增益压缩和大信号S参数仿真分析实验报告(DOC)

1、实验报告课程名称：ADS射频电路设计基础与典型应用实验项目名称：增益压缩和大信号S参数仿真分析学院： 工学院_专业班级：11信息工程姓名：_学号：1195111016扌旨导教师： 唐加能_预习报告一、实验目的本节实验课程将通过给出一个增益压缩例程原理图和大信号S 参数仿真历程原理图，并将其电路通过仿真来实现，从而帮助大家对这两种模型有进一步的理解与认识。二、实验仪器PC, ADS 仿真软件三、实验原理增益压缩仿真中各项需要用到的模型介绍(1 1)放大器模型 AmplifierAmplifier放大器 Amplifier 是一个系统原件，这个放大器既没有子电路，也没有电路模型，而是给出了放大器的

2、参数，放大器的参数已经在原理图中显示出来放大器参数的含义如下：S2Tdbpolar (10,0),麦乐放九器的增益为 10dBSll-polar (0,0).表示放大器输入端口的反射系数为(LS22=0+j*0表示放人器输出端口的反射系数为讥S12-0,表示放大器的反向传输为山为单向放大器.Psat-25表不放大器的功率饱和值为 25dBm.GainCompSat-3dB,农审放大器饱和时的漕益压缩值为 3dB.如果用户自己搭建原理图，在原理图中插入并设置系统级放大器的步骤如下:在原理图的元件面板列表上，选择小*鋪:项，元件面板上出现与放大器和混频器对应的原件图标，如图1 所示在图 1 所示的

3、元件面板上， 选择 Amp 元件插入原理图的画图区，在画图区 Amp 元件显示为 Amplifier 元件双击画图区的 Amplifier 元件，可以打开对话框，由对话框可以设置放大器的参数(2 2)终端负载 TermTerm在增益压缩仿真，输出端口加终端负载Term。这里输出端口为 Term2,这个输出端口的特性阻抗为 50QOUtDUt+ -rTermTerm2 Num=2Z=50 Ohm图 2 Term 电路模型(3)频域功率源在输入端口为频域功率源，这里的频域功率源的设置如下PJTone,憲示频域功率源为单频源，谐波平衡仿直只有一个基准频率Z=50 0hm,表示频域功率源的内阻为 50

4、0.P-dbmtow (Pin),表示频域功率源的输出功率为变呈 Pim Pin 的单位为 dBm-FreqRFfreq,农示濒域功率源的频率为变量(4)增益压缩仿真控制器在原理图中，有增益压缩仿真控制器GAIN COMPRESSION,这里增益压缩仿真控制器的设置如下。Freql=RFfreq,表示皋准频率为变量 RFfreq,System-Arnpi Mbcers42小帜i猛严如pF hJI44m7AJOrderl=5.表示仿真时基波频奉的最大谐波次数为咒GC XdB=h 表示增益圧缩值为 ldB,GC Inputport-h 表示增益压缩仿真的输入端为端口 hGC_Outputport=

5、2J表示壇益压缩仿真的输出端口为端 U 2.GCJnputFreq-LOGHz.表示增益压缩仿真的输入信号为 LOGHz.GC_OutputFreq-L0GH2,表示增益压缩仿真的输出信号为 1.0GHz.GC_InputPowrTol-le-3,表示增益压缩仿真输入信号的精度为 13GC. OulpulT0l=le-3r表示增益压缩仿真输出信号的精度为 13。GC MaxInputPower= 100*表示増益 JE 缩仿真输入信号的最大值为 lOOdBm霍（5 5） 谐波平衡仿真控制器。在原理图中，有谐波平衡仿真控制器 HARMONIC BALANCE,这里谐波平衡仿真控制器的设 置如下。

6、FreqtlJRFfreq,表示谐波半衡仿真的碁准频率为变星Ordcrl-5,表示溝波平衡仿真时基破频率前煖大谐波次数为 5.SwpVar表示谐渡平衡仿真时对频域功奉源的输出功率扫描.SweepPb沪叩lanl1表示谐波平衝仿真时使用“参数扫描计划控制器PkralS（6 6） 参数扫描计划控制器。在原理图中，有参数扫描计划控制器HARMONIC SWEEP PLAN,这里参数扫描计划控制器的设置如下。Planb表示参数扫描计划控制器的名称 APIanhStarts-lO.Ot表示变量 Pin 的扫描起始值为-lO.OdBm,StoplSr表示变杲 Pin 的扫描终止值为 15 dBm*Step

7、，】，表示变量 Pin的扫描间隔为 1 .OdBm,（7 7） 变量控件在原理图中，有变量控件 VAR ，原理图中的变量都在变量控件VAR 中显示，同时变量控件 VAR 设置所有变量的默认值。这里变量控件的设置如下。Planb表示参数扫椎计丸控制器的名称为 Plan】*Starts-10.0,表示变量 Pin 的扫描起始值为-lCLOdBnuStop=15-表示变量 Pin 的扫描终止值为 15 dBmStep-14表示变量 Pin 的左描间隔为 L0dBmc大信号 S S 参数仿真各项需要用到的模型介绍（1 1）放大器模型 Motorola_PAMotorola_PAS 参数仿真原理图 SP

8、l.dsn 中的放大器是一个电路模型。Motorola_PA 是这个电路模型的符号。Motorola_PAMotoAmpI p图 3 Motorola PA 电路模型Motorola_PA 符号有子电路，它的特性是由子电路来决定，查看子电路的具体步骤如下:在原理同 其中的 Motorola_Mosfet_Model 也有子电路，可以通过相同方法进入查看。-6：d：3X2图 4 Motorola_Mosfet_Model 电路模型(2)终端负载 TermTerm在大信号 S 参数仿真中，输出端口加终端负载Term，这个端口的特性阻抗为 50Q(3)频域功率功率源 P_P_仃 oneone在大信号

9、 S 参数仿真中，有频域功率源 P_1Tone,这个源的某些参数已经在原理图中显示出 来，这个源给放大电路提供输入信号信号功率。(4)直流电压源 V_DCV_DC。在大信号 S 参数仿真中，有两个直流电压源V_DC,这两个源的某些参数已经在原理中显示出来，这两个源给放大电路提供静态工作点(5)大信号 S S 参数仿真控制器 LSSP.LSSP.在大信号 S 参数仿真原理图中(以后简称大S 原理图)，有大信号 S 参数仿真控制器 LSSP用来设置大信号 S 参数仿真的参数。由原理图可以看出，大信号S 参数仿真控制器参量的设置如下。Freql= 850MHz,表示仿真的基准频奉为850MHzD由于

10、频域功率源P ITone为单频，因此谐波平術仿真只有一个基准频率-Orderl=7f表示仿真时基波频率的最大谐波次数为人LSSP_ FreqAtPortl=B50MHz(表示仿真时输入端口的信号为85ftMHz0SPl.dsn 中，单击Motorola_PA 电路模型。LSSP_ FreqAtPort吃表示仿真时输出端口的伯号为850MHz.SweepVa-wInput_pwrwt表示仿真时对输入功率变量扫描&StarLl,表示仿真时对輪入功率扫描的起始值为ldBnuStop=10,表示仿具时对输入功率扫描的终止怕为lOdBtn.Step,表示仿真时对输入功率扫描的间隔为IdBm。(6

11、)谐波平衡仿真控制器在原理图中，有谐波平衡仿真控制器 HARMONIC BALANCE,谐波平衡仿真控制器用来设置 谐波平衡仿真的参数，这里谐波平衡仿真控制器的设置如下。Freql-85OMHzt表示谓波平衡仿真的基准频率为 85OMHzeOrderl=7.表示谐波平後仿真时基波频率的慑大谐波次数为化Sweeps-uInput_pwTM*表示谐波平術仿真时对输入功率变量扫描Start=L表示仿真时对输入功率扫描的起始值为 kffinuStop二 10,表示仿真时对输入功率扫描的终止值为 lOdBrruStep=l?表示仿真时对输入功率扫描的间隔为 IdBrm(7)变量控件在原理图中，有变量控件

12、VAR,原理图中的变量都在变量控件VAR 中显示，同时变量控件VAR 设置所有变量的默认值。这里变量控件的设置如下。 Input pwr-Oi表示仿真叶对输入功率扫描的默认值为 OdBnK Vdd=5,8T表示仿真时一个直诜电压源 V_DC前默认值为 5.8V,四、实验步骤1 增益压缩参数仿真(1)打开 ADS 软件，弹出主视窗，选择主视窗中的【 View】菜Example Directory,在主视窗的文件管理区可以看到examples 文件夹，文件夹内是所有的例程。(2)双击 examples 文件夹中的 Tutorial 文件夹，进入 Tutorial 文件夹。(3)双击 Tutoria

13、l 文件夹中的 SimModels_prj,进入 SimModels_prj 项目，再双击项目管理 区的networks，在文件浏览区显示出该项目下所有的原理图文件，其中原理图文件 XDB1.dsn 为增益压缩仿真原理图。(4) 双击文件浏览器的 XDB1.dsn,在项目管理区出现 XDB1(Schematic),再双击项目管理 区的XDB1(Schematic),就可以打开增益压缩仿真原理图了，增益压缩仿真原理图如图下所示增益压缩仿真原理图视窗的形式弹出。(6)这里还有另一种方法可以直接查看软件中保存的结果，在XDBI.dsn 原理图视窗中，选择 Window 的菜单 Open Data D

14、isplay ， 在弹出的对话框中单击 XDBI.dds， 选择查看 XDBI.dsn原理图的仿真结果，然后选择【打开】按钮，关闭对话框，结果会自动弹出。2 2、大信号 S S 参数仿真在主视窗打开大信号S参数仿真例程原理图，打开原理图的步骤如下。启动ADS轶件，弹出主現窗，逸择主视窗中的【Vkw】菓单ExampleDirectory 1在主视會的文件管理区可以看到examples文件夹，文件夹内是肠有的例理双击examples _!件夹中的Tutorial文杵夹进入Tutorial丈件。.双击Tutorial文件夹中的SimModeisjwjr进入SimModclsjijj项目i再双击文杵浏

15、览 区的networks,在文件浏兇区显示出该项目下所有的原理图文件*直中原理图文件LSSPLdsn为大信号S参数仿真原理双击文件浏超区的LSSPl.dsn,在项目營理区出现LSSP1 (Schematic)f再双击项目 借理区的LSSP1 (Schematic)t就可以打开大信号S静数仿真原珅周了大信号S彗数仿真 原理图胃# HARWOWtC BALAZU 巨1般-GAIhf COMPRESSION |HflPTT3ffl 计wThRtar|*W*k v LJt d wWRin-inRFvq-lQHjNote: For Qain connpres&ion $imulahpn(it i

16、s notnwe&sary1Qfncilude a swpt fiarmonic balancesimulation(SBshown heroj The swept hanronicbalance simulation is only included far cccnpariscnpurposes.SWEPPLAN w;:匸盯百wr=-：.D u= IE D Lr心UTHtEGCjnpuPW1*GC utMPi叶2GC.IgrsqM.a (5他GC：QApjH 0 GHz 0CgutP4r4M*3GccuWPv*flr7cH-lf-3QC4翊申讪删斗00博斗征 g 上MULfiNK!

17、(5)在 XDBI.dsn 原理图的工具栏中单击HB1FHdflWtFfrfljMMXHB2FZ怖阳Og怦TanNwti*2S3lPi9( (KrJGm311咖承。助sii-otjoSl20LSSPl.dsn K 7.42所示.怔2FfwiH-BWMhfDftiwft=7LSPMTP9V静口 谢:gOTiPo(沪常 映 %*SpVVSkvlCStoff-i大信号S参数仿真原理图查看方式与上个实验相同VDCSSC1VfcVdd巾VriclC7xi ponnAFr讯唏闖MHr渤HA云NEBAIANC |tOputT*r( (nTwfliZMT*-i2SDChmMB 4FTP 曲叱CrtBl1J=7

18、蛰 ikStoc*tsStsct五、实验总结及分析1、增益压缩仿真freq, GHz图6.1.1 1dB增益压缩点处输出信号的频谱freq, GHz图6.1.2由谐波平衡仿真得到的输岀信号频谱由图 6.1.1 可以看出当输入功率 Pin=-10.0dBm 时以 1GHz 为基频的 5 次谐波，分别对应的 1dB 增益压缩点处的输出功率大小。由图 6.1.2 可以看出 1GHz 频率与他的 5 次谐波分量, 各自当频率保持不变输入功率从 -10dBm15dBm 以 1dBm 为步进对应的输出功率。图 6.1.3 增益压缩值的方程和曲线图 6.1.3 中有线性的增益方程 Linear、增益压缩情况

19、下的增益方程Gain 和计算增益压缩值的方程 compression，有线性增益方程的曲线、增益压缩情况下的增益方程的曲线，有标记m1和 m2 处的增益压缩值列表、1dB 增益压缩点处输入功率列表和1dB 增益压缩点处输出功率列表。由图 6.1.3 可以得到如下数据：Linear=22.996，表示标记 m1 处的增益值为 22.996dBm。Plot_vs=22.098，表示标记 m2 处的增益值为 22.098dBm。Compression=0.898,表示标记 m1 和 m2 处的增益压缩值为 0.898。Input1=13.382，表示 1dB 增益压缩点处输入功率为13.382dBm

20、。Output1=22.382，表示 1dB 增益压缩点处输出功率为22.382 dBm。实验报告-s1 1*rK,ili i F ii* i r iSta ndard HB Data50Output Spectrum at 1 dB Gain Compressi on Pointiuov B H1C0H ImcB20o30005-42O165口弓OAm工二皿工苣mp希匸_Note: HB1.HB.Vaut data is from the swept harmonicbalance simulation. HB2.HB Vaul data is from l.he XDBsimulation.Gai n=dBm (HBl.HB.Vout 1pH01 .HB.Pin|inear-GainO+HBl .HB.Pin|compressiDn=m 1 -m2wmpr怡sioninpwr1OLrtpwr113.3B222.362105a252015HB1 HB.PmPmiwit and Output at 1 dB Compre$Elon Foinl0.690Gain vs. Available Source Power