重庆大学移动通信系统实验报告

ADS系统级仿真

——发射机、零中频接收机与外差式接收机

课程名称：移动通信系统 院系：通信工程学院 专业：通信01班 年级：2013级 姓 名：叶汉霆 学号：20134414 指导教师：李明玉 实验时间：2016.12.22

重庆大学

20134414通信01班叶汉霆

目的：

ADS软件的使用、能用该软件进行原理图设计和原理图仿真。

发射机、接收机的结构及工作原理；

利用ADS中行为级模块进行系统级仿真的方法，使用如滤波器、放大器、混频器等行为级的功能模块搭建收发信机

S参数仿真、交流仿真、谐波平衡仿真、瞬态响应仿真等仿真器对收发信机系统的各种性能参数进行模拟检测。

原理：

机

过信道传播的信号进行接收，提取出有用信号。接收机一般具有接收灵敏度、选择性、交调抑制、噪声系数等性能参

现架构可分为：超外差、零中频和数字中频等。

分的作用和要求如下：

选择信号频段、限制输入信号带宽、减小互调失真。 抑制杂散信号，避免杂散响应。

减少本振泄漏，在频分系统中作为频域相关器。 在不使接收机线性度恶化的前提下提供一定的增益。 抑制后续电路的噪声，降低系统的噪声系数。 抑制由低噪声放大器放大或产生的镜频干扰。 进一步抑制其他杂散信号。 减少本振泄漏。

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滤波器1（FP Filter1）

声放大器（LNA）

滤波器2（FP Filter2）

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器（Mixer）

将射频信号下变频为中频信号。

是接收机中输入射频信号最强的模块，其线性度极为重要，同时要求较低的噪声系数。 滤除来自本振的杂散信号。 为接收机提供本地振荡信号。 抑制相邻信道的干扰，提供选择性。 滤除混频器产生的互调干扰。

如果存在第二次变频，需要抑制第二镜频。

将信号放大到一定的幅度，供后续电路（如数模转换器或解调器）处理。 通常需要较大的增益并实现增益控制。

滤波器（Injection Filter）

信号源（LO）

滤波器（IF Filter）

放大器（IF AMP）

机

是一个非常重要的子系统，无论是语音、图像，还是数字信号，要利用电磁波传送到远端，都必须使用发射机产生信

到天线。

一般具有频率、带宽、功率、辐射杂散等性能指标参数，发射机的实现架构可分为：超外差、零中频和数字中频等。

级联耦合微带线带通滤波器

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使用0.25个导波波长耦合谐振器构成的微带带通滤波器

技术指标：

带通滤波器

夫带通滤波器阶数：4、5

率：2140MHz

宽：80MHz

宽：400MHz

减：25dB

纹：0.1dB

耗：1dB

声放大器

1dB

数：2dB

源（交流功率源） 输出阻抗：50?

程：P=polar(dbmtow(RF_pwr),0) 变量RF_pwr

变量RF_freq MHz

器

OWER

益：10dB

B

本振频率和输入信号频率一致。

器和功分器

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内容：

真电路原理图

射机的设计方案将调制和上变频分开，先在较低的中频(10.7MHz)上调制，原理图中就以调制器的输出为发射机射频

放大器放大（增益为5dB）再将其上变频搬移到发射的载频（1950MHz）上。

变频后必须再通过一个带通滤波器滤除其中的一个不必要的边带，然后经功放放大到发射机需要的发射功率电平上，

器滤波后发射。

用的两个带通滤波器一个设定为4阶切比雪夫带通滤波器，一个设定5阶的，插入损耗分别为-1dB和-2dB。

器的变频损耗为-6dB，另外我们取振荡器输出功率为+13dB，本振频率为1960.7MHz。输入为1.5dBm的交流信号。

收机频带选择性仿真

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带宽、低通原型计算导纳变换器的值。

Zoe|i,i?1?Z01?Z0Ji,i?1??Z0Ji,i?1??2?J0,1?1Z0?BW2g0g1?J5,6， Ji,i?1?1?BW Z02gigi?1的公式计算奇模、偶模阻抗

Zoo|i,i?1?Z01?Z0Ji,i?1??Z0Ji,i?1?，Zoe|i,i?1?Z01?Z0Ji,i?1??Z0Ji,i?1?

?2??2?lc工具计算耦合微带线的尺寸

结果分析

预算增益仿真结果

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2015BudGain1[0]1050-5PORT1.t1AMP1.t2MIX1.t2ComponentBPF1.t2AMP2.t2BPF2.t2Term2.t1

收机的频带选择性仿真结果

m2freq=2.020GHzdB(S(2,1))=-25.764m1freq=2.140GHzdB(S(2,1))=20.000m1200-20m2dB(S(2,1))-40-60-80-100-1201.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.0freq, GHz

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m2freq=2.020GHzdB(S(2,1))=-25.764m1freq=2.140GHzdB(S(2,1))=20.000m1200-20m2dB(S(2,1))-40-60-80-100-1202.002.052.102.152.202.252.30freq, GHz

在频带选择滤波器的中心频率拥有20dB的最大增益，也就是LNA的增益减去微波带通滤波器的插入损耗。在偏离中

得到25dB左右的衰减。接收机射频前端的接收带宽为6MHz，和WCDMA系统对移动终端下行链路的要求是相吻

不超过0.125dB。

收机信道选择性仿真结果

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100m1freq=2.140GHzdB(S(2,1))=96.000m1m2ind Delta=5.000E6dep Delta=-49.386Delta Mode ONdB(S(2,1))50m20-502.102.112.122.132.142.152.162.172.18freq, GHz

m3freq=2.139GHzdB(S(2,1))=95.98497.0096.7596.50m4ind Delta=3.000E6dep Delta=-0.001Delta Mode ONdB(S(2,1))96.2596.0095.7595.5095.2595.00m3m42.1352.1362.1372.1382.1392.1402.1412.1422.1432.144freq, GHz 可以看到，中心频率2.14GHz处的增益为96dB，为系统的最大增益；邻道抑制达到了49.386dB，优于设计目标；通频带信息都集中在离中心频率2MHz的范围内，因此不会导致接收到的信号产生较大的失真；通带内的波动不大于0.15d收机预算增益仿真结果 13

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10080BudGain1[0]6040200-20PORT1.t1BPF1.t2AMP1.t2PWR1.t2MIX1.t2LPF1.t2AMP2.t2Term1.t1Component

真后将Y轴设为BudGain，但图中并没有任何曲线生成，而如果在Y轴的BudGain后键入[0]后，增益预算曲线就出现

仿真必须明确指定频率，这里只有唯一的频率2.14GHz，也就是频率数组中的第1个，故[0]是必须的。我们将两次仿

示出来，可以清楚地看到接收机在VGA增益最大和最小的情况下整机增益的分配情况。

收机下变频分析

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m1freq=2.140GHzdBm(Vin)=-40.002m10m2-100m2ind Delta=-2.140E9dep Delta=23.053Delta Mode ONdBm(Vouti)123456789-200-300-4000123456789freq, GHzm3ind Delta=-2.140E9dep Delta=53.998Delta Mode ON500-50freq, GHzm3dBm(Voutq)-100-150-200-250-300-3500123456789freq, GHz

功率对接收机性能的影响分析

功率随本振输出功率的变化

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m2LO_pwr=9.000dbm_out=21.9142520m2dbm_out151050-5-30-25-20-15-10-50510LO_pwr

输出功率电平开始随本振输出功率的增加逐渐增大，当本振功率大于0dBm之后，输出功率逐渐稳定在22dB左右

随本振功率的变化

m3LO_pwr=9.000IF_Gain=61.9146560m3IF_Gain5550454035-30-25-20-15-10-50510LO_pwr

输出功率是相一致的，也是必须有足够的本振功率输出才能使增益达到稳定的最大值。

噪声系数随本振输出功率的变化

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m4indep(m4)=9.000plot_vs(NFssb, HB.LO_pwr)=53.975noisefreq=318.0000MHz53.976453.976253.9760NFssb53.975853.975653.975453.9752-30-25-20-15-10-50510m4HB.LO_pwr

，接收机的噪声系数是随本振信号增大递减的，本振输出达到0dBm以上时，它才会逐渐稳定在最小值，使接收机的

耦合微带线带通滤波器仿真结果

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m3freq=2.110GHzdB(S(1,1))=-19.907m2freq=2.150GHzdB(S(1,1))=-1.659m1freq=2.040GHzdB(S(1,1))=-0.862m1m2m30-20-40dB(S(1,2))dB(S(1,1))-60-80-100-120-140-1601.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.0freq, GHz

以看出，跟行为级功能模块的切比雪夫带通滤波器相比，采用级联耦合微带线所设计的带通滤波器同样达到了设计要

心得和总结

仿真没有用到很具体的电路元件，而是使用一个个的行为级功能模块，直接按设计要求对其参数进行设定，然后对整

仿真。对系统级设计而言，这确实是一种十分简捷易行的做法，它直接用行为级和功能级的角度去研究分析系统性能

经封装好的模块拿来用，而不必去考虑其内部具体的电路构成是怎样的。尤其在具体方案实现前进行设计的可行性分

路实现的情况下，就更显其独特的优越性和重要性。而且对于像ADS这样功能足够强大的仿真软件而言，可以对系统

模拟，所以这里我尽量做到对系统的不同方面指标、性能进行仿真。

面，系统级仿真的优点也恰恰是其局限之处，在不考虑系统各个模块内部实现的情况下，如何设置参数才能尽量完整

所需的结果就成为系统级仿真所面临的一大挑战。毕竟，与真实情况相去甚远的仿真结果是没有什么实际意义的，因

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仿真模块所提供的参数，甚至自己设计仿真参数，以及如何构建出一个尽量真实客观的仿真环境就显得尤为重要。

由于精力有限，此处只采用了在《射频电路设计基础》中所学的采用级联耦合微带线所设计的带通滤波器来说明各功

上在发射机、接收机中功放、混频器等模块同样可采用对应的方法设计，像低噪声放大器就可采用等噪声圆，再选取

设计对应的匹配网络，就可设计出低噪声放大器。

通信系统》这门课总共做了四次实验，总的来说，收获也是十分巨大。在我上学期已先修过《微波技术基础》和《射

础之上，让我也对ADS这让种强大的通信系统仿真软件有了更多的了解，对于设计通信模式，基站等有了很大的理论

域电路仿真到电磁场仿真的全套仿真技术。对于老师给出的10次实验，仔细了解了其仿真结果，对于其中的设计原理

望在接下来的课程考试中有个比较好的发挥，为这门课划上一个圆满的句号。

书籍

路设计》，韩庆文、陈世勇、陈建军编著，清华大学出版社。

用详解-射频电路设计与仿真》，陈艳华、李朝晖、夏玮编著，人民邮电出版社。

信原理》，吴伟陵、牛凯编著，电子工业出版社。

理》，韩庆文、叶蕾、蒲秀娟、蒋颖编著，电子工业出版社。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vtax.html