Основы моделирования и проектирования радиотехнических устройств в Microwave Office

С.А. Бахвалова, В.А. Романюк 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Основы моделирования  
и проектирования  
радиотехнических устройств  
в Microwave Office 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва, 
СОЛОН-Пресс 
2024

УДК 621.37 
ББК 32.302, 32.849 
     Б 30 
 
С.А. Бахвалова, В.А. Романюк 
Б 30   Основы 
моделирования 
и 
проектирования 
радиотехнических 
устройств в Microwave Office. — М.: Солон-Пресс», 2024. - 152 с.: ил.  
 
ISBN 978-5-91359-206-4  
 
Изложены начальные сведения о работе с программой Microwave 
Office. Описана методика моделирования и проектирования электрических схем СВЧ. Приведены примеры составления схем, их оптимизации, расчета характеристик и определения параметров. Рассмотрен 
порядок моделирования различных линейных устройств: фильтров, 
резонансных цепей, усилителей. Представлены методики проектирования в программе Microwave Office электрических схем нелинейных 
устройств СВЧ -  усилителей мощности, умножителей частоты, автогенераторов, смесителей частот.   
Сайт журнала «Ремонт & Сервис»: www.remserv.ru 
Сайт издательства «СОЛОН-Пресс»: www.solon-press.ru 
КНИГА — ПОЧТОЙ 
Книги издательства «СОЛОН-Пресс» можно заказать и оплатить в издательстве с пересылкой Почтой РФ. Заказ можно оформить одним из перечисленных способов: 
1.  Оформить заказ на сайте www.solon-press.ru в разделе «Книга — почтой». 
2.  Заказать книгу по тел. (495) 617-39-64, (495) 617-39-65. 
3.  Отправив заявку на e-mail: kniga@solon-press.ru (указать наименование издания, обратный адрес и ФИО получателя). 
4.  Послать открытку или письмо по адресу: 123001, Москва, а/я 82. 
При оформлении заказа следует правильно и полностью указать адрес, по которому 
должны быть высланы книги, а также фамилию, имя и отчество получателя. Желательно 
указать дополнительно свой телефон и адрес электронной почты. 
Через Интернет вы можете в любое время получить свежий каталог издательства 
«СОЛОН-Пресс», считав его с адреса http://www.solon-press.ru/katalog. 
Интернет-магазин размещен на сайте www.solon-press.ru. 
 
По вопросам приобретения обращаться: 
ООО «СОЛОН-Пресс» 
Тел: (495) 617-39-64, (495) 617-39-65 
E-mail: kniga@solon-press.ru, www.solon-press.ru 
ISBN 978-5-91359-206-4  
© «СОЛОН-Пресс», 2024 
 
© С.А. Бахвалова, В.А. Романюк, 2024 

Содержание  
 
 
Стр
 
 
 
Введение ........................................................................................ 
 
5
1 
Описание интерфейса и основных операций  
программы Microwave Office .................................................... 
 
7
1.1 
Основное окно программы Microwave Office ............................ 
 
7
1.2 
Начальные операции программы Microwave Office 
.................. 
 
8
1.3. 
Представление результатов моделирования .............................. 
 
13
2 
Моделирование RC-фильтра верхних частот ....................... 
 
14
2.1 
Краткие теоретические сведения 
................................................. 
 
14
2.2 
Создание проекта .......................................................................... 
 
15
2.3 
Расчет частотных характеристик фильтра верхних частот....... 
 
23
3 
Характеристики резонансных цепей ...................................... 
 
26
3.1 
Колебательный контур ................................................................. 
 
26
3.2 
Расчет входного сопротивления последовательного  
колебательного контура 
................................................................ 
 
28
3.3 
Расчет составляющих входной проводимости  
(адмитанса) последовательного контура .................................... 
 
33
3.4 
Импеданс и адмитанс параллельного колебательного  
контура ........................................................................................... 
 
34
4 
Расчет зависимости S-параметров ФНЧ от частоты  
колебаний 
...................................................................................... 
 
39
4.1 
Параметры матрицы рассеяния четырехполюсника ................. 
 
39
4.2 
Моделирование ФНЧ .................................................................... 
 
40
4.3 
Измерение характеристик и оптимизация параметров ФНЧ 
42
5 
Моделирование микрополосковых устройств  ..................... 
 
45
5.1 
Микрополосковая линия 
............................................................... 
 
45
5.2 
Расчет характеристик МПЛ с использованием блока 
TXLine ............................................................................................ 
 
46
5.3 
Моделирование СВЧ полосно-пропускающего фильтра 
(ППФ) на связанных микрополосковых линиях ........................ 
 
47
6 
Моделирование линейных усилителей СВЧ ......................... 
 
52
6.1 
Параметры усилителя СВЧ .......................................................... 
 
52
6.2 
Порядок моделирования линейного усилителя мощности 
....... 
 
54
6.3 
Оптимизация параметров схемы ................................................. 
 
57
7 
Моделирование петлевого фазовращателя ........................... 
 
61
7.1 
Фазовращатель на pin – диодах ................................................... 
 
61
7.2 
Методика моделирования фазовращателя 
.................................. 
 
63
7.3 
Анализ схемы 
................................................................................. 
 
66

7.4 
Оптимизация схемы ...................................................................... 
 
67
8 
Измерение характеристик нелинейных элементов  
цепей  
.............................................................................................. 
 
71
8.1 
Транзисторы и диоды 
.................................................................... 
 
71
8.2 
Измерение выходных ВАХ транзистора 
72
8.3 
Расчет переходной ВАХ транзистора ......................................... 
 
74
8.4 
Расчет вольт-фарадной характеристики диода .......................... 
 
76
9 
Моделирование нелинейного усилителя мощности ............ 
 
79
9.1 
Усилитель мощности .................................................................... 
 
79
9.2 
Создание проекта .......................................................................... 
 
81
9.3 
Измерение характеристик усилителя мощности ....................... 
 
84
10 
Проектирование усилителя мощности СВЧ ......................... 
 
91
10.1 
Состав усилителя и его параметры ............................................. 
 
91
10.2 
Этапы проектирования усилителя мощности ............................ 
 
91
10.3 
Измерение характеристик усилителя .......................................... 
 
97
11 
Проектирование транзисторного умножителя  
частоты .......................................................................................... 
 
100
11.1 
Назначение, состав и параметры умножителя частоты ............ 
 
100
11.2 
Порядок проектирования умножителя частоты 
......................... 
 
101
11.3 
Характеристики умножителя частоты ........................................ 
 
108
12 
Проектирование транзисторного автогенератора ............... 
 
112
12.1 
Автогенераторы 
............................................................................. 
 
112
12.2 
Методика проектирования схемы автогенератора .................... 
 
116
12.3 
 Измерение характеристик автогенератора ................................ 
 
120
12.4 
Оптимизация параметров схемы автогенератора для получения минимального фазового шума .......................................... 
 
122
13 
Моделирование смесителя частот ........................................... 
 
127
13.1 
Смесители частот .......................................................................... 
 
127
13.2 
Составление схемы балансного смесителя частот .................... 
 
129
13.3 
Измерение характеристик балансного смесителя частот ......... 
 
131
14 
Измерение шума транзисторных усилителей,  
умножителей частоты и автогенераторов 
.............................. 
 
135
14.1 
Коэффициент шума усилителя мощности 
.................................. 
 
135
14.2 
Коэффициент шума умножителя частоты .................................. 
 
138
14.3 
Расчет уровня фазового шума автогенератора 
........................... 
 
140
14.4 
Расчет фазового шума источника колебаний, состоящего 
из автогенератора и умножителя частоты .................................. 
 
148
 
Заключение 
................................................................................... 
 
150
 
Литература 
.................................................................................... 
 
151
 
4 

Введение 
Новые радиотехнические устройства СВЧ выполняют в виде все 
более высокочастотных интегральных схем (ИС). Первым этапом разработки новой ИС является создание электрической схемы устройства. 
Существенную помощь разработчику новых схем могут оказать современные системы автоматизированного проектирования, такие как Microwave Office, ADS, Ansoft и другие. 
Весьма удобной в применении, хорошо продуманной и отлаженной является система Microwave Office (MWO), которой широко пользуются разработчики СВЧ устройств. Однако, до настоящего времени в 
литературе на русском языке нет руководства или практикума по овладению этой системой. Сведения, помогающие освоить MWO, весьма 
отрывисты и не дают ответов на многие вопросы, возникающие при ее 
использовании. Цель настоящего учебного пособия – дать возможность 
любому желающему освоить методику моделирования и проектирования линейных и нелинейных электрических схем приемопередающих 
устройств с помощью программы Microwave Office. В пособии подробно описан подход к началу работы с MWO, изложена на конкретных примерах методика составления электрических схем радиоустройств, измерения их характеристик, анализа и оптимизации схем 
по различным критериям оптимальности.  
Моделирование линейных устройств СВЧ продемонстрировано на 
примерах анализа и оптимизации фильтров, колебательных систем, 
усилителей в режиме малых амплитуд колебаний, выполняемых на 
элементах с сосредоточенными параметрами и отрезках микрополосковых линий. Представлены методики проектирования схем нелинейных 
устройств СВЧ – усилителей мощности и умножителей частоты на полевых транзисторах, автогенераторов, балансных смесителей частоты. 
Подробно описаны методики измерения в программе MWO основных 
параметров и характеристик устройств – коэффициентов передачи 
мощности, амплитудных и амплитудно-частотных характеристик, коэффициентов шума, уровня фазовых шумов источников электромагнитных колебаний. 
Пособие состоит из 14 глав, в каждой из которых рассмотрено 
конкретное моделируемое или проектируемое радиотехническое 
устройство. В начале главы излагаются краткие теоретические сведе5 

ния об устройстве, затем описываются методики составления схемы, 
измерений ее характеристик в MWO, приводятся рассчитанные характеристики, осуществляется анализ и оптимизация схемы. 
Пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплины 
«Основы моделирования в среде MWO», «Моделирование СВЧ 
устройств в среде MWO», «Практикум по приемопередающим системам в среде Microwave Office». 
Кроме того, пособие будет полезно всем, желающим применять 
современную систему автоматизированного проектирования при разработке новой радиотехнической аппаратуры СВЧ. 
6 

1. Описание интерфейса и основных операций 
программы Microwave Office 
 
1.1. Основное окно программы Microwave Office 
 
Чтобы начать проектирование, необходимо произвести запуск программы с помощью файла MWOffice.exe. На экране появится основное окно 
программы MWO (рис.1.1), содержащее необходимые компоненты проектирования линейных и нелинейных схем, их анализа, вывода на экран дисплея результатов в виде графиков и т.д. 
Title bar
Menus 
Toolbar
Project 
Browser
System Diagrams
Circuit Schemics
Workspace 
Tabs
 
 
Рис. 1.1. Вид основного окна при работе с программой 
 
Перечень основных компонентов и их описание приведены в табл.1.1. 
 
 
Таблица 1.1. Основные компоненты проектирования схем 
 
Компонент 
Описание 
Мenu (Меню) 
Меню расположено в верхней части окна. 
Расположена ниже меню и содержит кнопки наиболее 
часто используемых команд, таких как Создание новой схемы, Моделирование, Настройка и т.д. 
Тoolbar  
(Панель 
инструментов) 
7 

Компонент 
Описание 
Project Browser 
(Дерево проекта) 
Находится в левой части окна и содержит перечень данных и компонентов, которые выбираются в текущем проекте: 
блок-схемы 
систем, 
электрические 
схемы, 
ЕМструктуры, установки по выбору частоты моделирования, 
выходные графики. 
Дерево проекта активно при первоначальном открытии 
AWR Environment. Чтобы войти в меню соответствующей 
команды, необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши по 
выбранной группе. 
Element Browser 
(Дерево элементов) 
 
Располагается в левой части окна (там же, где размещалось дерево проекта). Содержит полный перечень элементов 
для построения электрических схем и систем для последующего моделирования.  
Для вызова дерева элементов необходимо нажать кнопку 
Elem, находящуюся слева в нижней части окна. 
Workspace 
(Рабочее поле) 
 
Это площадь экрана, на которой располагаются электрические схемы, блок-схемы систем, ЕМ-структуры, топологии и графики. Их можно перемещать по экрану, используя 
полосы прокрутки. Изображение можно увеличивать или 
уменьшать с помощью команды меню View. 
Можно вырезать, копировать, вставлять элементы, порты, проводники из одной схемы, системы или проекта в 
другие. 
Tabs 
(Кнопки) 
 
Находятся в нижней части окна слева и служат для переключения колонок, расположенных в левой части окна дерева проекта, дерева элементов и менеджера топологий. 
 
Многие функции и команды могут быть вызваны из меню с помощью 
панели инструментов или дерева проекта. 
 
1.2. Начальные операции программы Microwave Office 
 
Работа с проектами. 
 
Перед моделированием схемы необходимо создать проект, который 
организует управление схемой и обеспечивает ее связь с другими компонентами. Проект может содержать одну или более линейных схем, нелинейных схем и EM-структур, а также импортированные файлы, виды топологий 
и выходные графики. При сохранении проекта любая информация, связанная с ним, сохраняется. Файлы AWR проектов имеют расширение *.emp. 
 
8 

Открытие, создание и сохранение проектов. При первоначальной 
загрузке программы AWR Design Environment по умолчанию открывается 
проект, который имеет имя Untitled Project. Для создания нового проекта 
выбирают в меню команду File > New Project. Новому проекту присваивают имя, выбирая File > Save Project As. Это имя отражается в строке заголовка. Чтобы открыть проект, выбирают File > Open Project. При сохранении текущего проекта выбирают File > Save. Описанная выше процедура 
выбора отражена на рис. 1.2. 
Следует отметить, что работа в одно и то же время возможна только с 
одним проектом. Имя активного проекта высвечивается в строке заголовка 
основного окна экрана. 
 
Create new project 
Open existing project 
Save current project 
Name new project 
 
 
Рис.1.2. Команды открытия, создания и сохранения 
проекта в меню File 
 
Добавление и изменение комментариев. Текстовый редактор 
 дает возможность вести записи по проекту. Текстовая информация, в том числе комментарии, призвана облегчить работу с проектом, 
например, после длительного перерыва. Можно вносить основные даты создания проекта и проведенных модернизаций, имена разработчиков, названия подразделения и организации и цели создания проекта.  
Окно текстового редактора открывают двойным щелчком левой клавишей (ЛК) мыши на папке 
. Курсор мыши в окне блока комментариев принимает вид стандартного курсора текстового редактора. В текстовом редакторе окна блока комментариев возможны все способы форматирования текста: установка типа, размера и цвета шрифта, выравнивание 
текста вправо влево и по центру, формирование маркированных списков, 
вставка графических объектов и т. д. 
9 

 
Установление единиц измерения физических величин. 
В диалоговом окне выбрать Project Options, в верхней части появившегося окошка кликнуть Global Units и для каждой физической величины 
установить желаемые единицы измерения. 
 
Начальные установки и изменение частот проекта. В основе проектирования радиоэлектронных устройств лежит расчет частотных характеристик. Их вычисляют в отдельных точках или в диапазонах частот. Различают глобальные и локальные сетки частот. Проект может иметь одну глобальную сетку и множество локальных сеток частот. На каждую схему 
можно задать локальное множество частот.  
Устанавливают значения частот в диалоговом окне, которое открывают двойным щелчком ЛК мыши на папке 
. Можно открыть окно 
другим способом: выбрать в меню команду Options >Project Options. На 
экране монитора появится окно (рис.1.3), в котором есть вкладка Frequency 
Range.  
В левой части окна в поле Current Range показаны текущие частоты 
диапазона, а в области Modify Range задается частотный диапазон с определенным шагом. Переключатель единицы измерения частоты установлен 
так, как указано в настройках проекта в шаблоне. Выбрать размерность частоты из списка можно нажатием кнопок счетчика Date Entry Units, который находится в правом нижнем углу окна. 
 
 
 
Рис. 1.3. Настройка частот проекта 
 
10