本科电子信息类《AWR射频微波电路设计与仿真教程》

第16章介绍混频器设计，均有理论说明及设计实例介绍。

第17章是MMIC设计，包括设计示例、版图、电磁提取和仿真、设计验证等基本内容，并进行MMIC电路设计的实练。

第五部分为第18章，主要介绍应用AWR软件的VSS套件进行通信系统仿真，内容包括通信系统的基本理论，并以调幅示例、端到端通信系统仿真、射频链路预算分析等设计示例加以说明。

第六部分为第19章，介绍AWR软件的高阶技术及其应用，内容包括智能滤波器综合、智能连接线、符号生成器、图形预处理、输出等式、参数化建模及电磁扫描、X模型元件和智能元件iCells、器件库安装、PDK、DRC、负载牵引等各种智能模块及其应用示例。此章为AWR功能的提高部分，非常适合对软件应用有更高需求的设计人员。

需要特别说明的是，本书作为软件应用教程，强调“学”与“用”相结合，内容既有对软件功能、仿真设计的示例性介绍(读者可以逐步参照进行)，也包括一部分的设计实练和综合设计内容，设计时需要读者按要求自行计算才能进行后续内容。

实练和综合设计项目均已在章节标题中标出，设计和计算结果可填入书中表格。

本书既适用于读者自学，也适用于高校的相关专业教学。

目 录

第一部分 射频电路基础及AWR软件入门

第1章 射频/微波电路基础.................................... 2

1.1 射频技术的发展和趋势................................ 2

1.2 射频微波电路仿真设计工具........................ 4

第2章 NI AWRDE软件介绍................................. 7

2.1 软件简介........................................................ 7

2.2 软件安装........................................................ 8

2.2.1 安装综述................................................. 8

2.2.2 安装准备................................................. 9

2.2.3 安装软件................................................. 9

2.2.4 配置文件位置....................................... 10

2.3 软件视窗...................................................... 10

2.3.1 启动NI AWRDE软件......................... 10

2.3.2 视窗构成............................................... 11

2.4 套件组成及功能.......................................... 12

2.4.1 Microwave Office套件......................... 12

2.4.2 Visual System Simulator套件............... 14

2.4.3 Analog Office套件............................... 15

2.4.4 AXIEM套件........................................ 16

2.4.5 Analyst套件......................................... 17

2.4.6 AWR软件接口..................................... 18

2.5 基本操作...................................................... 18

2.5.1 工程的内容........................................... 19

2.5.2 创建、打开和保存工程....................... 19

2.5.3 设置工程单位....................................... 19

2.5.4 打开示例工程....................................... 19

2.5.5 创建测试台........................................... 20

2.5.6 在MWO中使用原理图和网表.......... 21

2.5.7 在VSS中使用系统图......................... 21

2.5.8 使用元件管理器................................... 22

2.5.9 在原理图中添加子电路....................... 23

2.5.10 在系统图中添加子电路..................... 24

2.5.11 在原理图和系统图中添加端口......... 24

2.5.12 在原理图和系统图中添加连线......... 24

2.5.13 在网表中添加数据............................. 25

2.5.14 创建电磁结构..................................... 25

2.5.15 定义电磁结构界限............................. 26

2.5.16 创建版图............................................. 26

2.5.17 修改版图属性和绘图属性................. 27

2.5.18 使用版图管理器................................. 28

2.5.19 创建测量图和测量项......................... 28

2.5.20 设置仿真频率并执行仿真................. 29

2.5.21 调节和优化仿真................................. 30

2.5.22 使用命令快捷方式............................. 30

2.5.23 使用脚本和向导................................. 31

2.5.24 使用在线帮助..................................... 31

第3章 AWR软件入门......................................... 32

3.1 电路图设计入门——整流器...................... 32

3.1.1 创建工程和原理图............................... 32

3.1.2 创建图表及测量项............................... 33

3.1.3 设置频率及单位................................... 34

3.1.4 仿真分析............................................... 35

3.1.5 手动调节............................................... 35

3.1.6 编辑图表............................................... 36

3.1.7 保存工程............................................... 36

3.2 版图设计入门——放大器.......................... 36

3.2.1 创建新工程........................................... 37

3.2.2 导入版图工艺文件............................... 37

3.2.3 设置数据库单位和默认的网格大小... 37

3.2.4 导入GDSII单元库.............................. 38

3.2.5 导入数据文件....................................... 38

3.2.6 调用数据文件并设置接地点............... 39

3.2.7 改变元件符号....................................... 39

3.2.8 在版图中放置微带线元件................... 39

3.2.9 为原理图元件配置封装单元............... 41

3.2.10 查看版图............................................. 42

3.2.11 衔接版图............................................. 42

3.2.12 连通性检查......................................... 42

3.2.13 固定版图单元..................................... 44

3.2.14 创建封装单元..................................... 45

3.2.15 为封装单元添加端口......................... 46

3.2.16 设置电容的封装................................. 47

3.2.17 编辑MTRACE2元件版图................ 49

3.2.18 版图单元的衔接功能......................... 50

3.2.19 输出版图............................................. 53

第二部分 无源器件设计

第4章 实练：功率分配器设计........................... 56

4.1 功率分配器基本理论.................................. 56

4.1.1 概述....................................................... 56

4.1.2 技术指标............................................... 56

4.1.3 设计原理............................................... 57

4.2 传输线计算工具TXLine............................. 58

4.3 电路图设计与仿真...................................... 59

4.3.1 初始参数计算....................................... 59

4.3.2 物理参数计算....................................... 59

4.3.3 电路图仿真分析................................... 60

4.4 版图设计与仿真.......................................... 62

4.4.1 定义封装............................................... 62

4.4.2 版图调整............................................... 64

4.4.3 版图对比分析....................................... 67

4.5 电磁提取分析.............................................. 68

4.5.1 ACE分析.............................................. 68

4.5.2 版图小型化调整................................... 71

4.5.3 AXIEM分析........................................ 73

第5章 综合设计：耦合器设计........................... 76

5.1 耦合器基本理论.......................................... 76

5.1.1 分支线耦合器的概念........................... 76

5.1.2 分支线耦合器模型分析....................... 76

5.1.3 分支线耦合器指标参数....................... 79

5.2 基本内容...................................................... 79

5.2.1 物理参数计算....................................... 79

5.2.2 电路原理图仿真................................... 80

5.2.3 ACE分析.............................................. 81

5.2.4 版图小型化设计................................... 83

5.2.5 AXIEM分析........................................ 84

5.3 进阶内容...................................................... 84

5.3.1 物理参数计算....................................... 84

5.3.2 电路原理图仿真................................... 86

5.3.3 版图小型化设计................................... 88

5.3.4 ACE分析.............................................. 88

5.3.5 AXIEM分析........................................ 89

5.4 扩展内容...................................................... 89

5.4.1 导出DXF版图.................................... 89

5.4.2 导入DXF版图.................................... 89

5.4.3 编辑版图............................................... 89

5.4.4 导出PCB版图..................................... 90

第6章 低通滤波器设计....................................... 91

6.1 低通滤波器基本理论.................................. 91

6.1.1 概述....................................................... 91

6.1.2 参数指标............................................... 91

6.1.3 设计理论............................................... 92

6.2 实练：集总参数低通滤波器设计.............. 95

6.2.1 创建原理图........................................... 95

6.2.2 添加图表及测量项............................... 96

6.2.3 测量....................................................... 96

6.2.4 手动调节............................................... 96

6.2.5 自动优化............................................... 96

6.3 实练：阶梯阻抗微带低通滤波器设计...... 97

6.3.1 低通原型滤波器设计........................... 98

6.3.2 阶梯阻抗微带滤波器初值计算........... 99

6.3.3 阶梯阻抗微带滤波器

仿真及优化......................................... 100

第7章 阻抗匹配和阻抗变换设计..................... 102

7.1 阻抗匹配和阻抗变换基本理论................ 102

7.1.1 阻抗匹配原理..................................... 102

7.1.2 阻抗变换基本理论............................. 108

7.2 实练：阻抗匹配器设计............................ 109

7.2.1 初始值计算......................................... 109

7.2.2 仿真分析............................................. 110

7.2.3 手动调节............................................. 111

7.3 实练：阻抗变换器设计............................ 112

7.3.1 初始值计算......................................... 113

7.3.2 仿真分析............................................. 114

7.3.3 手动调节............................................. 114

第8章 综合设计：DBR带通滤波器设计........ 115

8.1 DBR滤波器基本理论............................... 115

8.1.1 传统DBR结构.................................. 115

8.1.2 等效π型网络..................................... 115

8.1.3 基于π型网络的DBR滤波器.......... 116

8.2 DBR带通滤波器设计............................... 117

8.2.1 初始参数计算..................................... 117

8.2.2 原理图仿真......................................... 118

8.2.3 ACE分析............................................ 119

8.2.4 AXIEM分析...................................... 120

8.2.5 二维版图标注..................................... 121

8.2.6 扩展内容：硬件版图完善................. 121

第三部分 电磁仿真设计

第9章 EMSight电磁仿真................................. 124

9.1 螺旋电感的电磁分析................................ 124

9.2 微带缝隙天线设计.................................... 127

9.2.1 微带天线基本理论............................. 127

9.2.2 实练：微带缝隙天线设计................. 132

第10章 AXIEM电磁仿真................................. 137

10.1 交指型带通滤波器设计.......................... 137

10.2 综合设计：微带贴片天线设计.............. 144

10.2.1 贴片天线设计................................... 144

10.2.2 匹配电路设计................................... 153

10.2.3 总电路设计....................................... 154

10.2.4 扩展内容：变量扫描和

 版图微调............................................ 157

第11章 Analyst有限元电磁仿真..................... 159

11.1 简单的电磁结构...................................... 159

11.1.1 安装Analyst 3D EM仿真器........... 159

11.1.2 创建工程........................................... 160

11.1.3 将AXIEM仿真转换为Analyst

仿真................................................... 160

11.1.4 运行Analyst仿真............................ 164

11.2 层次设计和三维参数化模型.................. 168

11.2.1 层次设计的优点............................... 168

11.2.2 打开现有工程................................... 168

11.2.3 层次设计........................................... 169

11.2.4 三维参数化单元模型....................... 176

11.3 任意三维结构.......................................... 179

11.3.1 三维结构的使用方式....................... 179

11.3.2 打开现有的工程............................... 180

11.3.3 添加SMA连接器............................ 180

11.3.4 添加焊盘........................................... 185

11.3.5 完整结构的仿真............................... 186

11.3.6 仅进行过渡仿真............................... 189

11.3.7 密封芯片和键合线........................... 192

第12章 综合设计：多层平面电路

DGS低通滤波器设计.......................... 197

12.1 建模环境设置.......................................... 197

12.2 低通滤波器结构建模(表层电路设计).... 201

12.3 DGS结构建模(底层电路设计).............. 205

12.4 AXIEM电磁仿真.................................... 209

12.5 扩展内容：Analyst电磁仿真................. 211

第四部分 有源器件设计

第13章 功率放大器设计................................... 214

13.1 放大器基本理论...................................... 214

13.1.1 功率放大器分类............................... 214

13.1.2 功率放大器性能参数....................... 216

13.2 功率放大器设计...................................... 219

第14章 低噪声放大器设计............................... 227

14.1 低噪声放大器基本理论.......................... 227

14.1.1 低噪声放大器简介........................... 227

14.1.2 低噪声放大器性能参数................... 229

14.1.3 放大器的稳定性分析....................... 231

14.2 低噪声放大器设计.................................. 233

第15章 振荡器设计........................................... 243

15.1 振荡器基本理论...................................... 243

15.1.1 振荡器原理....................................... 243

15.1.2 微波振荡器....................................... 243

15.1.3 振荡器性能参数............................... 245

15.1.4 振荡器设计步骤............................... 247

15.2 晶体振荡器设计...................................... 249

第16章 混频器设计........................................... 257

16.1 混频器基本理论...................................... 257

16.1.1 混频器原理....................................... 257

16.1.2 混频器性能参数............................... 258

16.2 单管BJT混频器设计.............................. 261

第17章 MMIC设计........................................... 271

17.1 设计示例概要.......................................... 271

17.1.1 打开MMIC设计示例..................... 271

17.1.2 用户文件夹分组............................... 273

17.2 版图设计.................................................. 274

17.2.1 指定线型........................................... 274

17.2.2 使用自动互连................................... 277

17.2.3 版图自动衔接功能(Snap Together). 278

17.2.4 衔接以贴合(Snap to fit).................... 284

17.2.5 使用智能参数语法........................... 285

17.3 电磁提取和仿真...................................... 287

17.3.1 跨层次提取....................................... 288

17.3.2 配置组............................................... 290

17.3.3 使用增量提取................................... 291

17.3.4 使用数据集....................................... 294

17.3.5 简化几何图形................................... 298

17.4 设计验证.................................................. 300

17.4.1 连通性高亮....................................... 300

17.4.2 连通查看器....................................... 302

17.4.3 版图原理图一致性检查(LVS)......... 304

17.4.4 设计规则检查(DRC)........................ 304

17.5 扩展内容：高阶应用.............................. 307

17.5.1 设计层次导览：原理图和版图....... 307

17.5.2 原理图和版图交叉选择................... 310

17.5.3 智能参数语法................................... 311

17.5.4 版图：应用自动互连功能............... 314

17.5.5 版图：改变背景颜色....................... 320

17.5.6 版图：衔接策略............................... 320

17.5.7 版图：添加文本............................... 320

17.6 实练：MMIC电路性能分析.................. 321

17.6.1 应用PDK打开新工程..................... 321

17.6.2 工程参数设置................................... 323

17.6.3 器件IV分析.................................... 324

17.6.4 理想稳态电路分析........................... 325

第五部分 通信系统仿真

第18章 VSS通信系统仿真.............................. 332

18.1 通信系统基本理论.................................. 332

18.1.1 数据类型........................................... 332

18.1.2 复包络信号(CE)............................... 333

18.1.3 中心频率和采样频率....................... 334

18.1.4 参数传播........................................... 335

18.2 幅度调制仿真.......................................... 336

18.2.1 创建工程........................................... 336

18.2.2 默认工程设置选项........................... 337

18.2.3 创建系统框图................................... 337

18.2.4 在系统图中放置块........................... 338

18.2.5 连接块并添加测试点....................... 339

18.2.6 修改模块参数................................... 340

18.2.7 指定系统仿真器选项....................... 341

18.2.8 创建图形以查看结果....................... 341

18.2.9 添加测量项....................................... 342

18.2.10 运行仿真并分析结果..................... 343

18.3 端到端通信系统仿真.............................. 343

18.3.1 创建QAM工程............................... 343

18.3.2 创建QAM端到端通信系统框图... 344

18.3.3 添加图表和测量项........................... 346

18.3.4 运行仿真分析................................... 347

18.3.5 调谐系统参数................................... 350

18.3.6 创建BER和SER仿真.................... 351

18.3.7 将BER曲线结果转换为表格......... 355

18.4 射频链路预算分析.................................. 356

18.4.1 创建射频链路................................... 356

18.4.2 添加测量项....................................... 357

18.4.3 成品率分析....................................... 359

第六部分 AWR软件高阶技术

第19章 AWR高阶技术及应用......................... 362

19.1 智能滤波器综合...................................... 362

19.1.1 滤波器设计....................................... 363

19.1.2 滤波器综合....................................... 370

19.1.3 阻抗匹配........................................... 373

19.2 智能连接线.............................................. 375

19.3 符号生成器.............................................. 378

19.3.1 简介................................................... 378

19.3.2 应用示例........................................... 380

19.4 图形预处理.............................................. 381

19.5 输出等式.................................................. 384

19.5.1 简介................................................... 384

19.5.2 应用示例...................................... 384

19.6 参数化建模及电磁扫描...................... 388

19.6.1 简介.............................................. 388

19.6.2 应用示例...................................... 389

19.7 X模型元件和智能元件iCells............ 397

19.8 器件库安装.......................................... 398

19.8.1 本地器件库安装.......................... 399

19.8.2 Murata器件库安装...................... 401

19.8.3 NXP器件库安装......................... 402

19.9 制程工艺开发向导.............................. 404

19.10 设计规则检查.................................... 408

19.11 负载牵引............................................ 408

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