电磁场与微波实验十报告——非线性电路仿真实验

非线性电路仿真实验

1.实验原理

通过一个简单的功率放大器的设计来介绍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。

使用MWO中的测量元件得到器件三极管的特性曲线图。通过参数调谐，观察特性曲线图的变化。

用此三极管器件，设计其直流偏置电路，得到一个功率放大器，使用谐波平衡来仿真此电路在基波下的输出功率曲线。

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。

2.实验步骤

首先新建Project和一个Schematic电路图，命名为BJT，进行整个Project的属性设置，起始频率设置为1.5GHz，终止频率设置为2.5GHz，Step设置为0.2GHz，然后会转到电路图BJT，在Element页面中，选择BLT11_chip，将其放在BJT原理图中，此元件便为一个BJT晶体管，在使用这个器件之前，一般都需要先观察其特性曲线，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的I_V特性曲线。

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，在对话框窗口的Meas. Type中选择Nonlinear Current，在Measurement中选择IVCurve，在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。

下面设计此晶体管的直流偏置电路，并且使用谐波平衡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，绘出原理图如下，图中L1、L2两个电感为高频扼流电感，都取1μH

其中电容C1为三极管发射极旁路电容，C2、C3分别为基极、集电极隔直电容。I_METER为测量电流元件，V_METER为测量电压元件，分别测量集电极电流和电压。DCVS为直流电压源，V1为1V，V2为6V，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，然后选择路径，将目标文件夹中的input match和output match两个电路原理图文件都引入。然后回到DCBjt电路图中，在Element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。

图中最左边的端口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。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 Gtaph，然后选择Tabular表图，新建Graph2，右键点击，选择Add Measurement，在对话框中Meas. Type选择Nonlinear Current，Measurement选择Icomp，Icomp为单音谐波电流。对话框中有Hamomic Index一项，“0”表示直流偏置，对应电压测量也是如此，Meas. Type中选择Nonlinear V oltage，Measurement选择Vcomp，Vcomp为单音谐波电压。选择完后可以进行仿真看到各个频率点上的电压与电流值。然后，需要测量输出端口，即Port2的输出功率曲线。先新建一个方框图Graph3，选择Add Measurement，由于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 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，需要测量的输出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，最后选择“仿真”，在Graph3中会出现各个频率点的输出功率值。

3.实验结果