Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Основы моделирования и проектирования радиотехнических устройств в Microwave Office

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 705528.02.99
Изложены начальные сведения о работе с программой Microwave Office. Описана методика моделирования и проектирования электрических схем СВЧ. Приведены примеры составления схем, их оптимизации, расчета характеристик и определения параметров. Рассмотрен порядок моделирования различных линейных устройств: фильтров, резонансных цепей, усилителей. Представлены методики проектирования в программе Microwave Office электрических схем нелинейных устройств СВЧ - усилителей мощности, умножителей частоты, автогенераторов, смесителей частот.
Бахвалова, С. А. Основы моделирования и проектирования радиотехнических устройств в Microwave Office : учебно-методическое пособие / С. А. Бахвалова, В. А. Романюк. - Москва : СОЛОН-ПРЕСС, 2020. - 152 с. - ISBN 978-5-91359-206-4. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1858787 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

С.А. Бахвалова, В.А. Романюк







Основы моделирования и проектирования радиотехнических устройств в Microwave Office











Москва, СОЛОН-Пресс 2020

УДК 621.37
ББК 32.302, 32.849
   Б 30


     С. А. Бахвалова, В. А. Романюк
Б 30 Основы моделирования и проектирования радиотехнических устройств в Microwave Office. — М.: Солон-Пресс», 2020. - 152 с.: ил.

ISBN 978-5-91359-206-4

        Изложены начальные сведения о работе с программой Microwave Office. Описана методика моделирования и проектирования электрических схем СВЧ. Приведены примеры составления схем, их оптимизации, расчета характеристик и определения параметров. Рассмотрен порядок моделирования различных линейных устройств: фильтров, резонансных цепей, усилителей. Представлены методики проектирования в программе Microwave Office электрических схем нелинейных устройств СВЧ - усилителей мощности, умножителей частоты, автогенераторов, смесителей частот.
Сайт журнала «Ремонт & Сервис»: www.remserv.ru
Сайт издательства «СОЛОН-Пресс»: www.solon-press.ru


КНИГА — ПОЧТОЙ
     Книги издательства «СОЛОН-Пресс» можно заказать и оплатить в издательстве с пересылкой Почтой РФ. Заказ можно оформить одним из перечисленных способов:
       1.  Оформить заказ на сайте www.solon-press.ru в разделе «Книга — почтой».
       2.  Заказать книгу по тел. (495) 617-39-64, (495) 617-39-65.
       3.  Отправив заявку на e-mail: kniga@solon-press.ru (указать наименование издания, обратный адрес и ФИО получателя).
       4.  Послать открытку или письмо по адресу: 123001, Москва, а/я 82.
     При оформлении заказа следует правильно и полностью указать адрес, по которому должны быть высланы книги, а также фамилию, имя и отчество получателя. Желательно указать дополнительно свой телефон и адрес электронной почты.
     Через Интернет вы можете в любое время получить свежий каталог издательства «СОЛОН-Пресс», считав его с адреса http://www.solon-press.ru/katalog.
     Интернет-магазин размещен на сайте www.solon-press.ru.


По вопросам приобретения обращаться:
ООО «СОЛОН-Пресс»
Тел: (495) 617-39-64, (495) 617-39-65
E-mail: kniga@solon-press.ru, www.solon-press.ru

ISBN 978-5-91359-206-4               © «СОЛОН-Пресс», 2020
© С.А. Бахвалова, В.А. Романюк, 2020

                Содержание





Стр

      Введение................................................ 5
1    Описание интерфейса и основных операций программы Microwave Office................................... 7
1.1  Основное окно программы Microwave Office................. 7
1.2  Начальные операции программы Microwave Office............ 8
1.3  . Представление результатов моделирования............... 13
2    Моделирование RC-фильтра верхних частот................. 14
2.1  Краткие теоретические сведения.......................... 14
2.2  Создание проекта........................................ 15
2.3  Расчет частотных характеристик фильтра верхних частот.   23
3    Характеристики резонансных цепей........................ 26
3.1  Колебательный контур.................................... 26
3.2  Расчет входного сопротивления последовательного колебательного контура...................................... 28
3.3  Расчет составляющих входной проводимости (адмитанса) последовательного контура....................... 33
3.4  Импеданс и адмитанс параллельного колебательного контура..................................................... 34
4    Расчет зависимости S-параметров ФНЧ от частоты
      колебаний.............................................. 39
4.1  Параметры матрицы рассеяния четырехполюсника............ 39
4.2  Моделирование ФНЧ....................................... 40
4.3  Измерение характеристик и оптимизация параметров ФНЧ     42
5    Моделирование микрополосковых устройств ................ 45
5.1  Микрополосковая линия................................... 45
5.2  Расчет характеристик МПЛ с использованием блока TXLine...................................................... 46
5.3  Моделирование СВЧ полосно-пропускающего фильтра
      (ППФ) на связанных микрополосковых линиях.............. 47
6    Моделирование линейных усилителей СВЧ................... 52
6.1  Параметры усилителя СВЧ................................. 52
6.2  Порядок моделирования линейного усилителя мощности....   54
6.3  Оптимизация параметров схемы............................ 57
7    Моделирование петлевого фазовращателя................... 61
7.1  Фазовращатель на pin - диодах........................... 61
7.2  Методика моделирования фазовращателя.................... 63
7.3  Анализ схемы............................................ 66

7.4  Оптимизация схемы........................................ 67
8    Измерение характеристик нелинейных элементов
      цепей................................................... 71
8.1  Транзисторы и диоды...................................... 71
8.2  Измерение выходных ВАХ транзистора                        72
8.3  Расчет переходной ВАХ транзистора........................ 74
8.4  Расчет вольт-фарадной характеристики диода............... 76
9    Моделирование нелинейного усилителя мощности.........     79
9.1  Усилитель мощности....................................... 79
9.2  Создание проекта......................................... 81
9.3  Измерение характеристик усилителя мощности............... 84
10   Проектирование усилителя мощности СВЧ.................... 91
10.1 Состав усилителя и его параметры......................... 91
10.2 Этапы проектирования усилителя мощности.................. 91
10.3 Измерение характеристик усилителя........................ 97
11   Проектирование транзисторного умножителя
      частоты................................................ 100
11.1 Назначение, состав и параметры умножителя частоты....    100
11.2 Порядок проектирования умножителя частоты............... 101
11.3 Характеристики умножителя частоты....................... 108
12   Проектирование транзисторного автогенератора.........    112
12.1 Автогенераторы.......................................... 112
12.2 Методика проектирования схемы автогенератора............ 116
12.3 Измерение характеристик автогенератора.................. 120
12.4 Оптимизация параметров схемы автогенератора для получения минимального фазового шума............................ 122
13   Моделирование смесителя частот.......................... 127
13.1 Смесители частот........................................ 127
13.2 Составление схемы балансного смесителя частот........... 129
13.3 Измерение характеристик балансного смесителя частот..    131
14   Измерение шума транзисторных усилителей,
      умножителей частоты и автогенераторов.................. 135
14.1 Коэффициент шума усилителя мощности..................... 135
14.2 Коэффициент шума умножителя частоты..................... 138
14.3 Расчет уровня фазового шума автогенератора.............. 140
14.4 Расчет фазового шума источника колебаний, состоящего из автогенератора и умножителя частоты...................... 148
      Заключение............................................. 150
      Литература............................................. 151

4

                Введение





     Новые радиотехнические устройства СВЧ выполняют в виде все более высокочастотных интегральных схем (ИС). Первым этапом разработки новой ИС является создание электрической схемы устройства. Существенную помощь разработчику новых схем могут оказать современные системы автоматизированного проектирования, такие как Microwave Office, ADS, Ansoft и другие.
     Весьма удобной в применении, хорошо продуманной и отлаженной является система Microwave Office (MWO), которой широко пользуются разработчики СВЧ устройств. Однако, до настоящего времени в литературе на русском языке нет руководства или практикума по овладению этой системой. Сведения, помогающие освоить MWO, весьма отрывисты и не дают ответов на многие вопросы, возникающие при ее использовании. Цель настоящего учебного пособия - дать возможность любому желающему освоить методику моделирования и проектирования линейных и нелинейных электрических схем приемопередающих устройств с помощью программы Microwave Office. В пособии подробно описан подход к началу работы с MWO, изложена на конкретных примерах методика составления электрических схем радиоустройств, измерения их характеристик, анализа и оптимизации схем по различным критериям оптимальности.
     Моделирование линейных устройств СВЧ продемонстрировано на примерах анализа и оптимизации фильтров, колебательных систем, усилителей в режиме малых амплитуд колебаний, выполняемых на элементах с сосредоточенными параметрами и отрезках микрополоско-вых линий. Представлены методики проектирования схем нелинейных устройств СВЧ - усилителей мощности и умножителей частоты на полевых транзисторах, автогенераторов, балансных смесителей частоты. Подробно описаны методики измерения в программе MWO основных параметров и характеристик устройств - коэффициентов передачи мощности, амплитудных и амплитудно-частотных характеристик, коэффициентов шума, уровня фазовых шумов источников электромагнитных колебаний.
     Пособие состоит из 14 глав, в каждой из которых рассмотрено конкретное моделируемое или проектируемое радиотехническое устройство. В начале главы излагаются краткие теоретические сведе

5

ния об устройстве, затем описываются методики составления схемы, измерений ее характеристик в MWO, приводятся рассчитанные характеристики, осуществляется анализ и оптимизация схемы.
     Пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплины «Основы моделирования в среде MWO», «Моделирование СВЧ устройств в среде MWO», «Практикум по приемопередающим системам в среде Microwave Office».
     Кроме того, пособие будет полезно всем, желающим применять современную систему автоматизированного проектирования при разработке новой радиотехнической аппаратуры СВЧ.

6

                1. Описание интерфейса и основных операций программы Microwave Office





            1.1. Основное окно программы Microwave Office



      Чтобы начать проектирование, необходимо произвести запуск программы с помощью файла MWOffice.exe. На экране появится основное окно программы MWO (рис.1.1), содержащее необходимые компоненты проектирования линейных и нелинейных схем, их анализа, вывода на экран дисплея результатов в виде графиков и т.д.


Title bar Menus Toolbar

Project
Browser

Workspace

Tabs

              Рис. 1.1. Вид основного окна при работе с программой

     Перечень основных компонентов и их описание приведены в табл.1.1.



Таблица 1.1. Основные компоненты проектирования схем

    Компонент                             Описание                        
Menu (Меню)       Меню расположено в верхней части окна.                  
Toolbar           Расположена ниже меню и содержит кнопки наиболее        
(Панель   инстру- часто используемых команд, таких как Создание новой схементов)           мы, Моделирование, Настройка и т.д.                     

7

    Компонент                              Описание                        
Project Browser    Находится в левой части окна и содержит перечень дан-   
(Дерево проекта)   ных и компонентов, которые выбираются в текущем проек-  
                   те: блок-схемы систем, электрические схемы, ЕМ-         
                   структуры, установки по выбору частоты моделирования,   
                   выходные графики.                                       
                   Дерево проекта активно при первоначальном открытии      
                   AWR Environment. Чтобы войти в меню соответствующей     
                   команды, необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши по     
                   выбранной группе.                                       
Element Browser    Располагается в левой части окна (там же, где размеща-  
(Дерево элементов) лось дерево проекта). Содержит полный перечень элементов
                   для построения электрических схем и систем для последу- 
                   ющего моделирования.                                    
                   Для вызова дерева элементов необходимо нажать кнопку    
                   Elem, находящуюся слева в нижней части окна.            
Workspace          Это площадь экрана, на которой располагаются электри-   
(Рабочее поле)     ческие схемы, блок-схемы систем, ЕМ-структуры, тополо-  
                   гии и графики. Их можно перемещать по экрану, используя 
                   полосы прокрутки. Изображение можно увеличивать или     
                   уменьшать с помощью команды меню View.                  
                   Можно вырезать, копировать, вставлять элементы, пор-    
                   ты, проводники из одной схемы, системы или проекта в    
                   другие.                                                 
Tabs               Находятся в нижней части окна слева и служат для пере-  
(Кнопки)           ключения колонок, расположенных в левой части окна де-  
                   рева проекта, дерева элементов и менеджера топологий.   

     Многие функции и команды могут быть вызваны из меню с помощью панели инструментов или дерева проекта.


     1.2. Начальные операции программы Microwave Office

     Работа с проектами.

     Перед моделированием схемы необходимо создать проект, который организует управление схемой и обеспечивает ее связь с другими компонентами. Проект может содержать одну или более линейных схем, нелинейных схем и EM-структур, а также импортированные файлы, виды топологий и выходные графики. При сохранении проекта любая информация, связанная с ним, сохраняется. Файлы AWR проектов имеют расширение *.emp.


8

     Открытие, создание и сохранение проектов. При первоначальной загрузке программы AWR Design Environment по умолчанию открывается проект, который имеет имя Untitled Project. Для создания нового проекта выбирают в меню команду File > New Project. Новому проекту присваивают имя, выбирая File > Save Project As. Это имя отражается в строке заголовка. Чтобы открыть проект, выбирают File > Open Project. При сохранении текущего проекта выбирают File > Save. Описанная выше процедура выбора отражена на рис. 1.2.
     Следует отметить, что работа в одно и то же время возможна только с одним проектом. Имя активного проекта высвечивается в строке заголовка основного окна экрана.


Create new project
Open existing project

Save current project Name new project

Page Setup...

New Project
New With Library
Open ProjectOpen Example—
Close Project

Save Project
Save Project As...
Send Project To

И Untitled Project - AWR Design En
• File | Edit View Project Sirr

Print View—

2 Untitled Project.emp

                                                                                               More Projects—

                                                                                                                             Exit


Рис.1.2. Команды открытия, создания и сохранения проекта в меню File

     Добавление и изменение комментариев. Текстовый редактор к_| Design Motes дает возможность вести записи по проекту. Текстовая информация, в том числе комментарии, призвана облегчить работу с проектом, например, после длительного перерыва. Можно вносить основные даты создания проекта и проведенных модернизаций, имена разработчиков, названия подразделения и организации и цели создания проекта.
     Окно текстового редактора открывают двойным щелчком левой клавишей (ЛК) мыши на папке Ы Design notes. Курсор мыши в окне блока комментариев принимает вид стандартного курсора текстового редактора. В текстовом редакторе окна блока комментариев возможны все способы форматирования текста: установка типа, размера и цвета шрифта, выравнивание текста вправо влево и по центру, формирование маркированных списков, вставка графических объектов и т. д.


9

     Установление единиц измерения физических величин.
     В диалоговом окне выбрать Project Options, в верхней части появившегося окошка кликнуть Global Units и для каждой физической величины установить желаемые единицы измерения.

     Начальные установки и изменение частот проекта. В основе проектирования радиоэлектронных устройств лежит расчет частотных характеристик. Их вычисляют в отдельных точках или в диапазонах частот. Различают глобальные и локальные сетки частот. Проект может иметь одну глобальную сетку и множество локальных сеток частот. На каждую схему можно задать локальное множество частот.
     Устанавливают значения частот в диалоговом окне, которое открывают двойным щелчком ЛК мыши на папке Project Options. Можно открыть окно другим способом: выбрать в меню команду Options >Project Options. На экране монитора появится окно (рис.1.3), в котором есть вкладка Frequency Range.
     В левой части окна в поле Current Range показаны текущие частоты диапазона, а в области Modify Range задается частотный диапазон с определенным шагом. Переключатель единицы измерения частоты установлен так, как указано в настройках проекта в шаблоне. Выбрать размерность частоты из списка можно нажатием кнопок счетчика Date Entry Units, который находится в правом нижнем углу окна.

Frequencies | Schematics/Diagrams | Global Units | lnteipolation/Passivity|

                                                                      I OK J | Отмена | | Справка



Рис. 1.3. Настройка частот проекта

10

     Сетку частот для моделирования можно задать разными способами: отдельными значениями или диапазонами. Чтобы задать отдельную частоту, требуется установить переключатель Single Point и в активное поле ввода Point ввести значение частоты, щелкнув по кнопке Add и затем нажав на кнопку Apply. Удалить или заменить отдельные частоты можно, установив переключатель Delete либо Replace, введя значение частоты и нажав кнопку Apply, после чего внесенные изменения отобразятся в поле Current Range Для задания наборов частотного диапазона надо установить переключатель Single Point в выключенное состояние, в результате чего станут активными три окна ввода: Start, Stop и Step, ввести соответствующие значения частот, включить переключатель Add и нажать на кнопку Apply.
     В пределах диапазона изменение частоты может происходить как по линейному, так и по экспоненциальному закону. Выбором закона изменения частоты в пределах диапазона управляют переключатели Linear или Exponential, находящиеся в области Sweep Type. После завершения всех операций надо нажать на кнопку OK. Вносить изменения в диапазон частот можно в процессе работы над проектом.

     Создание электрической схемы
     В программе MWO схема - это ее графическое представление или текстовое описание. Создание новой схемы или описания реализуется щелчком правой кнопки (ПК) мыши по папке Cirquit Schematics в дереве проекта и выбором вкладки New Schematic или New Netlist (рис. 1.4). После присвоения имени новой схеме или ее описанию откроется окно новой схемы или описания. Одновременно в дерево проекта в папку Cirquit Schematic будет включена новая схема или описание.

     Дерево элементов. Обеспечивает доступ к полной базе элементов. Библиотека элементов содержит файлы с описанием нелинейных моделей элементов, файлы с 5-параметрами элементов различных производителей. К элементам схемы относятся также источники, порты, пробники, измерительные приборы, библиотеки данных.
     Для обзора элементов необходимо щелкнуть по кнопке Elem в левом углу окна (либо использовать команды View, Elemens Browser), и дерево элементов заменит дерево проекта. Для того чтобы раскрыть нужную папку элементов, требуется кликнуть на знаке +, после чего появится выбранный список элементов, например емкостей или индуктивностей. Список высветится на экране под деревом элементов.


11

Create
New Netlist

Right-click then select New -Schematic

Щ Untitled Project - AWR Design Environment 1

• File Edit View Draw Schematic Project Simulate Options Tools Scripts Window Help

//Q New Schematic x~|_

Q New Schematic

Options...

Open Project Item...

Schematic window (or netlist window) open in workspace

      S Annotation
      S New Scher g EM Structures
      S Annotatior
—Output Equat к ifflj friphi
S2 Optimizer Goa Yield Goals Output Files
@ ® Wizards

I. й л j й ±.лИ i %

|. ^Project________________
Design Notes
S Project Options Global Definitions
: to Data Files
ЕЁ System Diagrams
В Annotations

New Schematic...
j|= Import Schematic...
g Link To Schematic...
J New Netlist...
g Import Netlist...
J Link To Netlist...

Collapse All
Expand All

Рис. 1.4. Создание новой схемы

     Для размещения элемента в схеме требуется перейти в дерево элементов, кликнуть на выбранном элементе и перетащить его на рабочее поле схемы, не отпуская мышь, в этом случае элемент «привяжется» к курсору мыши. Теперь элемент можно разместить в выбранном месте схемы, нажав на ЛК мыши.
     Для описания параметров элемента необходимо два раза кликнуть мышью по элементу, после чего появится диалоговое окно, в котором следует указать величину параметра. Процесс выбора элемента на примере сосредоточенной емкости показан на рис.1.5. Аналогично выбираются и другие элементы.



Рис. 1.5. Выбор и размещение элементов на рабочем поле

12