ADS设计介质振荡器

1、用 ADS 设计介质振荡器杨霖 顾忠诚 摘要 在设计过程中使用了 Angilent 公司的 Advanced System Design软件关键词负阻振荡器理论基础 图 1在负阻振荡器设计中图 1示出了一个典型的负阻振荡器的框图R IN + RL < 0 (1其次 继而必须满足以下条件我们使用 ADS 设计和仿真负阻器件 即方程即方程 和方程用谐波平衡法对整个电路的性能在 ADS 中进行仿真仿真器介绍ADS 提供了多种仿真器 只用到了部分仿真器a. DC 仿真器DC 仿真器用于仿真电路的直流性能b. S_Parameter 仿真器S 参数仿真器用于计算电路的 S 参数 在使用 S 参数仿

2、真器时需要定 义起 此外 本文中 S 参数仿 真器用于在设计负阻器件的过程中计算有源器件的输入阻抗c. 谐波平衡仿真器谐波平衡仿真器用于仿真振荡器电路的性能在本方案中还要用到 OSC_PORTÆä¼ýÍ·±ØÐëÖ¸Ïò¸º×èÆ÷¼þµç·3ͨ³£ÎªÔ²

3、;ÖùÐνéÖÊ¿é½éÖÊгÕñÆ÷ÊÇÒ»ÖÖ350351具有高电容率 它的基本谐振频率由其自身的相对介电常数 和物理尺寸所决定 其谐振的产生是电磁波在介质边缘与空气之间连 续反射的结果要想使用一个介质谐振器来确定微波振荡器的振荡频率 使传输线与介质块耦合介质块与微带传输线耦合的典型配置以及其等效电路在图 2中示出介质谐振器与微带

4、线耦合得越紧 R 0C 0L 0n :1等效电路图 2由于圆柱形介质块是一种高 Q µÄгÕñÆ÷ͨ³£Îª¼¸Ê®KohmÔÚгÕñµÄÇé¿öÏ·ûºÅÏà·´½é&#

5、214;ÊгÕñÆ÷µÄµÈЧµç·¿ÉÒÔ¼ò»¯ÎªÒ»¸ö¾ßÓбȽϸߵç×èÖµµÄ&#

6、181;ç×èR 040021 C L F =4±ØÐëÑ¡ÔñºÏÊʵij¡Ð§Ó¦¹Ü²¢¸øÆäÌṩºÏÊʵÄÖ±Á÷Æ

7、71;ÖÃÎÒÃÇÑ¡ÔñÁËNEC 公司的高性能的场效应管 NE71084I cËùʹÓó¡Ð§Ó¦¹ÜµÄÄ£ÐÍÔÚADS 元件库中可以找到4.2负阻电路在设计了合适的偏置电路之后 该电路能够产生负阻 负阻部件是通过对低噪声 G a A s FET

8、进行源极电容性反馈实现的 使振荡器能够从自然噪声中建立振荡负阻部件的简化等效电路如图 3所示352VoutC C 4C=0.212736 pFTerm Term1Z=50 OhmNum=1cResP RLCp2Rp=10e3 Ohmfo=9 GHzQ=10000S_ParamS P 1Step=10 MHzStop=15 GHz Start=100 MHzS -P A R A M E T E R SV_DCS R C 2Vdc=0.4 VDC_FeedDC_Feed1pf_nec_NE71084_19921216A3TLIN TL1F=9 GHzE=90Z=50.0 OhmDC_FeedDC_

9、Feed2V_DCS R C 1Vdc=3 VTerm Term3Z=50 OhmNum=3C C 3C=47 pFTerm Term2Z=50 OhmNum=2Òª½øÐгõʼ»¯·ÂÕ泡ЧӦ¹ÜµÄ©¼«Êä³ö¶Ë

10、89;Ó50ohm 的负载阻抗表明在该频率点有负阻产生S 11的经验值最小应为 1.2ͼ6示出了仿真结果存在适当的负阻图 44.3介质谐振器的仿真模型介质谐振器所选择的材料具有的相对介电常数 r在 9GHz 频率上的 Q 值大 于 10000¿ÉÒÔ½«Õñµ´Æ÷µ÷Õûµ½ËùÐèÒªµÄÆ&

11、#181;ÂÊ¿ÉÒԵõ½µÄгÕñƵÂʾÍÔ½¸ßƵÂʱ仯µÄËÙÂÊ»áËæÖ®Ôö¼&

12、#211;模拟介质谐振器与微带线耦合的变压器的匝数比依赖于谐振器与微带线的耦合距离耦合度越高 在本设计中我们可以直接使用 ADS 中自带的并联 RLC 谐振器模型 cResP ¼Ù¶¨ÔÑÊý±Èn为 1Èçͼ5所示振荡器的小信号仿真要以确保在所期望的振荡频率上以下两个条件同时得到满足的基础上进行在仿真过程中 , 使用 ADS 中的 S 参数仿真器得到电路的输入阻抗 在 9GHz 的频率点上电路的 real(Z(2,2+real(Z(1,1为 -0.66

13、6,接近于零满足振荡条件方程 的要求 满足振荡条件方程353V o u t D CD C 1S w e e p V a r =D CS _P a r a m S P 1S t e p =10M H zS t o p =15G H z S t a r t =100 M H z S -P A R A M E T E R ST r a n T r a n 1MaxTimeStep=1.0 nsecStopTime=100.0 nsecTRANSIENTRR 1R =50O h mCC 4C=0.212736 pFc R e s P R L C p 2R p =10e 3O h mf o =9 G H

14、 z Q=10000H a r m o n i c B a l a n c e H B 1O s c M o d e =y e sOrder1=3F r e q 1=9G H z HARMONIC BALANCED C _B l o c k D C _B l o c k 1O s c P o r t Osc1MaxLoopGainStep=FundIndex=1Steps=10N u m O c t a v e s =2Z =1. 1O h m V=pf_nec_NE71084_19921216A3TLIN T L 1F =9 G H zE=90Z=50.0 OhmD C _F e e d D

15、 C _F e e d 2V _D C S R C 2Vdc=0.4 VD C _F e e d D C _F e e d 1C C 3C =47p FV _D C S R C 1Vdc=3 V图 5给部件建立模型的时候必须注意他们的寄生参数会使得最终的振荡器特性的寄生响应 增加 只要精细设计这些网络及部件的参数 , 最终振荡电路的性能不会受到很大影响仿真结果仿真得到的整个 DRO 的谐波平衡仿真结果及瞬态仿真结果如图 6´Ó¸ÃͼÖпÉÒÔÇå³þµØ¿´