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1、微波电路 EDA 实验报告实验内容：(1)低噪声放大器(2)PCB 立体布线的不连续性分析学 院：电子工程学院专业：电磁场与微波技术班级：研2-125姓名:袁盟盟学号: _ 1202120938指导老师：张媛媛实验一 低噪声放大器、设计要求设计一个低噪声放大器，技术指标为：工作频率5GHz，增益10dB，噪声系数1.2dB，稳定性无限制。记录放大器的总电路， 以及放大器的增益、匹配、噪声、稳定性等参数的测量结果。 二、实验仪器硬件： PC 机软件： Microwave Office三、设计步骤（1）元件特性测试创 建 原 理 图 ， 命 名 为 Device 由 元 件 库 选 择 富 士 的
2、 FujitsuFHX35LG 管子，添加到电路图，在 Data Files 项内添加管子的数据文件，按要求编辑元件符号。在电路图中添加2 个端口，并连接到晶体管上，如图1 所示，设置工作频率：0.1GHz20GHz，步长为0.1GHz。PORT P=2Z=50 OhmPORTP=1Z=50 Ohm3 SUBCKTID=S1NET=FHX35LG2图 1 元件测试原理图测量元件的S11以及S22参数，它们的圆图如图2 (a)、(b)所 示，测量元件的S21以及MSG (测量项为Linear Gain),测量结果如 图2 (c)所示002-00020；0022440.0-00-0010,T00-
3、33-00-0,0.0：4-0 15-04-0 :5-02-010-010-0D000234 548*00 0 0 141 6 b00 0 0 1Out PortSwp Max20GHzS2,2Device000 1 : 0 _ 0 _-23 | 4 501Swp Min C T C LlrSwp Max 20GHzInput Port06S1,1Device0- 33 -2Swp Min(a)测量项S11(b)测量项S12403020100-一Two Port GainDB(|S2,1|)Devicem DB(MSG)Device05101520Freque ncy (GHz)(c)测量项S
4、21和MSG图2元件特性测试结果测量元器件的噪声系数，测量项为NF和NF Min,测量结果如图3所示，再测量元件的稳定性数据(Stability Data)测量结果如图4所示。32.5二2510.500201.51口0.50051520Two Port Noise Parameters图3元件的噪声系数51015Freque ncy (GHz)DB(NF) Device-EhDB(NFMin) DeviceStability DataK Device11.76 GHz1-B- B1Device10Freque ncy (GHz)图 4 元件的稳定性2)稳态元件电路继续先前的工程，添加外围电路，
5、命名为 Stable Device 如图 5 所示，仿真并调节Rl、R2的阻值，检查放大器增益模块特性的各个 测量的变化情况。其中NF、NF Min的测量结果如图6所示，参数K、Bl 如图 7 所示。图 6 稳态元件电路的噪声系数DB(NF)Stable Devicem DB(NFMin)Stable Device-ZV- -2 严1z_八一红O-n厂口Port Noise Parameters图 7 稳态元件电路的稳定性由图7可以看书，此时宽带稳定器件的参数K及B1是致的，在工作点5GHz处的各项参数的性能最佳，此时，R1为461欧姆,R2 为 325 欧姆。保持工作频率不变，添加测量项NF
6、CIR （噪声系数圆），SCIRI（稳定性圆），测量类型为Circle，测量结果如图8所示。NF60402.010. 00 0102NFCIR1,0.5St 0ble Device0-B- SCIR1Swp Min0 1GHzStable Device图 8 噪声系数圆及稳定性圆测量结果3）输入、输出匹配电路继续先前工程，将工作频率设为5GHz,创建原理图，命名为Inputmatching circuit，添加输入匹配电路，如图9所示，Rl、R2可调。再创建放大器电路，命名为Amplifier，如图10所示，图中的右侧支路为稳定性元件电路，即图 5。PORT P=1INDID=L1Z=50 O
7、hmL=2 nHPORTP=2Z=50 OhmPORTP=1INDID=_2L=2.77 nH图 9 输入匹配电路SUBCKTID=S1NET=Stable DeviceZ=50 OhmSUBCKTID=S2NET=I nput match ing circuit图 10 放大器电路PORTP=2Z=50 Ohm添加一个简单的输出匹配电路，创建原理图，命名为 Outputmatching circuit，电路如图11所示，在放大器电路Amplifier中加入输出匹配电路，如图 12 所示，图中的右侧支路即为新添加的输出匹配电路。PORTP=1Z=50 OhmCAPID=C1C=100 pFPO
8、RTP=2Z=50 OhmINDID=L1L=2.18 nHSUBCKTIDS2SUBCKTNET=nput matching circuit IDS3NETOutput matching Circuit图 11 输出匹配电路图 12 放大器电路添加放大器 Amplifier 电路的增益及匹配参数测量图，命名为 Gain AndMatch，测量项为S21、Sil、S22，调节L1使放大器的增益（S21）最大。4）放大器总电路继续先前工程，最终的放大器总电路如图12 所示，各支路如前所述，将工作频率改为最初的宽频带范围，0.1GHz20GHz,步长为0.1GHz，增益及匹配测量图Gain and
9、 Match结果如图13所示。15DB(|S2,1|)AmplifierDB(|S1,1|)AmplifierDB(|S2,2|)Amplifier20图 13 增益及匹配测量图添加放大器电路Amplifier的噪声系数测量图，命名为Noise,测量项为NF,测量结果如图14所示。Noise图 14 噪声测量图添加放大器电路Amplifier的稳定性测量图，命名为Stability,测 量项为K、B1 （将y轴取log）,测量结果如图15所示。10口日1101051520图 15 稳定性测量图Stability100.001B1Amplifiers KAmplifier10Frequency
10、(GHz)分析上面的结果，可以看出，在工作频率为5GHz时，该低噪声放大器的增益大于10dB，噪声系数小于1.2dB,基本上符合设计要求。实验二 PCB 立体布线的不连续性分析一、设计要求 建立、求解和分析一个具有连续性微带线不连续性的射频特性。 记录 S21 参数曲线并标注出各个极小值点，在各个极小值点的频 率点分析接地板的三维场强分布，并记录其中 2 个频率点的场强分布 图。二、实验仪器 硬件：PC机 软件： Ansoft HFSs三、设计步（1）创建工程打开HFSS,创建一个工程，命名为Exl4_Msvia,插入HFSS设 计，将设计命名为Msvia,设置求解类型为Driven Moda
11、l项，将单位 设置为 mm。（2）创建模型 主要分一下10 步完成（具体过程不再详细给出）：1、绘制 PCB 板（pcb）；2、绘制下接地板（bot_gnd）；3、绘制上接地板（top_gnd）；4、绘制导线（trace1）；5、绘制垫片，即焊点（pad）；6、绘制过孔（keepout）；7、绘制端口、复制（ port1、 port2、 trace1、 trace2）；8、绘制导线通路、裁去过孔（ via）9、绘制接地通路（gnd_via）；10、绘制空气腔（air_box）。通过以上步骤，最终得到的微带线的结构模型如图 1 所示图 1 整体结构模型3）设置模型材料参数第 1 步：设置理想道题
12、在绘图历史树中，利用 Ctrl 键同时选中 top_gnd、bot_gnd、 tracel、trace2、via、gnd_via，点击右键选择 Asign Material, 在 弹弹出窗口的 Material 标签页选择 perfect conductor。第 2 步：设置真空Pcb、 air_box 的材料默认设置为真空。4）设置边界条件和激励源第 1 步：设置空气为 perfectH 边界图 2 将 air_bpx 设置为 perfectH 边界模型第 2 步：给端口设置激励源5）设置求解条件、分析第1步：添加求解设置点频设置：工作频率设为 l0GHz， Maximum Number o
13、f Passes 项设为 20， Maximum Delta S Per 为 0.02扫频设置：定义频率范围为0.110GHz, Type类型选LinearCount， count 数为 990，勾选 Save Field 项，点击 OK。第2步：确认设计由主菜单选HFSSValidation Check，则弹出确认检查，对 设计进行确认，全部完成且没有错误时，点Close关闭。第 3 步：分析选择工程树种的 Analysis 项，点击鼠标右键，选择 Analysis， 对设计模型进行求解，求解全部完成后，在信息管理区会出现确 定信息。6）比较结果创建结果图：在工程树中的Results项点右键，创建S21参Ansoft CorporationXY Plot 1Misvia0.00-5.00-10.00-15.00-20.00-25.00-30.00-35.00-40.00-45.000.001.00ml2.00m4n3Name1.931912.3485m2m3144.47447.287
