实验五-非线性电路仿真.doc

实验五 非线性电路仿真
班级：08通信 姓名：吴明松 座号：24
一、 实验目的
l 通过一个简单的功率放大器的设计过程来认识射频非线性电路的设计与仿真，以此来熟悉非线性电路中的各种参数以及各种非线性元件的使用，熟悉支电路的使用等等。
二、 实验要求
l 使用MWO中的测量元件得到器件三极管的特性曲线图。
l 通过此三极管器件，设计其直流偏置电路得到一个功率放大器，并通过谐波平衡仿真出结果，得到输出的功率曲线。
三、 实验原理
射频放大器与常规低频电路的设计方法完全不同，它需要考虑一些特殊的因素。尤其是入射电压波和入射电流波都必须与有源器件良好匹配，以便降低电压驻波比、避免寄生振荡。利用单级或多级晶体管电路对输入信号进行放大是模拟电路理论中最重要而且是最困难的任务。
我们这里使用单级晶体管进行放大，首先新建Project和一个Schematic电路图，命名为BJT。同样在开始设计之前，先进行整个Project的属性的设置，双击Project Options，如图1所示设置Project属性。

图1 project属性
起始频率设置为1.5GHz，终止频率为2.5GHz，Step选择0.2GHz。然后会到我们的电路原理图BJT中，在Elem页面中，选择Nonlinear→BJT，在下面的窗口中选择GBJT。将其放置在BJT原理图中。此元件便为一个BJT晶体管，我们在使用这个器件之前，一般都需要先看看其特性曲线，我们使用测量元件来实现。选择MeasDevice→IV,在下面的窗口中选择IVCURVEI,将其放置在原理图中。这个元件为I_V曲线追踪器，在设置的若干个电流值的条件下做出电压的曲线。此元件一般用在测量电流控制器件（如双级性晶体管）的I_V特性曲线。并如图2所示设置其参数。具体介绍请见Element Help。
最后的电路原理图如图3所示。再新建一个方框图BJTGraph来输出仿真结果。右键点击BJTGraph，选择Add Measurments，在对话框窗口中的Meas.Type中选择Nonlinear Current，在Measurement中选择IVCurve，Date Source Name中选择BJT。然后选择“OK”结束设置。最后选择“仿真”，则出现此晶体管的仿真曲线。

图2 IVCURVEI属性设置

图3 BJT 原理图
下面我们将设计此晶体管的直流偏置电路，并且使用谐波平衡仿真来仿真此电路在基波下的输出功率曲线。新建一个Schematic原理图，命名为DCBjt。依照图4所示，画出原理图。图中L1，L2两个电感为高频扼流电感，都取0.001uH。

图4 三极管直流偏置电路

电容C1为三极管发射极旁路电容，C2，C3为基极、集电极隔直电容。I_METER测量电流元件，V_METER为测量电压元件。分别测量集电极电流与电压。DCVS为直流电压源，V1为1V，V2为1V。晶体管输入、输出两端分别有两个支电路分别为输入匹配电路与输出匹配电路。引入这两个电路的方法为，首先右键点击Schematic选项，选择Import Schematic，出现Import对话框选择
E:\ProgramFiles\AWR\AWR2007\Examples\Microwave_Office\Getting_Started\Nonlinear此文件夹中有input match和output match两个电路原理图文件，将这两个文件都引入。然后回到DCBjt电路图中，在Elem页面中，选择Subcircuits，在下面的窗口中将出现此Project中所有的电路原理图。然后选择input match与output match放置在原理图DCBjt中，如图4所示。图4中最左边的端口Port1为谐波平衡端口，这个端口除了具有普通端口的功能外，阻抗也为50欧姆，还带有单音信号源，用于谐波仿真。参数中Z还是代表阻抗值，Pwr表示单音信号源的功能振幅，图4中Pwr为18dBm，其具体描述请见Element Help。Port2为普通端口。电路原理图完成后，我们可以先看看在不同频率下，I_METER与V_METER的值。在Graph选项中，选择Add Graph，然后选择Tabular表图，新建Graph2。右键点击Graph2，选择Add Measurment。在Add Measurement对话框中，Meas. Type选择Nonlinear Current，Measurement选择Icomp，Icomp为单音谐波电流。

图5 Graph2 Add Measurment设置
如图5所示，对话框中有Hamomic Index一项，“0”表示直流偏置，所以我们在这里选择“0”。对应电压测量也是如此，Meas. Type 中选择Nonlinear Voltage，Measurement选择Vcomp，Vcomp为单音谐波电压。选择完后进行仿真可以看到在各个仿真频率点上的电压与电流值。然后我们需要测量输出端口，即Port2的输出功率曲线图。同样，先新建一个方框图Graph3。然后选择Add Measurement，由于我们需要测量的是输出端口的功率值，因而在Add Measurement对话框中，Meas. Type选择Nonlinear Power，Measurement选择Pcomp，Pcomp为单音谐波功率。由于此放大器是设计使用在基波频率下的，因而我们需要测量的输出的功率是在基波频率下的值，因而Hamomic Index一项选择1。Measurement Component选择PORT_2，其他使用默认值，如图6所示，点

图6 输出功率的设置
击“OK”结束设置。最后选择“仿真”，在Graph3中会出现各个频率点的输出功率值。最后，需要提到的是，对于非线性电路，还有许多需要测量的参数，如IP1，IP3等等，如果同学们有兴趣也可以添加到图形中，分析其参数曲线。
四、 实验作业
1、得到器件三极管的特性曲线图。

2、设计其直流偏置电路得到一个功率放大器，并通过谐波平衡仿真出结果，得到输出的功率曲线。实验元器件以及参数可参照实验原理部分。