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(5)双击S参数扫描控件SP,将控件的各项参数修改如下。 频率扫描的起始值设为0.1GHz。 频率扫描的终止值设为5.1GHz。 频率扫描的步长值设为0.01GHz。
(6)单击原理图工具栏中的仿真按钮,执行仿真,在仿真结束后,数据显示视窗将会自动弹出。 (7)由于使用的是仿真模版,需要的仿真结果已经自动出现在数据显示视窗中,如图3.7所示,图中给出了4个S参数的曲线。
图3.7 晶体管S参数仿真曲线
(8)双击S参数的仿真控件SP,选定其中的[Calculate Noise]选项。
(9)重新执行S参数仿真,仿真后查看晶体管的噪声系数,噪声系数如图3.8所示。
图3.8 噪声系数nf(2)曲线
3.2.6 晶体管选取总结
(1)根据以上的各类分析可以看出,晶体管参数指标如下。
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所选晶体管sp_hp_AT32011_5_19950105的频率范围是0.1~5.1GHz,满足所选技术指标。 通带内的噪声系数为2.047,满足技术指标。 通带内的增益细数不满足技术指标。 通带内的输入驻波比不符合制定的技术指标。 通带内的输出驻波比不符合制定的技术指标。 (2)综上所述,可以得出以下结论。
频率范围和噪声系数符合制定的技术指标,故可以选取AT32011晶体管。
通带内增益、输入输出驻波比不符合技术指标,需要添加输入输出匹配网络,通过输入输出匹配网络以及优化来实现这三项指标的达标。 3.3 SP模型的仿真
SP模型的设计一半是放大电路设计的初级部分。在对封装模型设计之前,首先要对SP模型进行设计。通过预先进行SP模型设计仿真,可以获得电路的大概指标,另外对SP模型进行设计不需要考虑偏置电路,只考虑射频信号即可。
本小节将运用SP模型元器件sp_hp_AT32011_5_19950105来设计低噪声放大器。需要通过添加输入输出匹配网络以实现设计目标。 3.3.1 创建原理图
下面将重新创建一个新的SP模型的原理图,单击菜单栏中的[File]菜单→[New]→[Schematic],在文件名中输入S_Params_1,将SP模型低噪声放大器的原理图命名为S_Params_1。 3.3.2 搭建原理图并仿真SP模型的输入输出阻抗
(1)点击原理图工具栏中的[Display Component Library List]按钮,在[Component]栏中填写“AT32011”,查找并选择以SP开头的元器件sp_hp_AT32011_5_19950105,将该元器件切换到原理图画图区当中。
(2)在S参数仿真元器件面板上,选择元器件负载终端Term,两次插入到原理图的画图区当中。在这定义负载终端Term1为输入端口,负载终端Term2为输出端口。
(3)在原理图的工具栏中单击接地符号的按钮,将地线(GROUND)3次插入到原理图的画图区当中,使得两个负载终端Term以及晶体管的发射机接地。
(4)点击工具栏中的[Insert Wire]按钮,把原理图中的两个负载终端Term1及Term2与SP模型元器件按照如图3.9的方式连接起来。
图3.9 可用于仿真SP模型元器件参数的原理图
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(5)在S参数仿真元器件的面板上,选择输入阻抗测量空间Zin插入到原理图中,输入阻抗测量控件Zin如图3.10所示。
图3.10 输入阻抗测量元件
(6)在S参数仿真元器件面板上,选择S参数仿真控件SP插入到原理图中,将仿真控件的参数按照如下的数据设置。
频率扫描起始值设定为0.1GHz 频率扫描终止值设定为5.1GHz 频率扫描步长值设定为0.01GHz
(7)点击原理图工具栏上的仿真按钮,执行仿真,在仿真结束之后,数据视窗会自动弹出。在数据显示的视窗中,单击数据显示方式面板中的数据列表图标,插入到数据显示区当中,显示输入阻抗Zin1的数据。
(8)由于显示的输入阻抗Zin1是用幅角和相角表示的,在之后的仿真中计算很麻烦,所以需要将数据视窗中的数据改写成用实部和虚部表示,具体步骤如下。
双击输入阻抗Zin1的数据框,弹出[Polt Trace&Attributes]窗口,双击Zin1,又会弹出[Trace Option]窗口,在该窗口下的选项中选择Real/Imaginary项。
(9)执行完成上面的转换步骤之后,就能得到用实部和虚部表示的输入阻抗Zin1。
(10)利用同样的方法,可以得出输出阻抗Zopt1。在选定的中心频率2.4GHz处可以得到输入输出阻抗如图3.11所示。
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图3.11 用实部和虚部表示的输入输出阻抗
(11)由图3.11可以看出,在选定的中心频率2.4GHz处的输入阻抗Zin1=17.586+j1.530,输出阻抗Zopt1=20.008+j7.825。 3.3.3 设计输入匹配网络
在SP模型的输入端采用单支节匹配网络进行匹配,具体的匹配步骤如下。
(1)在微带线元器件面板中,找到MSUB并插入到原理图S_Params_1的画图区中,在画图区中双击MSUB,弹出[Microstrip Substrate]设置对话框,在[Microstrip Substrate]对话框中将为带线的参数设置如下。
H=0.8mm,表示微带线的基板的厚度为0.8mm。 Er=4.3,表示微带线的基板的相对介电常数为4.3。 Mur=1,表示微带线的相对磁导率为1。
Cond=5.88E+7,表示微带线导体的电导率为5.88E+7。 Hu=1.0e+033mm,表示微带线的封装高度为1.0e+033mm。 T=0.03mm,表示微带线的导体层厚度为0.03mm。 TanD=0.001,表示微带线的损耗角正切为0.001。 Rough=0mm,表示微带线的表面粗糙度为0mm。完成设置的微带线MSUB的控件如图3.12所示。
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