S参数和谐波平衡仿真分析 实验报告

实验报告
课程名称： ADS射频电路设计基础与典型应用实验项目名称： S参数和谐波平衡仿真分析
学院：工学院
专业班级：11信息工程
姓名：
学号：1195111016
指导教师：唐加能
预习报告
一、实验目的
本节实验课程将通过给出一个放大器S参数仿真历程的原理图与谐波平衡仿真历程的原理图，并将其电路通过仿真来实现，从而帮助大家对这两种模型有进一步的理解与认识。

二、实验仪器
PC，ADS仿真软件
三、实验原理
S参数仿真中各项需要用到的模型介绍
（1）放大器模型Motorola_PA
S参数仿真原理图SP1.dsn中的放大器是一个电路模型。

Motorola_PA是这个电路模型的符号。

图1 Motorola_PA 电路模型
Motorola_PA符号有子电路，它的特性是由子电路来决定，查看子电路的具体步骤如下：在原理同SP1.dsn中，单击按钮，再单击Motorola_PA电路模型。

其中的Motorola_Mosfet_Model也有子电路，可以通过相同方法进入查看。

图2 Motorola_Mosfet_Model电路模型
（2）终端负载Term
在S参数仿真中，各个端口都要加载终端负载Term。

（在本次S参数仿真中，电路输入端口没有加源，而在输入端口采用终端负载Term。

）
图3 Term电路模型
（3）直流电压源
在SP1.dsn原理图中，有两个直流电压源V_DC,他们给放大电路提供静态工作点。

图4 直流电压源的电路模型
（4）S参数仿真控制器
SP1,.dsn原理图中，S参数的仿真控制器S-PARAMETERS用于设置所用到的参数，双击可以进入设置界面
图5 仿真控制器的电路模型
图6 仿真控制器的设置界面
其中部分参数按如下要求设置：
扫描的起始值为：800MHz
扫描的终止值为：900MHz
扫描间隔为：1MHZ
谐波平衡仿真各项需要用到的模型介绍
BJT晶体管
原理图中，BJT_NPN晶体管没有子电路，他的参数主要有电路旁边的晶体管模型BJT_Model
设定。

双击BJT_Model可以从打开的对话框中看到该晶体管的参数。

图7 BJT晶体管的电路模型图8 BJT_Model电路模型
（1）直流电压源和频域电压源
直流电压源V_DC和频域电压源V_1Tone已经在原理图中显示出来，其中V_DC为5V，
V_1Tone电压为单频，振幅为Vin，Vin的值在变量控件V AR中设置。

图9 V AR控件电路模型
（2）电阻与电容
电阻是用来确定直流工作点和射频信号输出的，电容用来隔直流通交流。

（3）仿真控制器
（4）谐波平衡仿真控制器HARMONIC BALANCE,它是用来设置谐波平衡仿真的参数，双击仿真控制器就可以进入设置界面
图10 仿真控制器的电路模型
图11 仿真控制器的设置界面
（5）这里谐波平衡的仿真控制器如下设置：
Freq[1]=20MHZ （仿真的基准频率为20MHZ）
Order[1]=7 (仿真时基波频率的最大谐波次数为7)
变量控件
变量控件V AR显示了原理图中的所有变量。

在HB1.dsn原理图中，只有一个变量是Vin，它是频域电压源的振幅，这里设置它为固定值0.01。

四丶实验步骤
S参数仿真
（1）打开ADS，在主视窗的[View]选择[Example Directory],然后再主视窗的文件管理区可以看到examoles文件夹，里面是所有的例程。

（2）进入examples中的Turorial，选中里面的SimModels_prj,进入该项目，点击浏览区的networks，里面会显示所有的原理图文件，SP1.dsn即是S参数仿真原理图。

（3）双击浏览区的SP1.dsn，项目区会出现SP1(Schematic)，双击此选项，就打开了S参数仿真的原理图了。

图12 浏览区的networks文件夹目录
（4）在SP1.dsn原理图的工具栏中单击就能进行仿真。

仿真结束后其结果会自动以视窗的形式弹出。

（5）这里还有另一种方法可以直接查看软件中保存的结果，在SP1.dsn原理图视窗中，选择Window的Open Data Display，在弹出的对话框中单击SP1.dds，然后选择【打开】按钮，关闭对话框，结果会自动弹出。

图13 查看保存的SP1结果
查看其它的仿真结果
由于之前没有给出端口1和2的匹配情况，现在要在视窗中添加S11和S22的数据，用他们来查看端口的显示情况。

步骤如（1）（2）（3），然后
单击按钮。

单击数据显示区，创建一个直角坐标系的矩形图，这时会弹出[Plot
Trace&Attributes]窗口。

图14 Plot Trace&Attributes窗口的具体参数
（7）在窗口中，单击S(1,1)选择ADD，会弹出[Complex Data]，选择里面的dB，单击[OK]，再单击[Polt Trace&Attributes]中的[OK]，这时就会出现S11曲线，而S22曲线也通过相同方
法来绘制。

谐波平衡仿真
（1）参照S仿真的步骤进入networks文件夹里的HB1.dsn，双击项目管理区的HB1(Schematic)，就可以打开谐波平衡仿真的原理图了。

（2）在HB1.dsn原理图的工具栏中单击进行仿真。

其结果会自动弹出。

（4）还可以使用S仿真中的方法查看已经保存的结果。

图15 查看已保存的HB1结果
带变量扫描的谐波平衡仿真
（1）按照打开谐波平衡仿真的方法，打开HB2.dsn,即为带变量扫描的谐波平衡仿真的原理图。

（2）查看结果方式和上述相同。

但是在软件中要几项结果没有显示，可以通过如下步骤来调出这些结果。

单击按钮。

单击数据显示区，创建一个直角坐标系的矩形图，
将harmindex项用add命令添加，点击OK按钮就可以调出我们想要的显示结果。

图16 Plot Trace&Attributes窗口的具体参数
实 验 报 告
五、 实验总结及分析 1、S 参数仿真
820
840
860
880
800
900
-10
-8
-6
-12
-4
freq, MHz d B (S (1,1))
820
840
860
880
800
900
-7.5-7.0-6.5-6.0
-8.0
-5.5freq, MHz
d B (S (2,2))
图 6.1.1 11S 和22S 曲线
820
840
860
880
800
900
-18.7
-18.6
-18.5
-18.8
-18.4
freq, MHz d B (S (1,2))
820840860880800
900
12.612.813.013.212.4
13.4
freq, MHz
d B (S P 1..S (2,1))
图6.1.2 12S 和21S 曲线
由图6.1.1可以看出1端口和2端口的反射系数都随着频率的升高而降低，但是1端口下降的速度较慢。

由图6.1.2的21S 曲线可以看出，随着输入信号的频率升高，该放大器的放大增益下降。

2、谐波平衡仿真
图6.2.1 射频输入恒定时谐波平衡仿真的结果显示
由图6.2.1可以看出20MHz 的基波放大增益是27.89dB,以及其2~7次谐波，分别是40MHz~140MHz 的谐波的放大增益。

实验报告
六、实验结论及分析讨论
通过本次实验，我更加了解用ADS软件S参数仿真和谐波平衡仿真的使用方法。

实验报告
指导老师签名：
时间：。