基于ADS仿真的S波段五位数字移相器设计

基于ADS的S波段微带混频器的设计与仿真刘静;石晓原;姜恒;胡向顺;辛军【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)023【摘要】首先阐述了微带单平衡混频器的工作原理,然后利用ADS软件设计了一个工作在S波段的微带无源下变频混频器,运用S参数及谐波平衡分析法对该混频器进行设计仿真.混频器射频输入信号为3 250 MHz,本振信号为4 150 MHz,输出中频信号为900 MHz.由仿真结果验证方法的可行性,而且利用ADS进行微波电路仿真,具有周期短,开发成本低,性能优良等特点.%The working principle of microstrip-line single-balanced mixer is designed, and then a S-band microstrip-line single-balanced down converter mixer is designed by using of the tool of Advanced Design System (ADS). And the mixer is designed and simulated by means of scattering parameters and harmonic balance method. The frequence of radio-frequency (RF) input signal is 3 250 MHz, the frequency of local oscillator (LO) is 4 150 MHz and the frequency of output IF is 900 MHz. The simulation result verifies the feasibility of the design method. It can be seen that the application of microwave circuit simulation with ADS in the mixer has the characteristics of short period, low cost, excellent performance and so on.【总页数】4页(P97-100)【作者】刘静;石晓原;姜恒;胡向顺;辛军【作者单位】72465部队,山东济南 250022;72465部队,山东济南 250022;72465部队,山东济南 250022;72465部队,山东济南 250022;72465部队,山东济南250022【正文语种】中文【中图分类】TN773-34【相关文献】1.基于ADS的微波混频器设计与仿真 [J], 赵晶亮;吕晶晶;赵永亮2.混频器的ADS优化设计与仿真 [J], 张翠芳3.单平衡混频器的ADS设计与仿真 [J], 徐升槐4.基于ADS的微带双分支定向耦合器设计与仿真 [J], 张德虎5.S波段接收前端用单片混频器的CAD [J], 王军贤;岑元飞;陈效建因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

X波段0.18 μm CMOS 5位数字移相器刘志芹;毛陆虹【摘要】设计了一款应用于相控阵雷达系统,工作频段8 GHz～12 GHz,中心频率为10 GHz的5位数字移相器,该移相器采用UMC 0.18μm标准CMOS工艺设计实现.五位移相单元分别为11.25°、22.5°、45°、90°和180°,其中180°移相单元采用高-低通滤波器型结构,其余移相单元采用低通π型滤波器结构.通过合理选择参数模型和拓扑结构,优化版图布局设计,实现了电路性能并给出仿真结果.在工作频率范围内,32种移相状态的相位均方根误差＜1.08°,幅度均方根误差＜1.14dB,插入损耗值保持在14 dB～20 dB范围内,版图尺寸为2.85×1.15 mm2.【期刊名称】《天津理工大学学报》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】相控阵雷达;数字移相器;高-低通滤波器;0.18μm CMOS工艺【作者】刘志芹;毛陆虹【作者单位】天津大学电子信息工程学院,天津300072;天津大学电子信息工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TN432移相器是相控阵雷达系统T/R组件的重要组成部分［1］，用来改变信号的传输相位.它对于通信设备、雷达系统有着不可忽视的重要作用［2］，决定着整个系统性能的好坏.移相器一般分为模拟式和数字式两类，数字移相器［3］由于不受电压和温度变化的影响而广泛应用于相控阵雷达中.它有多种实现方法，比较常用的有开关线型、加载线型、反射型以及高-低通滤波器型［4］.移相器拓扑结构的选择需要根据具体的设计指标来确定，高精度、高性能、低成本是移相器设计者所追求的.本文基于0.18 μm CMOS工艺设计了一款X波段5位数字移相器，工作频率为8 GHz～12 GHz，文中介绍了具体实现方法并给出仿真结果.5位数字移相器由11.25°、22.5°、45°、90°、180° 5个基本的移相单元组成.MOS管是移相器功能实现的关键，控制MOS管的通断可以实现移相单元在基态和移相态间切换，从而获取所需的相移.1.1 移相器的设计原理MOS管工作在无源状态，栅极加隔离电阻避免源、漏间信号通过栅极泄露到地，控制栅极偏置电压改变源漏间电阻和器件寄生.本文栅极控制电压分别是0 V、1.8 V，当栅极电压为1.8 V时，MOS管可以等效成一个很小的电阻；当栅极电压为0 V时，MOS管则等效成一个电阻和一个电容并联，如图1所示.MOS管的选取直接决定每位移相单元的性能指标，为满足不同的设计要求需要对MOS管参数进行详细设定.1.2 移相器的拓扑结构及实现移相器常见的4种拓扑结构分别是开关线型、加载线型、反射型以及高-低通滤波器型，移相器拓扑结构的选择根据设计指标确定.开关线型移相器电路结构简单，方便设计，但容易产生谐振，导致插入损耗增大，影响移相精度；加载线型移相器结构简单，适用于小移相位单元窄带电路的设计；反射型移相器工作频带宽，移相精度高，只是耦合线的使用导致插入损耗和芯片面积都会增大；高-低通滤波器型移相器可以实现宽频带相移，具有良好的平坦度，这种结构目前应用比较广泛，相比之下电路设计相对复杂［5］.文中11.25°、22.5°、45°和90°移相单元采用低通π型滤波器结构，如图2所示.Vp= 1.8 - Vn，MOS管导通时等效成电阻，截止时等效成电阻和电容并联. 当M1导通时，M2截止，L2与M2的截止等效电容并联，串联电容C与M1的等效电阻并联.当M1截止M2导通时，形成一个π型等价低通网络.相位Φ可以表示为由此可得180 °移相单元电路采用高-低通滤波器型结构，其工作原理如下：对于图3（a）所示的T型低通结构，它的ABCD归一化矩阵如下：散射矩阵为相位Φ1表示为当输入输出匹配时S11= S22= 0，且无损耗时S21= S12= 1，得由π型网络与T型网络的对称性可以得到π型低通、高通结构的LC值.对于图3（d）所示的高通结构，若相位为Φ2，采用相似的分析可知LC分别为当信号通过低通滤波器时，相位Φ1滞后，滞后相位随频率的升高而增大；信号通过高通滤波器时，相位Φ2超前，超前相位随频率的升高而减小，低通、高通滤波器的相位变化互相补偿［6］，由此保证相位差值ΔΦ=Φ2-Φ1在一定的频率范围内为定值.本文设计的5位数字移相器经过优化级联顺序，得到的最终电路原理图如图4所示：图5显示的是5位数字移相器级联之后的版图照片，面积是2.85×1.15 mm2，控制输入信号依次获得步进值为11.25的0°到360°中32种不同的移相状态.对X波段5位数字移相器进行后仿，图6为32种相对相移量随频率的变化曲线，图7为移相器的插入损耗，32种状态的插损均小于-14 dB，插损越小表示信号产生的寄生幅度越小，有利于提升电路的整体性能；图8为输入输出回波损耗，即反射信号的损耗，为避免对前后电路性能的影响，要求回波损耗越小越好；图9相位均方根误差＜1.08°，幅度均方根误差＜1.14 dB，表1为国内外同类产品的性能对比，由结果可知，所设计的0.18 μm CMOS 5位数字移相器在保证性能与成本的前提下，实现了优异的相位、幅度移相精度.采用0.18 μm CMOS工艺设计了一个X波段5位数字移相器.其中，11.25°、22.5°、45°和90°移相单元采用低通π型滤波器结构，180°移相单元电路采用高-低通滤波器型结构.通过控制输入信号依次获得步进值为11.25的0°到360°中32种不同的移相状态，32种状态的插入损耗保持在14 dB～20 dB范围内，相位均方根误差＜1.08°，幅度均方根误差＜1.14 dB，结果表明所设计的移相器具有优异的移相精度和较小的损耗，可广泛应用于高精度、低成本的雷达系统中.【相关文献】［1］Donald J H. Solid state transmit/receive module for the PAVE PAWS phased array radar［J］. Microwave Journal，1978，17（4）：33-35.［2］Cohen E D. Trens in the development of MMICs and packages for active electronically scanned arrays（AESAs）［C］// IEEE International Symposium. Phased Array System and Technology. Boston，MA：IEEE，1996.［3］伍祥冰. C波段GaAs单片6位移相器［J］.半导体情报，1998，35（4）：29-32.［4］廖承恩.微波技术基础［K］.西安：西安电于科技大学出版社，1994.［5］齐步坤.数字式移相器电路研究［J］.电子世界，2013（3）：3-4.［6］邵哲，彭浩，张玉兴，等. UHF波段六位数字移相器的研究与实现［J］.中国电子科学研究院学报，2009（2）：161-164.［7］Donghyup S，Rebeiz G M. Low-power low-noise 0.13 μm CMOS X-band phased array receivers［C］//Microwave Symposium Digest（MTT）. 2010 IEEE MTT-S International. Anaheim，CA：IEEE，2010.［8］Comeau J P，Morton M A，Kuo W M L，et al. A silicon-germanium receiver for X -band transmit/receive radar modules［J］. Ieee Journal Of Solid-State Circuits，2008，43 （9）：1889-1896.［9］Thrivikraman T K，Kuo W M L，CresslerJ D，et al. A twochannel，ultra-low-power，SiGe BiCMOS receiver frontend for X-Band phased array radars［C］//Proceedings of the 2009 Bipolar/Bicmos Circuits and Technology Meeting. BCTM 2009. Capri：IEEE，2009. ［10］Jin K Kwang，Rebeiz G M. A 6-18 GHz 5-bit active phase shifter［C］//Microwave Symposium Digest（MTT）. 2010 IEEE MTT-S International. Anaheim，CA：IEEE，2010.。

利用ADS 和Serenade 设计S 波段压控振荡器郑贵强　周邦华(中国工程物理研究院电子工程研究所　绵阳　621900)　收稿日期:2002-09-06 收修改稿日期:2002-10-29文　摘　简介设计S 波段压控振荡器(V CO )的理论基础,阐述利用A g ilent 公司的A DS 软件进行S 波段V CO 的初步设计过程及如何通过A nsoft 公司的Serenade 软件快速改进V CO 性能,使其达到实际要求。

主题词　S 波段　压控振荡器　调频　设计前　言在再入遥测系统的射频传输阶段,需要高频谱纯度和高频稳度的频率源作为发射机的关键部件。

近几年来,随着武器系统复杂度的提高,被测对象和被测参数逐渐增多,较低的发射机传输速率已经不能适应21世纪再入遥测系统的实际需要。

同时,为了有效地解决记忆重发技术的局限性,迫切需要将码速率从目前的几百K 提高到2M b/s 以上,这就对再入遥测系统提出了更高的要求。

对PCM 遥测发射机调频振荡源的研究是改进发射机的必由之路。

而调频压控振荡器是调频源最关键的也是设计难度最大的部分。

本文结合ADS 和Serenade 软件对设计压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator )的过程进行详细的介绍。

1　VCO 设计的理论基础微波晶体管在适当的端接下都可以构成振荡器。

微波振荡器电路的设计利用负阻分析法比较简便,常用的是结合S 参数和Z 参数进行分析。

VCO 的设计和一般振荡器的设计没有太大区别,只是输入或输出回路中含有变容二极管。

其基本原理是在振荡器的谐振回路中接入可变电抗元件,使其电抗值随调制参数而变化,达到改变频率的目的[1]。

从设计角度看,VCO 的初步设计和放大器设计很类似。

都要以一定频率下的器件的S 参数为基础,输入、输出匹配网络和直流偏置也没有很大区别,不同之处在于设计振荡器时,为了产生并维持振荡和形成负阻,应该使S 11或S 22大于1,而且要满足稳定系数k =1-ûS 11û2-ûS 22û2+ûD û22ûS 12S 21û<1的要求。

基于ADS仿真设计X波段五位数字移相器凌伟;张玉兴【摘要】介绍了利用ADS进行X波段五位数字移相器的设计.描述了PIN管的开关特性、X波段五位数字移相器的电气特性、原理、电路设计及仿真情况.移相器采用PIN管管芯作为开关元件,5个移相位将呈线形级联布置.均方根相位误差小于3°,插入损耗在1.7～2.9 dB之间,回波损耗小于15 dB.仿真结果,满足要求.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)007【总页数】3页(P94-96)【关键词】X波段;移相器;PIN管;ADS【作者】凌伟;张玉兴【作者单位】电子科技大学,四川,成都,610054;电子科技大学,四川,成都,610054【正文语种】中文【中图分类】TN312.4;TN6231 引言微波移相器是一种微波控制电路，其主要作用是对微波信号的相位进行控制以满足系统的需要。

基于微波移相器广泛的应用领域，尤其是在军事方面的应用，进行高性能高移相精度的数字移相器的仿真研究就具有非常重要的意义。

Agilent公司的ADS软件具有完整的设计和仿真优化功能，能快速有效地设计仿真出需要的电路，可以大大提高设计的成功率，从而减轻设计者的工作量。

2 移相器设计2.1 本项目移相器主要性能参数指标工作频率：9.5～10.5 GHzRMS(均方根相位误差)：<3°插入损耗：<5 dB插入损耗最大变化：±1 dB回波损耗：<15 dB承受功率：≥20 W(连续波)2.2 PIN管开关特性PIN二极管作为开关元件进行控制，具有相移精度高、功率大、体积重量小、开关时间短、控制功率小、对温度变化的稳定性好等优点。

在正向偏置状态下，PIN二级管管芯的等效电路如图1(a)所示，其中Rj为I层的电阻,Cj为正向注入的载流子在I层边界上产生电荷储存所引起的扩散电容，Rf为电极和引线电阻。

在零偏和反向偏置状态下，PIN二级管管芯的等效电路较复杂，需根据电压的大小分情况讨论：(1) 在零偏压和反向电压较小时，小于穿通电压 VPT，其情形如图1(b)所示，其中耗尽区以电阻Rj和电容Cj并联来表示，非耗尽区以电阻Ri和电容Ci并联来表示，而Rf为电极和引线电阻。

燕山大学课程设计题目：射频控制电路移相器的设计学院（系）：理学院年级专业： 10 电子信息科学与技术学号：学生姓名：指导教师：教师职称：讲师副教授燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：理学院基层教学单位：10 电子信息科学与技术说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

年月日燕山大学课程设计评审意见表射频控制电路移相器的设计摘要：设计了一个改进的负载型移相器，这类移相器设计简单，具有更小的开关时间和较低的激励功率，同时可以使回波损耗得到改善。

关键字：ADS；移相器；软件设计；EDADesigned of RF Phase Control CircuitAbstract:Improved design of a load type phase shifter, the phase shifter of such a simple design, with a smaller excitation switching time and lower power, while the return loss can be improved.Keywords:ADS;phase;software design;EDA一、引言移相器是能够对波的相位进行调整的一种装置。

广泛应用于微波通信、雷达和测量系统中，它是一种二端口网络，用于提高输出和输入信号之间的相位差，由控制信号（电流偏置）来控制。

微波移相器是相阵控雷达、卫星通信、移动通信设备中的核心组件，它的工作它的工作频带、插入损耗直接影响着这些设备的抗干扰能力和灵敏度，以与系统的重量、体积和成本，因此宽带、低插损的移相器在军事上和民用卫星通信领域具有重要的意义。

电控移相器有足够的移相精度，移相稳定性高，不随温度、信号电平等变化；插入损耗小，端口驻波小，移相速度快，所需控制功率小。

二、原理移相器的分类比较复杂，不同种类的移相器的工作原理也有很大差别。

《基于ADS的射频功率放大器设计与仿真》篇一一、引言射频功率放大器（RF Power Amplifier，简称RPA）是无线通信系统中的关键组件，其性能直接影响到整个系统的传输效率和信号质量。

随着无线通信技术的快速发展，对射频功率放大器的设计要求也越来越高。

本文将介绍基于ADS（Advanced Design System）软件的射频功率放大器设计与仿真过程，以提升设计效率和性能。

二、设计要求与指标在开始设计之前，我们需要明确射频功率放大器的设计要求与指标。

主要包括以下几个方面：1. 工作频率范围：根据系统需求，确定放大器的工作频率范围。

2. 输出功率：根据系统传输需求，设定合适的输出功率。

3. 效率：要求放大器具有较高的能效比，以降低能耗。

4. 线性度：要求放大器在不同输出功率下保持良好的线性度，减少失真。

5. 其他指标：如噪声系数、稳定性等。

三、ADS软件介绍ADS是一款功能强大的电子设计自动化软件，可用于射频电路、微波电路、毫米波电路以及光电子器件的设计与仿真。

该软件提供了丰富的电路元件库、仿真工具和优化算法，可大大提高设计效率和性能。

四、射频功率放大器设计1. 电路拓扑选择：根据设计要求，选择合适的电路拓扑结构，如共源极、共栅极等。

2. 元件选择：选择合适的晶体管、电容、电感等元件，以满足设计要求。

3. 直流偏置设计：设置合适的直流偏置电路，以保证放大器在不同输出功率下的工作稳定性。

4. 匹配网络设计：设计输入和输出匹配网络，以实现最大功率传输和良好的驻波比。

5. 仿真验证：利用ADS软件进行电路仿真，验证设计的正确性和性能指标。

五、仿真结果与分析通过ADS软件进行仿真，我们可以得到射频功率放大器的各项性能指标。

以下是一些主要的仿真结果与分析：1. S参数仿真：通过S参数仿真，我们可以得到放大器的输入反射系数、输出反射系数以及传输系数等参数，从而评估放大器的传输性能和匹配情况。

2. 功率增益仿真：通过功率增益仿真，我们可以得到放大器的功率增益曲线，以评估放大器在不同输出功率下的增益性能。

燕山大学课程设计题目：射频控制电路移相器的设计学院（系）：理学院年级专业： 10 电子信息科学与技术学号：学生：指导教师：教师职称：讲师副教授燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：理学院基层教学单位：10 电子信息科学与技术说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

年月日燕山大学课程设计评审意见表射频控制电路移相器的设计摘要：设计了一个改进的负载型移相器，这类移相器设计简单，具有更小的开关时间和较低的激励功率，同时可以使回波损耗得到改善。

关键字：ADS；移相器；软件设计；EDADesigned of RF Phase Control CircuitAbstract:Improved design of a load type phase shifter, the phase shifter of such a simple design, with a smaller excitation switching time and lower power, while the return loss can be improved.Keywords:ADS;phase;software design;EDA一、引言移相器是能够对波的相位进行调整的一种装置。

广泛应用于微波通信、雷达和测量系统中，它是一种二端口网络，用于提高输出和输入信号之间的相位差，由控制信号（电流偏置）来控制。

微波移相器是相阵控雷达、卫星通信、移动通信设备中的核心组件，它的工作它的工作频带、插入损耗直接影响着这些设备的抗干扰能力和灵敏度，以及系统的重量、体积和成本，因此宽带、低插损的移相器在军事上和民用卫星通信领域具有重要的意义。

电控移相器有足够的移相精度，移相稳定性高，不随温度、信号电平等变化；插入损耗小，端口驻波小，移相速度快，所需控制功率小。

二、原理移相器的分类比较复杂，不同种类的移相器的工作原理也有很大差别。

应⽤于DBS移动接收中的5位数字移相器——低成本、Ku 波段应⽤于DBS移动接收中的5位数字移相器——低成本、Ku波段丁⽯礼;徐⽴勤【期刊名称】《中国电⼦科学研究院学报》【年(卷),期】2011(006)004【摘要】提出了⼀种应⽤于DBS移动接收中的5位数字移相器的设计⽅案,并通过实验验证了其实际性能。

该移相器采⽤加载线型和反射型移相原理,⾸先应⽤ADS软件进⾏设计仿真;仿真结果显⽰该移相器具有频带内⾼移相精度、低插⼊损耗和低VSWR 等性能,符合设计要求。

最后使⽤Agilent⽮量⽹络分析仪对实物进⾏测试,进⽽验证了设计⽅案的正确性。

%A five-bit digital phase shifters＇ design,simulation and test results for mobile reception of DBS is introduced and described.The phase shifter achieves phase shift by using the principle of the loaded line type and reflection-type.First,design and simulation ane implemented using ADS,and simulation results show that the phase shifter performs high phase accuracy in the band,low insertion loss and low VSWR and other properties,which meet the design requirements.Finally,exploring the Agilent vector network analyzer to test the proposed phase shifter and then verify the property of the design scheme.【总页数】4页(424-426,431)【关键词】数字移相器;加载线型;反射型;ADS;FET开关【作者】丁⽯礼;徐⽴勤。

新颖的超小型多倍频程5位GaAs数字移相器1引言移相器在新一代移动通信、电子战、有源相控阵和智能天线等系统中获得广泛的应用。

采用PIN二极管的微波控制电路（开关、移相器和衰减器等），由于不便于集成和控制时有功耗，所以体积大、相控阵大阵面使用时功耗大，使系统中的电源和散热部分十分复杂。

其应用在许多场合受到限制。

砷化镓微波单片集成电路移相器由于体积小、重量轻、开关速度快、无功耗、抗辐射、可靠性高和电性能批量一致性好等显著优点，倍受欢迎。

尤其在体积、功耗、开关速度等要求苛刻的应用系统和新一代的许多军用、民用电子系统中，将依靠砷化镓微波单片集成电路技术来满足其中的许多苛刻要求。

移相器在电子系统中的主要作用是调整系统接收/发射时电路中的信号相位。

新一代商用和军用的电子系统中许多关键部件和电路（如电子战、有源相控阵雷达和新一代移动通信空间分集多址系统中的收/发组件；各种需要信号相位正交的电路等）都有赖性能高、体积小、重量轻、开关速度快、无功耗、可靠性高、电性能批量一致性好和造价低的数字和模拟移相器来实现，砷化镓单片集成电路数字和模拟移相器正好迎合了这一要求。

另外，在相控阵系统中，微波收/发组件占系统总造价的70％～80％，移相器又是微波收/发组件中的关键电路，其造价在微波收/发组件造价中占有很大的比例，所以吸引了世界上许多人的关注。

2移相器的设计2．1总的考虑和步骤一般根据电性能指标和芯片尺寸等要求，砷化镓微波单片集成电路数字移相器的设计总的考虑如下：（1）针对不同的相移位选取相应的电路拓扑；（2）根据GaAsMMIC制片工艺线的特定工艺条件和电路模型参数提取系统获得电路设计中所需的电路模型参数，特别是多倍频程开关MESFET电路的模型参数；（3）根据提取的电路模型参数和相应的计算机拟合技术获取比例缩放经验公式；（4）根据不同的相移位选定的相应电路拓扑和多倍频程开关MESFET电路模型参数，借助计算机和相关软件进行设计和优化；（5）根据优化结果进行版图设计；（6）根据设计的版图进行整体分析和二次优化，再确定版图；（7）大圆片制作；（8）微波探针在片测试。

基于CMOS工艺5.2GHz LNA的设计实例东南大学射频与光电集成电路研究所1．创建设计文件1.1 从开始>程序或桌面快捷方式打开ADS,主窗口如下:这是工具栏,将光标停在按钮上有这个按钮的说明出现.1.2 创建一个新的project-LNA在指定的目录下,project以_prj结尾(默认状态).按OK会出现原理图窗口,完成下面的原理图,并保存为LNA.dsn.说明: 文件的扩展名:设计文件扩展名为.dsn(designs),数据文件的扩展名为.ds(datasets),数据显示文件的扩展名为.dss(Data Display Server),它们分别存放在相应的project下的network,data和根目录下.在画原理图时,要在左边的Component Palette List中选择元件的库,我们所需的元件如图大部分是在TSMC RF CMOS 0.18um v2.0中,除了两端的Term(Simulation-S_Param中)和电感L2,L4,L5(Lumped-Component中).注意此工具栏,上面有常用的元件,如连线和GND.当然,元件的调用也可以通过上面的第四个按钮,当你不知道此元件属于哪个库时,通过在元件库中查找很有用,可以用一下看看.旋转器件可以按或者快捷键Ctrl+R.用来输入变量,器件的参数可以用已定义的变量来表示,当有两个或以上的元件参数一样时,例如,差分结构的电路,用这种方法很方便.1.3 初步完成原理图的输入后,整理你的原理图使之与上面的图相似:按F5再选择器件,可以将器件的说明移开,使之不与器件重叠.1.4 保存整理后的原理图.保存后的原理图在标题栏上应没有*.2．直流仿真下面,我们对这个LNA进行仿真,要进行的仿真有DC仿真,S参数仿真,谐波平衡(Harmonic Balance)仿真,相应的,我们可以得到电路的直流工作点,S11,S12,S21,S22参数和1dB压缩点,IIP3和等噪声系数圆以及等增益圆.首先我们进行DC仿真.2.1在左侧的Component Palette List中选择Simulation-DC选择Simulation Controller,将其添加到原理图中.2.2 仿真设置:选择菜单Simulate>Simulation Setup将弹出如下对话框:Dataset 下面填的是仿真产生的一组数据的文件名,Data Display 下面填的是产生的显示文件的文件名.如上所述,这两个文件分别存放在当前project 文件夹下的data 子文件夹和当前project 文件夹下.2.3 按Simulate 或者F7键进行仿真,此时会弹出仿真状态窗口,如果仿真没有错误(error),将弹出Data Display 窗口.对于DC 仿真,可以关掉Data Display 窗口和仿真状态窗口.选择菜单Simulate>Annotate DC Solution.此时,各个节点的电压和电流将会标注在原理图上,我们可以看到,电路的偏置电压是852mV .选择菜单Simulate>Clear DC Annotation 可以清除这些电压和电流.3. S 参数仿真3.1 在你的电路图上删除DC Simulation Controller 或者按使它无效.加入S_ParamSimulation Controller,按下图进行设置.设置完成状态:3.2 保存原理图,进行仿真设置:3.3 仿真结束后将弹出数据显示窗口,选择要显示的数据.在加入S11,S21,S22这种复数数据时,需要选择显示类型,选择dB值.确定后将显示如下数据,加入maker(Maker>New),可以读出精确的值.3.4 选择Smith Chart显示S11和S22,这样看匹配情况更加直观:可以看到,电路的噪声系数是1.218dB,nf(2)是指第二个端口即输出端的噪声系数.电路输入输出匹配都不好,下面我们将对电路进行优化,改进其性能.3.5 保存显示文件.点(Tune)图标,将进入调谐模式:这时我们需要选择要调谐的电路参数(注意,是元件参数而不是元件本身).按住Ctrl可以选择多个要调谐的参数,如下:3.6 选完后将出现参数调谐窗口:按Details,这样我们可以对参数的范围和步长进行选择.调节Display窗口,调整它的大小,这样你可以在参数调谐时清楚地看到调整后的结果.反复耐心的进行参数调节,可以得到很好的匹配.以下是一组参考值:可以看到,此时的S11,S22都低于-30dB,达到了较好的匹配,电路增益也提高了.按update键,这样可以将原理图中的数据用调谐得到的数据代替.说明:其实,电路中的C1,C2,C4,C5都是pad电容,实际上很难控制,实际流片时也无法达到如此高的精度.我们在实际设计中可以调整的有源极电感和输出电容的值.4．LNA的参数优化参数优化可以达到匹配和优化噪声等目的.4.1 将原理图另存为LNA_Opt.dsn,将元件参数改回初始值:4.2 在左侧的Component Palette List中选择Optim/Stat/Yield/DOE,在原理图中加入优化控件和目标.4.3 双击它们可以打开对话框上图是优化S11的目标(小于-29dB),SP1是S_Param Simulation Controller 的名字.如果你做其他的仿真,例如DC 仿真,将它换成DC Simulation Controller 的名字.再加入其他的仿真目标,如S21,S22,nf(2)等等,为了节省仿真时间,我们只选择S11和S22来优化,目标是小于-29dB.左侧的Optim Simulation Controller 只须将Maxlter 改成1000次. 4.4 选择为达到目标需要进行优化的元件的参数,有如下两种方法: 4.4.1在元件参数后加opt{}函数,{}内是参数值的范围.如:4.4.2双击元件或者变量,按Optim/Statistics/DOE Setup 按钮,选择Optimization Status 为Enabled,再选择参数的值和范围,如下:我们一共选择四个参数进行优化,我们范围的选择参考了上面优化的结果,实际设计中需适当增大优化的范围.4.5 保存原理图,进行仿真设置并仿真,仿真状态栏中出现EF(ErrorFunction)=0表示达到了优化的目标,下面则是相应的优化参数.仿真结果如上图,可以看到,S11和S22分别有两条曲线, 分别是第一次优化的曲线和达到目标时的曲线.在Optim Simulation Controller中选择Save data for iteration(s):Last,可以直保存最后达到目标时候的曲线.因为我们选择的是随机的优化类型,而且有1000次的限制,所以,我们优化得到的参数和调谐得到的是有区别的.4.6 在菜单中选择Simulate>Update Optimization Values,将优化的数据更新到原理图中.保存数据显示图,将原理图另存为LNA_GaNs.dsn,下面我们要进行新的仿真.5. LNA的等增益圆与等噪声系数圆5.1 在Simulation-S_Param中选择GaCir和NsCir,你需要用到滚动条来选择.双击它们,可以看到GaCircle()和NsCircle()这两个函数的功能.5.2 进行Simulation Setup:5.3 仿真,在新打开的窗口中添加等增益(资用功率增益,Available Gain)圆和等噪声圆的图.你会发现,得到的圆非常多.5.4 将S_Param Simulation Controller中的频率范围缩小在我们关心的频率上:5.5 再次仿真,这样我们只得到两个需要的圆了(左图):5.6 我们也可以如下设置来得到一组等增益圆和等噪声系数圆.仿真结果如上面右图.说明:一般来说,最小噪声系数和最大增益所需要的Γs是不同的,噪声系数越小,我们得到的最小噪声系数等噪声系数圆越小.增益越大,得到的等增益圆越大.根据设计要求在增益和噪声之间进行折衷,可以得到相应的反射系数.5.7 保存原理图和数据显示图,打开LNA_GaNs.dns,并将它另存为LNA_NL.dsn,这样,我们将使用第一次的器件参数,进行下一项仿真.6. LNA的谐波仿真6.1 修改原理图如下:信号源在Source-Freq Domain 中,变量RF_pwr 是输入功率.注意dbm()函数的用法.6.2 确认已将输出节点定义为vout,这样dbm(vout)将会把输出电压转换为功率(50Ω系统中).6.3 在原理图中加入Harmonic Balance Simulation Controller(Simulation-HB),并进行设置.6.4 仿真,在弹出的数据显示窗口中,加入vout 的频谱图:显示如下:频谱图6.5 使用按钮可以看到幅度较小的谱线,如右图.6.6 你也可以看时域输入输出图:6.7 使用List来看输出的幅度可以看到,5.2GHz,10.4GHz,15.6GHz分别有1,2,3次谐波存在,如果我们选择Max Order=5我们将看到更多的谐波分量.7．LNA的1dB压缩点仿真7.1 使用Gain Compression进行仿真7.1.1 在原理图中加入XDB Simulation Controller,并进行设置.7.1.2 进行1dB压缩点仿真,在数据显示窗口中加入输入功率输出功率的数据:7.1.3 在outpwr后加上[1] ( Trace Options>Trace Expression),这样可以得到单一的数据.从表格中我们可以读出1dB压缩点为-11.103dBm.7.2 使用其他方法测试电路的1dB压缩点.7.2.1 将XDB Simulation Controller删除.设置HB Simulation Controller如下:7.2.2 仿真,在弹出的数据显示窗口中,使用加入一个公式,注意,dbm_out和RF_pwr都必须从右边选择.7.2.3 作出gain与扫描变量RF_pwr的关系图:注意:Datasets and Equations下拉菜单中应选择Equations,因为,gain是我们在数据显示窗口中输入的一个公式,不同于原理图中的Measurement Equation:dbm_out,gain是一个根据仿真数据算出来的值,而dbm_out是一个仿真数据.gain曲线如图.在曲线上夹入maker,m1和m2,从图中可以清楚地看到,随着输入功率的增加,LNA 产生了增益压缩现象,1dB 压缩点为-11.1dBm,与前面的结果完全一致.7.2.4 保存数据显示文件,再添加dbm_out 即输出功率随RF_pwr 变化的曲线:同样的,我们可以看到,输出功率随输入功率的变化增加量为非线性.下面我们在这张图中添加一条参考直线.加入公式:再将它添加到上图中:添加后的图如下所示,在两条曲线中加入Marker,读出他们相差1dB 时的RF_pwr 值,既是1dB 压缩点.7.2.5 保存数据显示图,将原理图另存为LNA_TOI.dsn,下面我们将进行新的仿真. 8．LNA的谐波仿真8.1 首先将电路中的源换成双频的,你需要定义新的变量:RF_freq,spacing.8.2 设置HB Simulation Controller, 注意,此时是没有扫描变量的.如果你的原理图中还有XDB Simulation Controller,将它删除,我们不再需要了.8.3 进行仿真设置,仿真,在数据显示窗口中添加vout的频谱图.图中,许多谱线看起来是重叠的.8.4 使用按钮提取我们关心的频段的数据,也可以双击dbm(vout)图,选择PlotOptions,设置X轴的频率范围.8.5 使用公式和Mix()函数来读出显示谐波分量.首先,在数据显示窗口编辑公式:8.6 加入dBm(vout)图,弹出对话框时选择Trace Options,设置输出变量的形式.注意,在Trace Type中应该选择Spectral. 这样,我们就可以得到5.185G,5.195G,5.205G,5.215G四根谱线.数据与前一种方法得到的是完全一样的.8.7 加入List,显示Mix的数值,我们可以看到谐波频率与输入频率间的关系.9．LNA的三阶互调(TOI)仿真9.1 LO_pwr不变9.1.1 在原理图中加入两个IP3Out Measurement Equation(Simulation-HB中),并进行设置.9.1.2 仿真,加入List显示upper_toi和lower_toi.注意,在Plot Options中,应取消选择Display Indep. Data.我们也可以用公式和函数的办法来达到同样的目的.9.1.3 加入公式9.1.4 显示my_toi如下,由于表达式实际上是相同的,所以my_toi与上一个List中的upper_toi数值相同.9.2 扫描RF_pwr9.2.1 设置HB Simulation Controller.9.2.2 仿真.双击List my_toi,将RF_freq加入显示项目.表格中的其他数据可以用这组按钮来观察.9.2.3 在同一张图中加入my_toi 和dbm(mix(vout,{1,0})),在加入后一项时,你需要用到Advanced 按钮.如图:曲线如下图.9.2.4 双击my_toi 曲线,在Plot Axes 中,将它的Y 轴改为Right Y Axis.21不懂：由图可见,当RF_pwr 在-2.5dB 时,延长一次互调量mix(vout,{1,0})与三次互调量mix(vout,{2,-1})曲线斜率为1:3的部分(近似为一条直线),交点处的输入功率即为输入三阶互调点.注意,在测试三阶互调点时,输入功率要比较小,以保证电路工作在线性区,通常设置输入功率比1dB 压缩点低10dB.。

文章编号：1005-6122（2011）02-0084-04五位RF MEMS开关延迟线移相器*金铃（南京电子技术研究所，南京210013）摘要：设计并研制了一种6 11GHz、超宽带5位RF MEMS开关延迟线移相器，器件实现了5位延迟：λ、2λ、4λ、8λ、16λ。

该器件采用微带混合介质多层板技术，分4层制作，尺寸为45mmˑ20mm。

整个器件包括20个RF MEMS悬臂梁开关，用60 75V的静电压驱动。

6 11GHz频带内，对32个相移态的测试结果表明：一般回波损耗S11＜－10dB，各状态平均插入损耗为－8 －10dB；中心频率处，器件可实现的最大延迟位时延为1680ps，总时延为3255ps。

关键词：开关延迟线移相器，微机电系统（MEMS），悬臂梁开关，微波混合介质多层板5-bit RF MEMS Switch Time Delay Line ShifterJIN Lin（Nanjing Research Institute of Electronics Technology，Nanjing210013）Abstract：A5-bit radio frequency（RF）micro-electromechanical system（MEMS）time delay line shifter operating o-ver ultra-wide frequency ranges from6to11GHz is designed and fabricated．The time delay line shifter provides five bits de-lay：λ、2λ、4λ、8λ、16λ．The shifter circuit is fabricated by using microwave multilayer printed circuit board technology，and the shifter circuit is in four layers．The size of the shifter is45mmˑ20mm．The shifter is composed of twenty series cantile-ver switches actuated by electrostatic voltage of60-75V．Measurements show that the return losses are less than－10dB from 6to11GHz，and the insertion losses are between－8dB and－10dB for most states．In the center frequency，the biggest de-lay time bit is1680Ps，the total delay time is3255ps．Key words：switch time delay line shifter，micro-electromechanical system，cantilever switches，microwave multilay-er printed circuit board technology引言近年来，国内外宽带相控阵雷达技术发展迅速，且已进入实战阶段，如美国2002年已研制出3 18GHz相控阵雷达。

L波段五位数字移相器的宽带自动修调
姜伟卓;丁友石;魏建蓉
【期刊名称】《电子元件与材料》
【年(卷),期】2000(019)003
【摘要】以L波段五位数字移相器的宽带自动修调为例,介绍了激光自动修调系统的组成和工作过程,讨论了移相器的可修调设计和修调算法的设计.激光自动修调技术可用于多种微波电路,可以缩短调试时间,降低生产成本,满足大批量生产的要求.【总页数】2页(P39-40)
【作者】姜伟卓;丁友石;魏建蓉
【作者单位】南京电子技术研究所,江苏,南京,210013;南京电子技术研究所,江苏,南京,210013;南京电子技术研究所,江苏,南京,210013
【正文语种】中文
【中图分类】TN454
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4.基于ADS仿真设计X波段五位数字移相器 [J], 凌伟;张玉兴
5.基于加载线型Ka频段的五位数字移相器 [J], 刘玥玲;康小克;王永帅
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