海口网站运营托管报价,wordpress 获取文章摘要,鑫路网站建设,网站切换在传统射频结构的设计中#xff0c;天线模块和有源电路部分相互分离#xff0c;两者之间通过 50 Ω 传输线级联#xff0c;这种设计需要在有源电路和天线之间建立无源网络#xff0c;包括天线模块的输入匹配网络以及有源电路的匹配网络。这些无源网络不仅增加了系统的插入损… 在传统射频结构的设计中天线模块和有源电路部分相互分离两者之间通过 50 Ω 传输线级联这种设计需要在有源电路和天线之间建立无源网络包括天线模块的输入匹配网络以及有源电路的匹配网络。这些无源网络不仅增加了系统的插入损耗还会占用额外的电路面积从而影响系统的性能。而有源集成天线通过将天线模块和有源电路集成不仅能够有效降低馈线损耗还提高了天线辐射效率。 天线有源器件一体化设计是将有源器件和辐射元件集成于一体构成既能辐射电磁波又能产生射频功率的设备。该集成式设备不仅保留了微带天线体积小、制造方便、易与其他载体共形等优点还可以利用微带天线提升有源电路的性能增益、噪声、带宽等。 ADS CST工程下载低噪声放大器LNA天线一体化设计-ADS CST工程 参考论文宽带低噪声放大器天线一体化研究
目录 0、设计指标
1、LNA设计
1-1 直流扫描
1-2 偏置电路
1-3 S参数分析带偏置电路的
1-4 稳定性分析
1-5 输入输出阻抗匹配
2、PIFA设计
2-1 天线设计过程
2-2 参数分析
3、天线LNA集成设计 0、设计指标
工作频点2.5GHz 噪声系数1dB 功率增益13dB
1、LNA设计 LNA的详细设计步骤见之前文章ADS学习笔记 2. 低噪声放大器设计但此次设计工作频段在2.5GHz所有的步骤都要重新匹配这里就简要说明
1-1 直流扫描
unarchive解压zap文件命名工程 新建原理图01_DC_testInsert---Template---DC_FET_T。直流扫描的结果如图所示。结合晶体管的 datasheet 可知当 VDS 3 V 且 IDS 60 mA 时低噪放在 2 GHz 处增益为 16.6 dBNFmin 0.5 dB。噪声和增益性能较为理想因此选取 VDS3 VIDS60 mA 作为直流工作点。
1-2 偏置电路
新建原理图02_Bias_Circuit找到控件Transistor Bias设置好参数后连接电路 DesignGuide---Amplifier---Tools---Transistor Bias Utility选择Bias Point为0.59V选择第一种偏置电路点击Design 将生成的偏置电路Pop Out复制出去连接下面的电路找到DC控件再Simulate---DC Annotation---VoltageCurrent可以看出VGS0.59VVDS3VIDS66.8mA和我们预计的VDS3 VIDS60 mA 直流工作点接近
1-3 S参数分析带偏置电路的
新建原理图03_SPara_testInsert---Template---S_Params加元件两端口加隔直电容加上偏置电路加扼流线圈S控件勾上计算噪声加StabFact、MaxGain控件 仿真结果如下K0.987不稳定下面进行稳定性分析
1-4 稳定性分析
DesignGuide---Amplifier---S-Parameter Simulations第一个重命名为04_Stability_Analysis将03中的原理图复制进来直接仿真结果如下显然不稳定在源端并联电感来稳定设置参数为m nH。双击VAR开始调谐m0.4nH时的结果如下此时处于稳定状态不仅是2.5GHz时稳定低频段也是稳定的这样不至于自激。增益和噪声都还可以
把理想器件换成实际器件仿真结果如下增益有所下降NF有所提高增大隔直电容----增益变高、NF变低、但K变小利于性能不利于稳定增大扼流线圈----增益降低、噪声变高、但K变大利于稳定不利于性能
说明稳定措施的电感可行但0.4nH太小了做成微带线形式。微带线要连接管子管脚看一下它的封装尺寸源极引脚宽度为0.9mm 0.6mm可以选取最宽的0.9mm也可以分开设计。 此次设计分开设计基板为FR-4介电常数4.6tanD0.02厚度1.6mm。 对于0.9mm的线宽LineCalc得出其Z088Ω带入wLZ0tanβl得出tan(βl)0.07βl4.0°.输入到E_Eff中得出长度约为0.75mm 对于0.6mm的线宽Z0101.4Ωtan(βl)0.062βl3.54°长度约为0.67mm。仿真结果如下和单独电感的差别不是很大 通过看噪声圆和增益圆得出最小噪声下的输入输出阻抗。输入匹配通过PIFA天线设计下面进行输出阻抗匹配
1-5 输入输出阻抗匹配
新建原理图05_Output_Matching_CircuitInsert----Template-----SParam添加Smith Chart控件设置好参数用微带线匹配生成输出匹配网络 新建原理图06_Input_Matching_Circuit同上但输入阻抗要设置为共轭 新建原理图07_Overall_Sim把04原理图复制进来把05和06的匹配电路都加进来。匹配电路用的是微带线匹配默认的是Z050Ω所以要计算在FR4下的W和L 仿真结果出奇的差S11差NF差Gain差。开始查找原因一般问题就是在匹配电路上。输入匹配电路单独仿真谐振在2.5GHz没问题输出匹配电路单独仿真就有问题了都没有谐振。发现将Term1的阻抗改成共轭的结果就可以所以在输出匹配电路设计时阻抗要不要设置成共轭的呢 重新设计输出匹配电路单独的和总体的仿真结果如下就是增益有一点点低了可能最开始的源极电感调的有点高了不然增益可以再大一点
准备弄一下最小NF下的输入阻抗曲线发现Z11在2.5GHz和上面的27.2-j*17 对不上。单独把输入匹配电路拿出来看发现是隔直电容的问题关于隔直电容大小选取可以看这里隔直电容的大小选取、耦合电容与隔直电容。大电容通低频小电容通高频。原则【电容自谐振频率略大于信号频率】 因此把100pF的电容换成ADS库文件的5pF隔直电容结果如右图所示下次可以单独看一下器件的谐振频率
2、PIFA设计 该天线主要是打在板子上作为LNA的输入匹配电路射频接收。以经典PIFA为原型最终天线结构如下此次用CST设计要求天线的输出阻抗是 27.2-j*17 Ω
2-1 天线设计过程
加上一个类似于的槽主要是为了增长电流路径进行降低谐振频率减小尺寸。对比如下 PIFA不开槽 PIFApai型槽 点击Z11--Real/Imag或者直接看Smith Chart查看阻抗此时的输出阻抗为575.5*j不满足LNA的输入阻抗要求。需要进一步优化参数调整天线阻抗
2-2 参数分析
谐振点的影响主要还是电流路径的长度也就是LHs。看一下其他参数的影响 以上仿真结果都是在端口阻抗50Ω的情况所以会出现怎么调试优化都不能完全出现27-j*17 Ω的效果所以重新设置天线端口阻抗为27-j*17 Ω 具体设置复阻抗端口可详见[CST] [HFSS] CST/HFSS设置复阻抗端口
发现端口阻抗好像对天线的输出阻抗不怎么影响 实际上从天线的输入阻抗上看阻抗曲线在谐振点不可能是一直平滑的所以在设计的时候肯定多少会偏一点最终还是以联合的结果为准
3、天线LNA集成设计
将天线S11文件导出到ADS中详细步骤可见[ADS] [CST] [HFSS] CST/HFSS导入ADS 联合仿真 新建原理图08_Co_Simulation把07原理图复制进来删除输入匹配电路放入S1P模块指定s1p文件地址点击仿真 得出最优的仿真结果此时噪声系数仅为1.143dB增益达到13.067dB。在优化过程中发现实际天线的实部越小联合出来的增益越高噪声越小
