射频电路设计与仿真思路分析
发表时间：2020-03-25T06:34:04.616Z 来源：《防护工程》2019年21期作者：曾鸣
[导读] ADS电子设计自动化主要有频域电路仿真、时域电路仿真、三维电磁仿真、通信系统仿真以及数字信号处理仿真设计等.
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摘要：当前通信技术不断发展，通信设备使用的频率也逐渐提高，射频以及微波电路等被广泛的使用在通信等系统中，高频电路设计在工业领域得到了广泛的关注和重视。

新型的半导体器件使高速数字系统和高频模拟系统不断扩张。

本文就射频电路设计与仿真进行分析和研究。

关键词：射频电路设计；仿真；思路分析
ADS是当前世界上比较流行的一种微波射频电路、通信系统、RFIC 设计软件，是由美国 Agilent 公司推出的，是微波电路与通信系统的一种仿真软件。

这种软件具有丰富的仿真手段，能够实现时域和频域、数字和模拟、线性和非线性等多种仿真功能，科学对设计结果进行分析，促进电路设计频率的提升，是一种比较优秀的微波射频电路，也是当前射频工程人员必备的一种软件。

1 射频电路与ADC分析
1.1 射频电路
射频电路就是一种具有超高频率的无线电波，工作频率比较高的线路，人们一般称作“高频电路”、“微波电路”等。

在工程上，一般指的是工作频段的波长为10m-1mm之间的电路，或者是频率为30MHz-300MHz的电路。

当频率不断升高达到射频频段时，一般使用欧姆定律、电压电流或者是基尔霍夫定律对DC和低频电路进行分析，但是已经不够精确。

还需要注重分布参数的影响。

如果使用电磁场理论方法，虽然能够对全波、分布参数等影响进行分析，但是很难接触到VCO、混频器或者是高频放大器等实用内容。

因此射频电路的设计已经成为当前信息技术发展的重要技术。

1.2 ADS
ADS电子设计自动化主要有频域电路仿真、时域电路仿真、三维电磁仿真、通信系统仿真以及数字信号处理仿真设计等，被应用通信以及航天中，是当前研究最多的射频电路仿真软件。

2 ADS电子设计自动化的仿真设计方法
ADS软件能够使电路设计者进行模拟、射频微波等电路和通信系统设计，仿真方法主要有时域仿真、频域仿真、系统以及电磁仿真等。

2.1 高频SPICE分析和卷积分析
高频SPICE分析能够对线性以及非线性电路的瞬态效应进行分析，在SPICE仿真器中，对于不能直接使用频域分析模型，比如说微带线带状线等，就可以使用高频SPICE仿真器，仿真过程中，如果高于高频SPICE仿真器，频域分析模型会被拉式变换，然后进入到瞬态分析，并不需要使用者转化。

这种高频SPICE不仅能够对低频电路进行瞬态分析，还能够对高频电路的瞬态响应进行分析。

此外，还能够进行瞬态噪声的分析，对电路的瞬态噪声进行仿真。

卷积分析法是以 SPICE 高频仿真器为基础的一种高级的时域分析的方法，通过卷积分析法能够更加科学的使用时域分析法对频率元件的进行分析。

2.2 线性分析方法
线性分析是一种频域电路仿真分析法，可以对线性、非线性的射频微波电路进行分析，进行线性分析时，软件先对电路中的元件计算需要的线性参数，如电路阻抗、稳定系数、反射系数、噪声以及S、Z、Y参数等，进而对电路进行分析和仿真。

2.3 谐波平衡分析
这种分析方法是对频域、稳定性好，大型号的电路进行分析的仿真方法，能够对多频输入信号的非线性电路进行分析，明确非线性电路的响应，比如谐波失真、噪声等。

相比于时域的SPICE 仿真分析反复，这种谐波平衡分析在分析非线性电路时能够提供更加有效并且快速的方法。

SPICE瞬态响应分析、线性S参数分析在分析多频输入信号非线性电路仿真中还存在着一定的不足，而谐波平衡分析方法的出现很好的弥补了这一不足，在当前的高频通信系统中，有很多混频电路结构，谐波平衡分析方法的使用次数也就逐渐增加，重要性也日渐凸显。

并
且对于高度非线性电路，比如锁相环中的分频器，ADS也可以使用瞬态辅助谐波平衡的仿真方法，瞬态分析电路，依据结果，使其成为谐波平衡分析的最初条件，从而进行电路仿真，通过这种方法能够使高度非线性线路分析时的不收敛现象得到有效地解决。

2.4 电路包络分析
这种电路包络分析的方法主要分为时域和频域分析两种方法，能够被使用到调频信号的电路和通信系统中。

电路包络分析将谐波平衡分析与SPICE两种仿真方法的优势进行有效地结合，通过时域SPICE仿真方法对低频信号进行调频，对于高频的载波信号则是使用频域的谐波平衡分析方法进行。

2.5 射频系统分析
射频系统分析法是为使用者提供模拟评估系统，系统的电路模型不仅能够使用行为级模型，还能够利用元件电路模型验证响应。

射频系统仿真分析中含有线性分析、谐波平衡分析以及电路包络分析的内容，从而对射频系统的无源元件、线性化模型特性、非线性系统模型特性、具有数字调频信号的系统特性进行验证。

2.6 电磁仿真分析
ADS软件提供了2.5D的平面电磁仿真分析功能，也就是Momentum，能够对微带线、带状线、共面波导等电磁特性进行仿真，天线的辐射特性，电路板上的耦合以及寄生反应也能够进行仿真。

分析的S参数结果能够直接被应用到分析谐波平衡和电路包络中，对电路进行设计和验证。

Momentum电磁分析中，主要有 Momentum微波模式和Momentum射频模式，人们可以根据电路工作的频段、尺寸等进行科学的选择。

2.7 托勒密分析
托勒密分析能够同时对具有数字信号以及模拟高频信号的混合模式系统进行仿真，ADS中提供了数字元件模型、通信系统元件模型以及模拟高频元件模型。

3 结束语
射频电路设计以及仿真工作需要做到低成本、能耗，具有较高的工作频率以及集成度，传统的设计方法不能达到这些要求。

而ADS仿真软件具有很大的功能，仿真手段也比较丰富，能够促进电路设计效率的提升，成为很好的微波电路、系统信号的链路设计手段。

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