На 1 страницу

         

Диаграмма Смита

  Touchstone

MMICAD

MMICAD LAYOUT

  Microwave Office

 LIBRA

Aplac

Sonnet

HFSS

 

Serenade

 

Harmonica

 

MOMENTUM

 

Microwave Explorer

 

Series IV

Уравнения Максвелла  

Ряды Вольтерра  

  Метод моментов

  Динамический диапазон

  Мощность насыщения

Шумы  

 

Лабораторная работа № 5

 РАСЧЕТ ДОПУСТИМЫХ ОТКЛОНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ СВЧ СХЕМ

Цель работы:

· изучение методов расчета поля допусков на программе Touchstone.

· применение режима подстройки “Tune” программы Touchstone.

· применение метода Монте-Карло в режиме “Optst” программы Touchstone.

· знакомство с чебышевской и баттервортовской аппроксимациями ЧХ.

Домашнее задание:

Для заданных элементов (табл.1) фильтра нижних частот (ФНЧ) рассчитать S-матрицу для номинального и двух наихудших случаев сочетания допусков элементов ФНЧ (рис.5.1):

а) для номинальных значений элементов C1, C2, L3;

b) для случая C1 - 10%C1, C2-10%C2, L + 10%L;

c) для случая C1 + 10%C1, C2+10%C2, L - 10%L.

Исходные данные для домашнего задания.

    1. Частота анализа 2.5 ГГц
    2. Схема фильтра приведена на рис. 5.1.
    3. Параметры фильтра, в соответствии с вариантом - в табл.1.

 

 

 

Рис. 5.1. Фильтр ФНЧ

 

Табл.1 Исходные данные ДЗ

Вариант

С1 (пФ)

С2 (пФ)

L3 (нГ)

Zг=Zн
=
Zo (Ом)

1

2

2

5

50

2

2

2

6

50

3

2

2

4

50

4

3

3

4

50

5

3

3

5

50

6

2.5

2.5

5

50

7

2.5

2.5

4

50

8

3

3

2

50

9

2

2

2

50

10

2.5

2.5

2

50

Задание для выполнения лабораторной работы:

  1. На языке программы Touchstone написать программу анализа ФНЧ (см. Приложение 3).
  2. Провести анализ ФНЧ для трех случаев ДЗ и сравнить с расчетом.
  3. Дополнить программу данными о 10% разбросе параметров. Задать максимальное отклонение |S21| равным 1 дБ на частоте среза АЧХ и рассчитать процент выхода годных, попадающих в поле допуска на |S21| для количества испытаний 100, 1000, 10000.
  4. Используя режим подстройки “Tune” подстроить ФНЧ так, чтобы его АЧХ приобрела вид баттервортовской (плоской) характеристики. Записать новые значения параметров и характеристики схемы.
  5. Ввести в файл 3P321.s2P параметры транзистора 3П321 (лабораторная работа № 3) и записать этот файл в директорию C:\TS.
  6. На языке Touchstone написать программу для анализа транзисторного СВЧ усилителя (рис.5.3).
  7. Рассчитать характеристики транзисторного СВЧ усилителя на полевом транзистре 3П321 в диапазоне частот 5 ... 7.1 ГГц.
  8. Провести оптимизацию характеристик транзисторного СВЧ усилителя по критерию максимального усиления в диапазоне частот 5...7 ГГц.
  9. Задать разброс S параметров транзистора (10% по модулю и 20% по фазе) в блоке TOL программы, созданной по п.6.
  10. Рассчитать поле разброса коэффициента передачи усилителя на частоте

6 ГГц при отклонении от полученного в п.6 на -1дБ.

  1. Задать 10% разброс элементов схемы, дополнительно к разбросу S- параметров и рассчитать гистограмму распределения DB[S21] (F=6 ГГц) для окна D DB[S21] = 0.5 дБ в пределах от 0 до 10 дБ (количество попыток - 1000).

 

Теоретическое введение

Расчет характеристик НЧ фильтра

Для нахождения S- матрицы П-образного четырехполюсника можно использовать следующие формулы:

Рис. 5.2. П-образная схема замещения ФНЧ

 

 

 

 

, (5.1)

где:

; (5.2) ; (5.3)

; (5.4) , (5.5)

проводимости ветвей для структуры на рис.5.1. , ,

, .

Контрольные вопросы

 

  1. Понятие чебышевской и баттервордовской аппроксимации частотной характеристики фильтров. Полюсно-нулевое распределение для таких фильтров.
  2. Напишите программу для расчета гистограммы коэффициента передачи транзисторного СВЧ усилителя.
  3. Дайте определение чувствительности параметра устройства. Найти чувствительность коэффициента отражения двухполюсника к величине сопротивления, составляющего этого четырехполюсника.
  4. Пусть величина сопротивления (в предыдущем вопросе) имеет равномерное распределение относительно величины 100 Ом. Напишите программу на языке Touchstone для расчета распределения модуля коэффициента отражения в зависимости от разброса величины резистора.
  5. Как рассчитать распределение коэффициента передачи транзисторного СВЧ усилителя, зная закон распределения параметров всех входящих элементов.

 

Приложение

Тексты программ, используемые в лабораторной работе

 

1. Программа расчета характеристик фильтра

DIM !блок размерности

FREQ GHZ !частота в ГГц

RES OH !сопротивления в Омах

COND /KOH !проводимости в мСим

IND NH !индуктивности в нГн

CAP PF !емкости в пФ

LNG MIL !длина в милах (1мил=0.0254 мм)

TIME PS !время в псек

CKT !схемный файл - узлы элементов

CAP 1 0 C#1.8 2 2.2 !первая параллельная емкость

IND 1 2 L# 2.7 3 3.3 !последовательная индуктивность

CAP 2 0 C# 1.8 2 2.2 !вторая параллельная емкость

DEF2P 1 2 FILTER !имя фильтра низких частот

OUT !Блок вывода характеристик

FILTER DB[S21] GR1 !прямая передача - на сетку GR1

FILTER DB[S11] GR1 !возвратные потери - на сетку GR1

FILTER DB[S21] GR2 !прямая передача - на сетку GR2

FILTER DB[S11] GR2 !возвратные потери - на сетку GR2

FILTER S11 !параметр S11 на диаграмму Смита

FILTER SPAR !все S- параметры в таблицу

FREQ !Блок задания частот

SWEEP 1 4 0.2 !от 1 до 4 ГГц через 0.2 ГГц

OPT !Блок оптимизации и статанализа

RANGE 3 3.2 0.1 !от 3 до 3.2 ГГц через 0.1 ГГц

FILTER DB[S21] < 0 !задание верхней границы

FILTER DB[S21] > -1 !задание нижней границы

GRID !Блок сеток

RANGE 1 4 0.2 !частоты по оси х для GR1

GR1 -50 0 10 !ось Y для GR1

RANGE 1 4 0.2 !частоты от 1 до 4 ГГц для GR2

GR2 -5 0 0.5 !ось Y для GR2

2. Программа расчета транзисторного СВЧ усилителя.

Рис. 5.3. Схема FB1STG — широкополосный усилитель с параллельной обратной

связью на полевом транзисторе.

 

DIM !Блок размерностей

FREQ GHZ !частота в ГГц

RES OH !сопротивления в Омах

IND NH !индуктивности в нГ

CAP PF !емкости в пФ

LNG MIL !длина в милах

TIME PS !время в псек

COND /OH !проводимости в сименсах

ANG DEG !углы в градусах

VAR

ZMAX = 110 !параметр, используемых в блоке CKT

CKT !Блок описания схемы

CAP 7 1 C# 8 10 12

IND 1 0 L# 4 5 6

RES 1 2 R# 2 2.2 2.5

TLOC 2 0 Z=50 E# 25 29 33 F=4

TLIN 2 4 Z^ZMAX E# 18 20 22 F=4

TLIN 3 6 Z^ZMAX E# 25 30 35 F=4

RES 4 3 R# 100 1.989e+03 2000

S2PA 4 5 0 3P321

TLIN 5 6 Z^ZMAX E# 25 30 35 F=4

CAP 6 0 C#.1 0.11 .12

DEF2P 7 6 FB

OUT !Блок вывода характеристик

FB DB[S21] GR1 !усиление в дБ

FB DB[S11] GR2 !коэффициент отражения на входе

FB DB[S22] GR2 !коэффициент отражения на выходе

FB ANG[S21] GR3 !фазовая характеристика

FB S11 ! вывод S11 на диаграмму Смита

FB S22 ! вывод S22 на диаграмму Смита

TOL !Блок разброса данных в файле

S2PA 0.1 10 0.1 10 0.1 10 0.1 10

FREQ !частотный блок

SWEEP 5 7 0.2 ! от 5 до 7 ГГц через 0.2 ГГц

OPT !блок оптимизации и статанализа

RANGE 6 7 0.2 !частоты оптимизации

FB DB[S21] <8 !верхняя граница усиления

FB DB[S21] >5 !нижняя граница усиления

GRID !Блок сеток

RANGE 5 7 .2 !частота по оси х

GR1 5 15 1 !сетка для вывода S21

GR2 -30 0 5 !сетка для вывода S11

GR3 -180 180 45 ! сетка для вывода углов

Литература

  1. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р.. Машинное проектирование СВЧ устройств. М: “Радио и связь”, 1987, 430 с.

2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: “Высшая школа”,
1983. - 536 с.

 

 

 

Если Вы хотите получить полное описание программы на русском языке, пошлите e-mail по адресу kurushin@mail.ru.
© 2000 СВЧ проектирование
Последняя модификация: июня 22, 2000