基于ADS有源倍頻

37、器的仿真設(shè)計(jì) # （完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)有利于焊點(diǎn)的快速鍵合，提高焊點(diǎn)的鍵合強(qiáng)度。但是，要獲得質(zhì)量高的焊點(diǎn)，必須根據(jù)電路片的種類、鍍金層的情況、金絲的直徑、金帶的寬度和厚度、不同的芯片、芯片焊點(diǎn)的大小及載體來合理選擇超聲波的功率、壓力和焊接持續(xù)時(shí)間。此外還有共晶焊技術(shù)、平行微隙焊等,這里就不詳細(xì)介紹了。我們采用導(dǎo)電膠粘接技術(shù)和超聲壓焊相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)GaAs芯片的安裝。芯片的射頻輸入、輸出端口己經(jīng)匹配到50歐姆,因此只需要通過金絲焊線直接將射頻輸入輸出口與電路中的50歐姆微帶線相連接,芯片嵌入在兩個(gè)介質(zhì)基片之間，芯片與介質(zhì)基片之間的縫隙應(yīng)盡可能小，這樣才能保證連接射頻輸入輸出口的金

38、絲足夠短,以減小寄生電感，芯片與介質(zhì)基片之間的縫隙大約為50um，用長度為0。引lun的金絲來完成GaAs芯片的射頻輸入輸出口與50歐姆微帶電路的連接。GaAs芯片的接地已通過鍍金的過孔與芯片的背面金屬相連接，因此無需另外的接地焊線，將芯片直接焊接在屏蔽盒上就可以保證良好的接地和散熱性能。引入直流偏置電壓時(shí)，通過直徑為25um的金絲焊線將各級的直流偏置點(diǎn)分別連接到芯片電容上，然后再連接到各個(gè)直流偏置電壓上，在靠近芯片的地方采用100pF的芯片電容是為了濾除通帶內(nèi)的射頻信號，防止其進(jìn)入直流偏置電路?？紤]到機(jī)械加工的精度，倍頻器屏蔽外殼選擇黃銅加工材料。黃銅具有容易加工、硬度高、與鐵相比不易氧化的

39、優(yōu)點(diǎn)，同時(shí),銅與GaAS具有相近的熱膨脹系數(shù)，而且具有良好的熱傳導(dǎo)率以確保充分散熱，屏蔽銅殼表面必須光滑同時(shí)鍍金以保證良好的接地和便于電路的焊接安裝。4.2倍頻器測試FET有源四倍頻器裝配、調(diào)試完畢后，再對整個(gè)裝置進(jìn)行了測試,測試的主要內(nèi)容是在一定的輸入頻率、輸入功率情況下測試輸出信號的頻譜和功率。FET四倍頻器功率頭功率計(jì)DMP-2圖28FET四倍頻器測試框圖按照圖28所示對倍頻器測試的具體步驟如下:a）。對儀器、儀表進(jìn)行嚴(yán)格校準(zhǔn).b）。開啟直流電源和所有測試儀器，預(yù)熱半小時(shí)直流供電：+12V,即在測試加電前應(yīng)將直流電壓置為+12V,電流最大輸出限流為350mA。所有的接地線必須連接良好，有

40、輸出開關(guān)的直流電源置為“輸出開”的狀態(tài)。用同軸電纜連接信號源的射頻輸出端口和倍頻器輸入端口,倍頻器輸出端口用波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換接頭跟頻譜儀或功率計(jì)相連。.用功率計(jì)測試倍頻器的輸出功率，測試裝置主要由微波信號源、待測倍頻器、功率頭和功率計(jì)組成,信號源的輸入信號頻率設(shè)在8.2512.5GHz范圍內(nèi)，輸入功率設(shè)為5dBm，開啟射頻輸出，以0。5dBm為步進(jìn)功率逐步增加信號源輸出功率，直到加在倍頻器輸入口的信號不超過10dBm,測出倍頻器在各個(gè)頻率點(diǎn)上的輸出功率。.用頻譜儀測試倍頻器的輸出頻譜，觀察倍頻器的諧波電平。測試裝置主要由微波信號源，待測倍頻器、諧波混頻器以及頻譜儀組成，信號源的輸入信號頻率設(shè)在8.

41、2512.5GHz范圍內(nèi)，輸入功率設(shè)為5dBm，開啟射頻輸出，以0。5dBm為步進(jìn)功率逐步增加信號源輸出功率，直到加在倍頻器輸入口的信號不超過10dBm，觀察倍頻器的輸出頻譜特性,頻譜先經(jīng)過諧波混頻器混頻后再用具有擴(kuò)頻功能的AgilentE4407B頻譜儀觀察。.通過簡單的計(jì)算就可以得到四倍頻器的輸出信號功率和諧波抑制，計(jì)算方法為:四次諧波信號功率=功率計(jì)測試功率-諧波信號功率；諧波抑制度=四次諧波信號功率-其它諧波信號功率.根據(jù)測試數(shù)據(jù)判斷倍頻器各項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)到要求。第5章結(jié)論綜上所述微波倍頻器是通信、雷達(dá)、電子對抗不可缺少的重要部件，與無源倍頻率、器相比，F(xiàn)ET有源倍頻器倍頻損耗小，溫度穩(wěn)

42、定性好,因而對FET有源倍頻器的研究至關(guān)重要!本文分析了倍頻器的基本原理和倍頻機(jī)理，為微波倍頻技術(shù)的研究提供了可靠的理論依據(jù),然后在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合ADS軟件對倍頻電路進(jìn)行了仿真研究并最終優(yōu)化得到預(yù)期的結(jié)果。本課題的完成，對以后的學(xué)習(xí)和工作是非常有幫助的，尤其是在微波理論分析階段和ADS軟件仿真過程中所積累的經(jīng)驗(yàn)，為以后的微波仿真設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì)（完整）基于ADS有源倍頻器的仿真設(shè)計(jì) 致謝：首先向我的導(dǎo)師周曉萍副教授致以衷心的感謝，本論文能得以順利完成離不開周老師的悉心教導(dǎo)。四年來，周老師廣博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的學(xué)者風(fēng)范,對事業(yè)的奉獻(xiàn)精神以及對學(xué)生無微不至的關(guān)心，都將是我一生難忘的。感謝周老師在論文過程中給予的耐心細(xì)致的指導(dǎo)和幫助。本文的工作從方案論證到軟件仿真設(shè)計(jì)，都是在周老師的指導(dǎo)下完成的,她豐富的工程經(jīng)驗(yàn)以及對我的精心指導(dǎo)是本文能夠順利完成的關(guān)鍵。感謝孟海成師兄在本文完成過程中給予的幫助,感謝池源、趙聞等同學(xué)給予的支持和鼓勵(lì)。感謝我的父母和親人在我漫長的求學(xué)過程中給予的理解和支持！感謝為評閱本文付出辛勤勞動(dòng)的老師