ADS基本操作之微波器件基本参数的仿真（一）_专栏

对于一个微波器件来说，有很多衡量其性能的参数。其中最重要的就是散射矩阵，即S参量矩阵（本文简称为S参数）。此外，还有其他的一些基本参数，如稳定性系数、噪声系数等。本文将为大家介绍如何在ADS平台对一个器件基本参数进行仿真测量。所采用的实验器件为CGH40010F。

一、S参数仿真

在ADS平台可以直接对元器件的S参数进行仿真。如图，首先搭建好CGH40010F的测试电路：

然后加入两个阻抗为50欧姆的接地终端，可以直接在库里搜索TermG，也可以在搜索栏下方的下拉菜单中选择Simulation-S_Param，找到TermG，如图：

将TermG加入到所要测试网络的输入与输出端，本文中的测试电路是一个二端口网络，加入TermG之后的电路如图所示：

然后加入S参数的仿真控制器，同样可以通过搜索SP或者在Simulation-S_Param中找到SP控件，如图：

将其放入原理图之后，双击该控件，可以设置频率扫描的起点、终点以及步进，如图：

设置完成之后，点击ok。运行仿真，在结果图中添加直角坐标系的plot图表，如图：

添加到原理图后，会弹出一个对话框，从中选择我们要观察的参数，我们首先添加S11。如图，首先点击S(1,1)，接着点击Add，在弹出的对话框中我们选择显示格式，本文中选择dB值格式，然后点击ok。或者直接双击S(1,1)，然后选择显示格式，也可以完成添加。

以同样的方式添加S12、S21和S22，因为我们的网络是一个二端口网络，因此添加这些S参数就足够了。最终的仿真结果如图所示：

添加完成之后，我们发现仿真出来的曲线有些细，可以双击曲线进行修改，如图：

在这里可以修改线宽，我们修改为1.5，此外，还可以修改线的颜色、显示样式等。也可以将四个参数全部放在一个plot图标里，这里不再赘述。

二、器件稳定性分析

首先介绍一下器件稳定性的基本概念。对于一个微波网络，如果它的输入端或输出端反射系数的绝对值大于1，就说明微波网络中有振荡现象的产生，此时的微波网络是不稳定的。稳定性一般定义为两类：无条件稳定和条件稳定。如果对于微波网络的所有受控源和负载阻抗，均满足稳定性条件，则称该网络是无条件稳定的。如果对于某些受控源和负载阻抗才能满足稳定性条件，则陈该网络是条件稳定的，也称该网络具有潜在的不稳定。

对于设计人员来说，为了适应所有的工作情况，所设计的网络必须是无条件稳定的。从理论上来讲，检验一个网络是否无条件稳定，一般有两种方法。

1.k-Δ检验法

定义：

以及

若两个条件同时满足，则说明器件无条件稳定，且这两个条件对于器件无条件稳定来说是充分必要条件。

2.μ值检验法

不同于k-Δ检验法具有两个参数以及两个条件，μ值检验法只有一个参数μ，其判断稳定性的条件定义为：

需要说明的是，在文章ADS射频功率放大器设计之稳定性分析和AB类射频功率放大器设计与仿真（一）：原理图设计中，只对K-Δ检验法中的稳定性系数K进行了仿真，其实这样是不准确的，我们双击控件StabFact，点击Help按钮，可以查阅ADS的官方帮助文档，从中我们也可以获知，判断稳定性需要满足两个充要条件，如图：

除此之外，ADS也提供了μ值检验法的稳定性仿真控件。下面将具体介绍这两个控件的使用。

首先，在Simulation-S_Param列表里找到StabFact控件，加入到原理图。接着，结合帮助文档，再找到StabMeas控件，加入到原理图，如图所示：

进行仿真，并在仿真结果中加入StabFact和StabMeas的仿真结果，最终的结果如图：

根据官方文档的说明，在3.33GHz以下，K值均小于1，不满足无条件稳定的充要条件。

接下来，我们再来介绍一下使用μ值判断稳定性的方法。在Simulation-S_Param列表里找到Mu控件和MuPrim控件，加入到原理图，如图：

这两个控件有什么区别呢，可以通过查阅help文档获知，如图：

可以看到，MuPrim控件是从输入端看的，Mu控件是从输出端看的，每一个都可以单独用做稳定性的判断。加入这两个控件后的仿真结果如图所示：

可以看到，同样是在3.33GHz以下的频率范围不满足无条件稳定，和使用StabFact和StabMeas控件判断得出的结论一致。

三、输入阻抗仿真

对于一个网络的输入阻抗值，是可以通过S11参数计算得到的。因此，可以直接通过S11表示出来。在ADS中，可以使用Smith圆图的方式绘制出S11曲线，其在阻抗圆图上的对应位置便是输入阻抗值，如图，在S参数的仿真结果中添加Smith圆图格式的S11：

在Smith圆图上的S11曲线如下：

加入Marker，可以看到对应位置的具体值，包括输入阻抗值：

这里默认显示的格式是特性阻抗与归一化阻抗的乘积，如果想要直观地显示阻抗值，可以双击Marker的位置，点击Format，在Zo的位置选择特性阻抗为50欧姆即可（因为我们Simth圆图的特性阻抗为50欧姆），如图：

更改后的结果如图：

也可以使用Zin控件直观地显示输入阻抗值，同样在Simulation-S_Param列表中选择Zin控件，如图：

该控件有两个参数，第一个是对应要测量端口的反射系数，如1端口就是S11，第二个是对应端口的参考阻抗，一般修改默认值即可，如1端口就是PortZ1，二端口就是PortZ2.我们要测量1端口的输入阻抗，因此参数设置如图：

在仿真结果中加入直角坐标格式的plot，并添加Zin1的实部和虚部，如图：

输入阻抗的仿真结果如图：

可以看到，用Smith圆图与Zin控件表示的输入阻抗一致，都是2.71-j0.165。当然，我们也可以直接将输入阻抗以数值的形式显示出来。在仿真的结果中选择list控件，如图：

在弹出的对话框里面选择Zin1并导入，如图：

在导入的Zin1处双击，即可调整其显示格式，默认显示格式为幅度/相位，我们更改为实部/虚部显示，如图：

最终，输入阻抗值会以列表的形式显示：

列表处右键点击Scroll Data，可以对列表里面的内容进行滚动。以上就是网络输入阻抗的仿真与查看的方式。