ref 2 5應用PUFF進行放大器電路匹配設計

2022-11-27 06:45:06 字數 4455 閱讀 8954

應用puff進行放大器匹配設計

(一) 目標:

利用puff程式提供的fhx04器件設計乙個中心頻率為5.0ghz的放大器。要求功率盡可能大,頻寬盡可能寬。

注意:按照理論,只有在放大器輸入反射係數近乎為零,輸出端,共扼匹配的情況下,才有可能達到增益最大。其中輸入輸出電路採用最簡單的t型微帶匹配電路。

(二) 主要過程:

1、 設計放大器輸入匹配電路,使得s11盡可能小;

2、 設計放大器輸出匹配電路,使得放大器的s21盡可能大和s11盡可能小;

3、 檢查輸入匹配電路的設計,優化輸入匹配電路;

4、 **結果分析;

(三) 具體過程:

1、 啟動puff:開始程式windows資源管理器d(puff軟體所在硬碟)puff資料夾介面如下:

puff, version 2.1

copyright (c) 1991

scott w. wedge, richard compton, and d**id rutledge

c) 1997, 1998 andreas gerstlauer

system detectedoperating parameters

dos version: 5.0working memory: 355k

graphics: vgaoverlay memory: ems

press esc to abort, any other key to run puff

按任意鍵,進入

puff的啟動畫面

訊息視窗提示,意思是基片尺寸(f4視窗中s 50mm)比f3視窗中「tline 50 90」中表示的/4還小,因為f4中「fd 300.00mhz」,波長為1000mm,/4為250mm,比基片線度50mm還大,基片上布置不下/4傳輸線。為此按向右方向鍵。

使tline長度為10,即「b tline 50 10」,這樣系統可進行下一步操作了。(通過修改可以修改初始化值,記事本可以開啟的)

2、 初始化設計:

▲ 按f4,啟用f4視窗;移動游標修改f4視窗內的製版引數:

「zd 50.000」表示接到埠的傳輸線特徵阻抗為50

「fd 5.000ghz」表示工作的中心頻率為5.00ghz

「er 10.20」表示基片介電係數

「h 1.27mm」表示基片厚度

「s 25.40mm」表示基片線度

▲ 按f3,啟用f3視窗;移動游標修改f3視窗的內容:

「a device fhx04」表示使用器件fhx04,這個器件是puff程式自帶的。

「b tline 50ω 60°」表示一段60°長,阻抗為50ohm的理想傳輸線;

「c tline 50ω 60°」表示一段60°長,阻抗為50ohm的理想傳輸線;

「d tline 50ω 60°」表示一段60°長,阻抗為50ohm的理想傳輸線;

「e tline 50ω 60°」表示一段60°長,阻抗為50ohm的理想傳輸線;

3、 初步設計輸入匹配電路:

▲ 按f3,修改第二行引數,改為:

「b tline 50ω?60°」表示要對b傳輸線進行引數掃瞄;

▲ 按f1,啟用f1視窗,進行layout;這個時候,f1視窗會出現乙個「×」;

▲ 按「a」鍵,選中a器件(即fhx04電晶體),這時第一行被點亮;

▲ 按「向左」方向鍵,把a器件布下來;

▲ 按「2」數字鍵,把a器件的右端和2埠連線起來;

▲ 按「向右」方向鍵,把「×」移動到a器件的左邊;

▲ 按「b」鍵選中b傳輸線,這個時候第二行「b tline 50ω?60°」被點亮;

▲ 按「向右」方向鍵,布下b傳輸線;

▲ 按「1」數字鍵,連線b傳輸線的左端和1埠;

▲ 按f2鍵,移動游標,修改以下引數:

「points 200」表示顯示200的資料點;

「s11」表示顯示s11引數;

「s22」表示顯示s22引數;

「s12」表示顯示s12引數;

「s21」表示顯示s21引數;

「**圖縱座標-50-30db」表示s引數的模的顯示範圍是-50db到30db;

「**圖橫座標0.0-360」表示b傳輸線的掃瞄範圍是0°到360°;

▲ 按「p」檢視**結果;

▲ 按「tab」鍵,把阻抗圓改為導納圓圖;

▲ 移動「page up」、「page down」鍵,使得s11旋轉到g=1的等g圓上,記錄下現在b傳輸線的長度;

b長度變化圓與g=1的等g圓的交點

b的長度:61.5075°;這裡取62°;

b傳輸線的優化結果

▲ 按f3,啟用f3視窗,修改第

二、第三行的內容:

「b tline 50ω 62°」把計算出來的結果取代b傳輸線長度;

「c tline 50ω?60°」表示要對c傳輸線進行長度的掃瞄,優化;

▲ 按f1,啟用f1視窗;

▲ 按「向下」方向鍵,布下c傳輸線;

▲ 按f2,啟用f2視窗;

▲ 按「p」顯示**結果;

▲ 按「page up」、「page down」鍵,選定**結果為s21最大,s11最小的點,並記下改點下,c傳輸線的長度;

從f2視窗可以讀出c的長度為70.5528°,這裡取71°。

c傳輸線的優化結果

▲ 按f3,啟用f3視窗,修改第三行為:「c tline 50ω 71°」

這樣放大器輸入端的匹配電路設計,初步完成。

4、 放大器輸出端匹配電路設計:

▲ 按f3,啟用f3視窗;

▲ 按方向鍵,移動游標,把第四行引數改為「d tline 50ω?60°」,這表示要對d傳輸線進行長度掃瞄;

▲ 按f1鍵,啟用f1視窗;

▲ 按方向鍵使得 「×」 移動到a器件的右端(具體為向上-向右-向右);

▲ 按「shift+2」,消除a器件和2埠的連線;

▲ 按「d」鍵,選擇d器件,這時,d器件被點亮;

▲ 按「向右」方向鍵,布下d器件;

▲ 按f2,啟用f2視窗;

▲ 按「p」顯示**結果

※注意:

從**結果來看,d傳輸線並不能夠改善放大器的增益,可以取任何長度,甚至不用d傳輸線。

d傳輸線的優化結果

▲ 按f3,啟用f3視窗,修改第

四、五行引數,改為:

「d tline 50ω 25°」因為d傳輸線對系統的增益不起任何作用,所以這裡隨便取乙個值;

「e tline 50ω?60°」表示要對e傳輸線進行長度的掃瞄,優化;

▲ 按f1,啟用f1視窗,並把「×」移動到d傳輸線的最右端;

▲ 按「e」鍵,選擇e傳輸線,這時,e傳輸線被點亮;

▲ 按「向下」方向鍵,布下e傳輸線;

▲ 按f2,啟用f2視窗;

▲ 按「p「檢視**結果;

▲ 按「page up「、」page down「鍵,檢視s21最大,s11最小的點;

從f2視窗內可以讀出e傳輸線的計算結果是195.3769°,這裡取195°;

e傳輸線的優化結果

▲ 按f3,修改第五行為:「e tline 50ω 195°」,即把計算結果代入e傳輸線的長度;

這樣,輸出匹配電路設計完畢。

5、 輸入匹配電路的設計優化:

▲ 按f3啟用f3視窗,把第二行引數改為:「b tline 50ω?62°」表示要對b傳輸線的長度進行掃瞄;

▲ 按f2,啟用f2視窗,把points的點數改為「points 500」這樣表示可以顯示500

點的資料,會使得設計精度更高。

▲ 按「p」鍵顯示**結果。

▲ 按「page up」、「page down」鍵檢視s21最大,s11最小的點。

經比較發現,b傳輸線是62°長的時候,s21最大,s11最小;

b傳輸線的最優長度是62.0441°,這裡取62°

a傳輸線最優化最後結果

▲ 按f3,啟用f3視窗,把第一,第二行改為:

「b tline 50ω 62°」把**結果放入b傳輸線的引數中;

「c tline 50ω?71°」表示要對c傳輸線的長度進行掃瞄;

▲ 按f2鍵,啟用f2視窗;

▲ 按「p」顯示**結果;

▲ 按「page up」、「page down」鍵,檢視s21最大,s11最小的點。

c傳輸線的最優長度從這裡讀出來是:70.7014°,取71°

c傳輸線的最終優化結果

6、 最後**結果:

▲ 按f3,啟用f3視窗,把第五行的引數改為:「c tline 50ω 71°

▲ 按f2,啟用f2視窗,把「**結果的橫座標改為:4.5-5.5ghz」表示顯示從4.5ghz到5.5ghz這個頻率範圍內的s引數;

▲ 按「p」鍵檢視**結果;

最後放大器的**結果

從最後的**結果可以知道,該放大器工作的中心頻率是5.0ghz,在4.5-5.

5ghz這個範圍內s21都是比較平坦的,為15db左右,但是s11只有比較窄的頻帶,離開了這個頻帶,s11增加很快,s11最理想的數值是-38db,已經非常小,可以不考慮。

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