本书主要介绍国内外射频电路设计领域常用的美国国家仪器公司(NI)旗下的AWR公司射频电路仿真软件Microwave Office的使用方法,书中内容主要基于Microwave Office软件的V13版本,并结合射频电路设计工作中常用的模块电路进行软件的操作讲解。全书分为11章,主要包括阻抗匹配、滤波器设计、低噪声放大器设计、功率放大器设计、Wilkinson功分器设计、混频器设计、通信系统链路仿真、PCB导入优化电磁仿真和微带天线仿真。
本书实例丰富,讲解翔实,适合作为广大理工类高等院校相关专业研究生、本科生的教材,也可作为广大射频电路工作者及科研人员的参考用书。
为何写作此书
随着数字信息技术的飞速发展,信息量的爆发式需求引导着通信产业技术朝着更高的传输速率、更低的传输时延、更广的用户覆盖面、更多的同时在线终端方向发展。其在模拟射频技术上呈现的是通信频段越来越高,信号的带宽越来越宽,以此给射频通信领域带来了全新的发展和挑战。传统的射频技术设计方式偏向于解决信号工作频段较低、工作带宽较窄的射频技术实现问题;而在当今的技术需求下,微波频段乃至毫米波频段,宽带乃至超宽带是未来的主流方向,其所遇到的和需要解决的射频问题也变得更加复杂,更加难以使用简单的设计手段实现。此时就需要使用成熟且精确度较高的EDA辅助设计工具来辅助设计。使用成熟且专业的EDA辅助设计工具进行专业性的设计具备开发效率高、开发周期短、开发问题确认精确快速、开发成本低、设计过程可重复等诸多优点。君欲善其事,必先利其器,掌握一款好的工具往往能够得到事半功倍的效果。
目前美国国家仪器公司(NI)旗下的AWR公司的射频微波电路仿真产品Microwave Office、电路仿真产品Analog Office、系统仿真产品Visual System Simulator、电磁仿真产品AXIEM和Analyst等均是射频电路领域内公认的较好的仿真软件,也是射频通信电路的主流设计软件。编者的同事在工作学习中经常会遇到各种各样的使用问题,却找不到一本该软件的实用教程供大家查阅参考。每闻及此,颇感遗憾,遂发此念编写一书以备查阅参考学习。
本书特点
? 简单易学,循序渐进。本书以初中级读者为对象,首先从Microwave Office软件的基础讲起,再辅以射频电路设计实例帮助读者快速掌握Microwave Office的功能。
? 结合实际,内容经典。本书结合作者多年的Microwave Office使用经验与实际工程应用案例,特别针对Microwave Office软件的使用方法和技巧进行了详细的讲解。本书在各章节讲解的过程中辅以操作实图,方便读者查阅参考,从而快速掌握书中所讲解的内容,甚至能够解决工作中遇到的设计问题。
读者对象
本书适合Microwave Office软件的初学者和射频通信电路的设计人员,以及期望提高射频电路设计仿真能力的读者,具体包括:
? 高校以及大、中专院校的教师和在校生;
? Microwave Office的初学者;
? 广大科研人员;
? 初、中级Microwave Office的使用者;
? 广大射频通信电路的设计人员;
? 相关培训机构的教师和学员。
编写分工
本书主要由王鑫、蒋中东编写,其中第1、2、4、5、7、8、9、11章由王鑫编写,第3、6、10章由蒋中东编写。虽然我们在本书编写过程中力求详尽、准确、完善,但由于水平有限,书中欠妥之处在所难免,恳请广大读者及各位同行批评指正,以共同促进本书质量的提高。
第1章 AWR简介 1
1.1 AWR公司概述 1
1.2 NI AWR产品简介 1
1.3 Microwave Office软件安装及功能模块简介 2
1.3.1 Microwave Office软件安装 2
1.3.2 Microwave Office的基本功能模块简介 5
1.4 Microwave Office主工作界面 6
1.5 Microwave Office仿真功能器简介 10
1.6 搜索Microwave Office中的范例 11
第2章 AWR射频电路仿真基础操作 12
2.1 下载安装元器件库 12
2.2 射频电路仿真基础操作 14
第3章 阻抗匹配电路设计 21
3.1 引言 21
3.2 阻抗匹配基础原理 21
3.3 iFilter Filter Synthesis介绍 23
3.4 TXLINE工具介绍 28
3.5 利用设计向导进行匹配电路的设计 29
3.6 小结 33
第4章 滤波器设计实例 34
4.1 滤波器基本原理 34
4.2 LC分离元件滤波器设计 35
4.3 小结 38
第5章 低噪声放大器设计 39
5.1 低噪声放大器基础理论 39
5.1.1 基础概念 39
5.1.2 低噪声放大器的主要技术指标 39
5.2 低噪声放大器设计与仿真实例 40
5.3 小结 47
第6章 功率放大器设计 48
6.1 功率放大器基础理论 48
6.2 功放管直流特性扫描 51
6.3 功率放大器的稳定性分析 55
6.4 负载牵引仿真Loadpull 58
6.5 源牵引仿真Sourcepull 65
6.6 偏置电路的设计 68
6.7 输出匹配电路的设计 73
6.8 输入匹配电路的设计 76
6.9 功率放大器S参数仿真及优化 78
6.10 功率放大器的大信号仿真 80
6.11 功率放大器的互调仿真 84
6.12 原理图和版图联合仿真 85
6.13 输出CAD文件 96
6.14 小结 97
第7章 Wilkinson功分器设计 98
7.1 引言 98
7.2 功分器原理图设计、仿真与优化 98
7.2.1 Wilkinson功分器原理图设计及仿真 98
7.2.2 Wilkinson功分器原理图优化仿真 104
7.3 PCB版图生成与电磁仿真 107
7.3.1 Wilkinson功分器的PCB布局 107
7.3.2 Wilkinson功分器版图抽取及电磁仿真 109
7.4 小结 112
第8章 混频器设计 113
8.1 混频器基本原理 113
8.2 混频器设计 115
8.2.1 创建Gilbert单元 116
8.2.2 创建FET功率放大器单元 119
8.2.3 创建混频器电路 122
8.2.4 创建混频器电路模型 124
8.3 混频器电路仿真 124
8.3.1 转换功率增益仿真 125
8.3.2 1dB压缩点仿真 129
8.3.3 OIP3三阶截断点仿真设计 132
8.3.4 噪声仿真 133
8.3.5 回波损耗与隔离度设计及仿真 135
8.4 小结 138
第9章 通信系统链路仿真 139
9.1 无线通信系统简介 139
9.2 无线通信系统指标分析 140
9.2.1 噪声 140
9.2.2 动态范围 140
9.2.3 三阶截断点与1dB压缩点 141
9.3 通信系统仿真设计实例 142
9.3.1 通信系统设计 142
9.3.2 系统仿真结果 144
9.4 小结 148
第10章 PCB导入优化电磁仿真 149
10.1 PCB导入电磁仿真 149
10.2 小结 155
第11章 微带天线仿真 156
11.1 天线简介 156
11.2 天线基本原理及主要参数 156
11.3 微带天线仿真实例 157
11.3.1 创建微带天线电磁模型 158
11.3.2 天线仿真 164
11.3.3 天线电磁优化仿真 169
11.4 小结 173
参考文献 174