ADS课程设计移相器的设计_New
ADS课程设计移相器的设计
燕山大学
课程设计
题目：射频控制电路移相器的设计
学院（系）：理学院
年级专业： 10 电子信息科学与技术学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：讲师副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：理学院基层教学单位：10 电子信息科学与技术
说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
月日
燕山大学课程设计评审意见表
射频控制电路移相器的设计
摘要：设计了一个改进的负载型移相器，这类移相器设计简单，具有更小的开关时间和较低的激励功率，同时可以使回波损耗得到改善。
关键字：ADS；移相器；软件设计；EDA
Designed of RF Phase Control Circuit
Abstract:Improved design of a load type phase shifter, the phase shifter of such a simple design, with a smaller excitation switching time and lower power, while the return loss can be improved.
Keywords:ADS;phase;software design;EDA 一、引言
移相器是能够对波的相位进行调整的一种装置。广泛应用于微波通信、雷达和测量系统中，它是一种二端口网络，用于提高输出和输入信号之间的相位差，由控制信号（电流偏置）来控制。
微波移相器是相阵控雷达、卫星通信、移动通信设备中的核心组件，它的工作它的工作频带、插入损耗直接影响着这些设备的抗干扰能力和灵敏度，以及系统的重量、体积和成本，因此宽带、低插损的移相器在军事上和民用卫星通信领域具有重要的意义。电控移相器有足够的移相精度，移相稳定性高，不随温度、信号电平等变化；插入损耗小，端口驻波小，移相速度快，所需控制功率小。
二、原理
移相器的分类比较复杂，不同种类的移相器的工作原理也有很大差别。移相器是一种用来校正传输相位的微博组件，，它一般被分为数字移相器和模拟移相器。数字移相器的相位移差值只能通过一些预定的离散值进行改变；而模拟移相器的相位差值可以通过相应的控制信号的连续变化以连续方式改变。
数字移相器在相控阵天线系统得到了广泛的应用。相位控制信号加到真累的各个单元，使得辐射波束受控于电子扫面方向。在微波频段设计数字移相器有两种不同方法。第一种方法利用铁氧化磁性材料的可开关移相性能；另一种方法主要是采用半导体活MEMS器件。一般来说，采用半导体活MEMS 器件的移相器与铁氧体移相器相比更紧凑，具有更小的开关时间和较低的激励功率。
采用半导体器件的移相器可以分为反射型移相器和传输型移相器。在反射型移相器中，基本的设计单元是一端口网络，且其反射信号相移由控制信
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号产生变化。这种基本单端口移相器可用环流器，也可以用混合桥来变换成两端口原件。由于容易集成，混合电桥耦合的反射型移相器更为常用。至于单端口反射型移相器的设计，可以采用开关长度型和开关电抗型设计。对于传输型半导体移相器，大致可以分为三类，即开关线型移相器，负载线型移相器和开关网络型移相器。
下面我们将进行一个改进的负载线型移相器的设计。
在电长度为90°的传输线两端并联电纳负载，可以使负载型移相器的回波损耗得到显著改善。等效均匀线的长度为θe 。设归一化电纳b=0.2，由电磁理论可得
)(cos 1
b e
-=-θ b
Z
Z
e
2
01-=
|b|<1
于是可得
??-=-=5.1012.0cos eon on eon b θθ
??=-=46.782.0cos offn off eoff b θθ
所以有
nH 9.92
.04250
109
=???=?=
πωB N L pF N f B C 159.050
422
.02109
=???=?=
ππ 三、设计要求
1.工作频带为3-5 GHz ，中心频段为4 GHz
2.采用并联电容形式时，4GHz 处两端口间的相位差为101°
3.采用并联电感形式时，4GHz 处两端口间的相位差为78°
四、仿真过程
1.新建ADS 工程，新建原理图，在“TLines-Microstrip ”元器件面板列表中选择微带线“MLIN ”和“MSUB ”添加到原理图中。如图1
图1
2.双击“MSub”按照图2修改“MSUB”的参数。
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图2
3.在工具栏菜单中调出【LineCale】对话框，计算微带线的数据。如图3。
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图3
在左侧【Substrate Parameters 】中填入上一步中“MSub ”的数据，注意单位改为mm ，【Component Parameters 】中Freq 改为4GHz ，【Electrical 】中Z 0=50 Ohm ，E_Eff=90 deg 。设置完成后，单击“Syntheseze ”按钮。微带线的参数就被软件计算出来，在【Physical 】中。W=0.600379mm ，L=7.398350mm 。注意单位为mm 。
4.更改微带线“MLIN ”有关参数，在“Simulation-S_Param ”元器件面板列表里选择S 参数仿真控制器添加到原理图中。在“Lumped-Components ”元器件面板列表里选择两个电容“C ”以及两个电感“L ”添加到原理图中。用导线将各元器件链接起来，并且加入接地点。如图4。从工具栏窗口中选择“Var ”控件，添加到原理图中，并设置两个参数“L ”与“C ”且L=9.9，C=0.159
图4
5.单击原理图工具栏按钮，依次单击两个电感。使电感断路如图5。
图5
6.运行仿真，得到如下图6的结果。
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图6
7.再次点击原理图工具栏按钮，一次点击两个电感与两个电容。使电容断路，电感通路。如图7
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图7
8.运行仿真，结果如下。见图8
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图8
五、误差分析及更改
关闭电感，电容通路的时候，仿真回波损耗S11参数如下，图9
图9
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关闭电容，电感通路的时候，仿真回波损耗S11参数如下，图10
图10
结论：可见两种方式的仿真结果中心频率都不在4GHz处。参数计算都是正确的。可能的原因是软件版本的不同跟计算机计算的方式不同。
调整：
调整参数：更改微带线L=6.92 mm，如下图11
图11
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仿真结果如下，图12
图12
由图可看出：更改参数后根据S21参数来看，本移相器基本符合要求，中心频率为4GHz，但是此参数下另外两个参数的情况却不太符合条件，如下图13
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图13
且，在此参数下，关闭电容的仿真结果如下图 14
图14
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