1、燕山大學課程設計題目： 射頻控制電路移相器的設計 學院（系）： 理學院 年級專業： 10 電子信息科學與技術 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 講師 副教授 燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）： 理學院 基層教學單位：10 電子信息科學與技術學 號16學生姓名專業（班級）10-微波設計題目射頻控制電路移相器的設計設計技術參數1. 設計一個移相器2. 工作頻帶為3-5 GHz，中心頻段為4 GHz3. 采用并聯電容形式時，4GHz處兩端口間的相位差為101°4. 采用并聯電感形式時，4GHz處兩端口間的相位差為78°設計要求1. 熟練掌握ADS軟件及其使用方法

2、2. 學會利用ADS軟件進行電路仿真和模擬3. 掌握移相器的基本原理工作量兩周工作日左右每個工作日六到八小時左右工作計劃2013/12/17-2013/12/19       實驗選題  2013/12/20-2013/12/24       實驗操作  2013/12/25-2013/12/28       實驗論文  

3、60;2013/12/292013/12/30       論文檢查和修飾參考資料1徐興福.ADS2008射頻仿真電路設計.電子工業出版社.2009 2徐興福.ADS2008射頻仿真電路設計.電子工業出版社.2009  3陳艷華 李朝暉 夏瑋.ADS應用詳解射頻電路設計與仿真  人民郵電出版社指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。年 月 日 燕山大學課程設計評審意見表指導教師評語：成績： 指導教師： 年 月 日答辯小組評語：成績：

4、 評閱人： 年 月 日課程設計總成績：答辯小組成員簽字：年 月 日射頻控制電路移相器的設計摘要：設計了一個改進的負載型移相器，這類移相器設計簡單，具有更小的開關時間和較低的激勵功率，同時可以使回波損耗得到改善。關鍵字：ADS；移相器；軟件設計；EDADesigned of RF Phase Control CircuitAbstract:Improved design of a load type phase shifter, the phase shifter of such a simple design, with a smaller excitation switching time

5、and lower power, while the return loss can be improved.Keywords:ADS;phase;software design;EDA1、 引言移相器是能夠對波的相位進行調整的一種裝置。廣泛應用于微波通信、雷達和測量系統中，它是一種二端口網絡，用于提高輸出和輸入信號之間的相位差，由控制信號（電流偏置）來控制。微波移相器是相陣控雷達、衛星通信、移動通信設備中的核心組件，它的工作它的工作頻帶、插入損耗直接影響著這些設備的抗干擾能力和靈敏度，以及系統的重量、體積和成本，因此寬帶、低插損的移相器在軍事上和民用衛星通信領域具有重要的意義。電控移相器有足

6、夠的移相精度，移相穩定性高，不隨溫度、信號電平等變化；插入損耗小，端口駐波小，移相速度快，所需控制功率小。2、 原理移相器的分類比較復雜，不同種類的移相器的工作原理也有很大差別。移相器是一種用來校正傳輸相位的微博組件，它一般被分為數字移相器和模擬移相器。數字移相器的相位移差值只能通過一些預定的離散值進行改變；而模擬移相器的相位差值可以通過相應的控制信號的連續變化以連續方式改變。數字移相器在相控陣天線系統得到了廣泛的應用。相位控制信號加到真累的各個單元，使得輻射波束受控于電子掃面方向。在微波頻段設計數字移相器有兩種不同方法。第一種方法利用鐵氧化磁性材料的可開關移相性能；另一種方法主要是采用半導體

7、活MEMS器件。一般來說，采用半導體活MEMS器件的移相器與鐵氧體移相器相比更緊湊，具有更小的開關時間和較低的激勵功率。采用半導體器件的移相器可以分為反射型移相器和傳輸型移相器。在反射型移相器中，基本的設計單元是一端口網絡，且其反射信號相移由控制信號產生變化。這種基本單端口移相器可用環流器，也可以用混合橋來變換成兩端口原件。由于容易集成，混合電橋耦合的反射型移相器更為常用。至于單端口反射型移相器的設計，可以采用開關長度型和開關電抗型設計。對于傳輸型半導體移相器，大致可以分為三類，即開關線型移相器，負載線型移相器和開關網絡型移相器。下面我們將進行一個改進的負載線型移相器的設計。在電長度為90&#

8、176;的傳輸線兩端并聯電納負載，可以使負載型移相器的回波損耗得到顯著改善。等效均勻線的長度為e。設歸一化電納b=0.2，由電磁理論可得 |b|<1于是可得所以有3、 設計要求1.工作頻帶為3-5 GHz，中心頻段為4 GHz2.采用并聯電容形式時，4GHz處兩端口間的相位差為101°3.采用并聯電感形式時，4GHz處兩端口間的相位差為78°4、 仿真過程1.新建ADS工程，新建原理圖，在“TLines-Microstrip”元器件面板列表中選擇微帶線“MLIN”和“MSUB”添加到原理圖中。如圖1圖12.雙擊“MSub”按照圖2修改“MSUB”的參數。圖23.在工具

9、欄菜單中調出【LineCale】對話框，計算微帶線的數據。如圖3。圖3在左側【Substrate Parameters】中填入上一步中“MSub”的數據，注意單位改為mm，【Component Parameters】中Freq改為4GHz，【Electrical】中Z0=50 Ohm，E_Eff=90 deg。設置完成后，單擊“Syntheseze”按鈕。微帶線的參數就被軟件計算出來，在【Physical】中。W=0.600379mm，L=7.398350mm。注意單位為mm。4.更改微帶線“MLIN”有關參數，在“Simulation-S_Param”元器件面板列表里選擇S參數仿真控制器添加

10、到原理圖中。在“Lumped-Components”元器件面板列表里選擇兩個電容“C”以及兩個電感“L”添加到原理圖中。用導線將各元器件鏈接起來，并且加入接地點。如圖4。從工具欄窗口中選擇“Var”控件，添加到原理圖中，并設置兩個參數“L”與“C”且L=9.9，C=0.159圖45.單擊原理圖工具欄按鈕，依次單擊兩個電感。使電感斷路如圖5。圖56.運行仿真，得到如下圖6的結果。圖67.再次點擊原理圖工具欄按鈕，一次點擊兩個電感與兩個電容。使電容斷路，電感通路。如圖7圖78. 運行仿真，結果如下。見圖8圖85、 誤差分析及更改關閉電感，電容通路的時候，仿真回波損耗S11參數如下，圖9圖9關閉電容

11、，電感通路的時候，仿真回波損耗S11參數如下，圖10圖10結論：可見兩種方式的仿真結果中心頻率都不在4GHz處。參數計算都是正確的。可能的原因是軟件版本的不同跟計算機計算的方式不同。調整：調整參數：更改微帶線L=6.92 mm，如下圖11圖11仿真結果如下，圖12圖12由圖可看出：更改參數后根據S21參數來看，本移相器基本符合要求，中心頻率為4GHz，但是此參數下另外兩個參數的情況卻不太符合條件，如下圖13圖13且，在此參數下，關閉電容的仿真結果如下圖 14圖14另外兩個參數如下圖15圖15由上圖可看到插入損耗與4GHz處的相位差不符合要求。至此，我們小組耗費了大量時間與精力，嘗試了多種數據組

12、合，找到了比較符合要求的參數組合。1.電感型移相器（關閉電容）微帶線參數W=0.6 mm ，L=8.33 mm，L=5 nH，此情況下不考慮電容C的參數。如下圖16圖16在此參數下關閉電容，仿真結果如下圖17圖17從圖17可以看到各項仿真結果已經基本符合設計要求。2.電容型移相器（關閉電感）微帶線參數W=0.6 mm，L=6.47 mm，C=0.318 pF,不考慮電感參數。如下圖18圖18此參數情況下的仿真結果如下圖19圖19如圖所示，三個仿真結果基本符合設計要求。6 結論用軟件中的【LineCacl】計算出來的微帶線參數實際仿真結果出來后并不符合設計要求，且相對應的，電感與電容的參數也應作

13、更改。符合要求的參數為：1. 電感型（關閉電容）移相器微帶線參數W=0.6 mm ，L=8.33 mm，且電感L=5 nH，此參數下的電感型移相器仿真結果基本符合設計要求。2. 電容型（關閉電感）移相器微帶線參數為W=0.6 mm，L=6.47 mm，且電容C=0.318 pF，此參數下的電容型移相器仿真結果基本符合設計要求。3.在我們小組更改參數的時候微帶線參數對結果的影響比電感、電容的影響大，且電容型移相器中微帶線L參數與電容C參數，跟中心頻率成正相關，跟phase(S(2,1)成負相關；電感型移相器中微帶線L參數與電感L參數，跟中心頻率成負相關，跟phase(S(2,1)成正相關。7 設

14、計感想為期一個月的專業綜合訓練終于落下帷幕，一路走來磕磕碰碰，遇到了各種困難，在摸索中緩慢爬行。由最初的遇到如此之大誤差后的不知所措到最后慢慢開始習慣，更改參數重新來。我學到了不少設計經驗。通過此次訓練，我們真心體會到了理論與實踐的差別，以及實踐的重要性。我們所有的設計都是通過軟件仿真出來的結果，沒有進行過實驗，難免會有誤差。通過此次訓練，我深深體會到耐心與細心的重要性。在設計過程中，由于軟件仿真不成功，吃了不少苦頭，原理圖一換再換，參數一改再改。上網查找了許多資料，嘗試了多種參數組合。去圖書館借閱了些書籍，才整理出點眉目。好不容易波形有些靠譜，卻總是相差那么一點點，每每優化后的圖形都差強人意。日子如流水嘩啦啦流逝，可是我們的設計卻停滯不前，一再掙扎，組后總算設計出符合要求的移相器。 通過此次專業綜合訓練我更加覺得團隊合作的重要性，在我們的設計進入攻堅階段的時候，我一度想放棄，但是是我的團隊給了我繼續下去的力量。相傳佛教創始人釋迦牟尼曾問他的弟子：“一滴水怎樣才能不干涸？”弟子們面面相