平衡混頻器設(shè)計(jì)

1、應(yīng)用ADS設(shè)計(jì)混頻器1 概述圖1為一微帶平衡混頻器，其功率混合電路采用3dB分支線定向耦合器，在各端口匹配的條件下，1、2為隔離臂，1到3、4端口以及從2到3、4端口都是功率平分而相位差90。圖1設(shè)射頻信號(hào)和本振分別從隔離臂1、2端口加入時(shí)，初相位都是0，考慮到傳輸相同的路徑不影響相對(duì)相位關(guān)系。通過(guò)定向耦合器，加到D1，D2上的信號(hào)和本振電壓分別為：D1上電壓 1-1 1-2D2上電壓 1-3 1-4可見(jiàn)，信號(hào)和本振都分別以相位差分配到兩只二極管上，故這類混頻器稱為型平衡混頻器。由一般混頻電流的計(jì)算公式，并考慮到射頻電壓和本振電壓的相位差，可以得到D1中混頻電流為：同樣，D2式中的混頻器的電流

2、為：當(dāng)時(shí)，利用的關(guān)系，可以求出中頻電流為：主要的技術(shù)指標(biāo)有：1、 噪音系數(shù)和等效相位噪音(單邊帶噪音系數(shù)、雙邊帶噪音系數(shù))；2、 變頻增益，中頻輸出和射頻輸入的比較；3、 動(dòng)態(tài)范圍，這是指混頻器正常工作時(shí)的微波輸入功率范圍；4、 雙頻三階交調(diào)與線性度；5、 工作頻率；6、 隔離度；7、 本振功率與工作點(diǎn)。設(shè)計(jì)目標(biāo)：射頻：3.6 GHz，本振：3.8 GHz，噪音：15。2.具體設(shè)計(jì)過(guò)程2.1創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目 啟動(dòng)ADS 選擇Main windows 菜單FileNew Project，然后按照提示選擇項(xiàng)目保存的路徑和輸入文件名 點(diǎn)擊“ok”這樣就創(chuàng)建了一個(gè)新項(xiàng)目。 點(diǎn)擊，新建一個(gè)電路原理圖窗口，

3、開(kāi)始設(shè)計(jì)混頻器。2.2 3dB定向耦合器設(shè)計(jì) 里面選擇類“Tlines-Microstrip” 選擇，并雙擊編輯其中的屬性，這是微帶線基板的參數(shù)設(shè)置，其中的各項(xiàng)的物理含義，可以參考ADS的幫助文檔。 選擇，這是一個(gè)微帶傳輸線，選擇，這是一個(gè)三叉口。 按照下圖設(shè)計(jì)好電路圖圖2 3dB耦合器其中50 ohm傳輸線的線寬w0.98mm，四分之一波長(zhǎng)長(zhǎng)度為10.46mm，35ohm傳輸線的線寬為w1.67mm，四分之一波長(zhǎng)長(zhǎng)度為10.2mm。MTEE是三端口器件，有三個(gè)參數(shù)W1，W2，W3具體是有定義的，可以此參考ADS幫助文檔。 選擇類“SimulationS_Param”并把仿真器和“Term”拉

4、出來(lái)放好。圖3 雙擊，修改里面的屬性，要求從3GHz到5GHz掃描。 保存文檔。 按“F7”仿真。 在“DataDisplay”窗口中，按，如下圖所示，看端口的耦合度。圖4結(jié)果如下圖所示圖5 輸出端口間的相位差同樣的辦法可以看到輸出端口的相位差、輸入端口的隔離度、輸入端口的回波損耗等。圖6 輸出端口的相位差圖7 輸入端口的回波損耗圖8 輸入、輸出端口的隔離度2.3低通濾波器 在類“Lumped-Components”里面選擇電容，和電感，按照下圖設(shè)計(jì)電路。圖9 低通濾波器電路圖 加上仿真器，設(shè)計(jì)為，表示從0.01GHz，掃描到4GHz。 按“F7”仿真。 在出現(xiàn)的“DataDisplay”窗口

5、中，按，選擇加入S21，仿真結(jié)果如下圖所示。圖10 低通濾波器仿真結(jié)果2.4 混頻器頻譜分析2.41設(shè)計(jì)完整的電路圖圖11 完整的電路圖把混頻器的電路圖分解為如下圖所示的8個(gè)部分，下面分別說(shuō)明一下這8個(gè)部分具體的情況。圖12 第一部分 第二部分第三部分就是上面設(shè)計(jì)出來(lái)的3dB定向耦合器，具體請(qǐng)參考3dB耦合器一章。第4部分 匹配電路第5部分是晶體管，其中晶體管是使用了模型，具體操作是這樣的，先在類“Devices-Diodes”里面，選擇，并雙擊修改里面的屬性，建立二極管模型，具體的參數(shù)設(shè)計(jì)參考下圖13。圖13選擇，并在相應(yīng)的位置把器件放好，其中DIODE1，和DIODE2都是引用了剛才設(shè)計(jì)的

6、二極管模板“DIODEM1”。第6部分是輸出阻抗匹配電路，使用傳輸線做阻抗匹配，第6部分第7部分是低通濾波器，具體電路參考低通濾波器設(shè)計(jì)電路。第8部分是一個(gè)“Term”，用來(lái)做輸出負(fù)載的?！癟erm”是在“Simulation S-Param”中獲得的。第8部分注意：第1部分是射頻輸入端口，端口號(hào)就是(Num)要設(shè)計(jì)為“1”；第2部分是本振輸入端口，端口號(hào)要設(shè)計(jì)為“3”。這是一般用HB Simulation仿真的規(guī)范要求。2.42設(shè)置變量 在電路原理圖窗口上，選擇，雙擊，修改其屬性，如下圖所示。 在類“Optim/Stat/Yield/DOE”里面，選擇，并雙擊修改其屬性為2.43配置仿真器

7、在類“Simulation-HB”里面選擇和，先雙擊修改其屬性，主要是把溫度改為符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的16.85度。 雙擊，配置諧波平衡仿真器，具體參見(jiàn)下圖圖14圖15圖16圖17圖19 選擇krylov來(lái)做噪音仿真 按“F7”進(jìn)行仿真。 在出現(xiàn)的“DataDisplay”窗口中，選擇，并點(diǎn)擊“advance”項(xiàng)目，在對(duì)話框里面輸入“dBm(Vif)”點(diǎn)擊“Ok”就可以顯示中頻輸出的頻譜分量。圖20仿真結(jié)果如下圖所示： 選擇，選擇顯示“ConvGain”結(jié)果如下圖所示圖21圖222.5噪音系數(shù)仿真在上面仿真的基礎(chǔ)上，稍微把仿真器修改一下就可以得到噪音系數(shù)的仿真結(jié)果，雙擊，修改第二項(xiàng)“Sweep”圖

8、23表示不在對(duì)本振功率“PLO”進(jìn)行掃描，其他項(xiàng)目不需要做任何改動(dòng)。 按“F7”進(jìn)行仿真。 在新出現(xiàn)的“DataDisplay”窗口中，選擇，并把nf(2)添加進(jìn)去。2.7噪聲系數(shù)隨RF頻率的變化在上面噪音仿真的基礎(chǔ)上，做如下改動(dòng)： 修改變量如下圖所示： 把射頻輸入端的功率源換成一個(gè)“Term” 。 在類“Simulation-HB”選擇一個(gè)，雙擊修改其屬性為：圖24表示從1。0GHz掃描到6.0GHz，步長(zhǎng)是0.1GHz。 配置仿真器，如下圖所示。圖25 圖27圖28圖29 按“F7”進(jìn)行仿真。 在新出現(xiàn)的“DataDisplay”窗口中，點(diǎn)擊，并在“advance”對(duì)話框中輸入“plot_

9、vs(nf(2),HB_NOISE.RFfreq)最后的仿真結(jié)果如下圖所示。圖302.8三階交調(diào)系數(shù)電路原理圖不變，然后做下面的修改 設(shè)置變量如下圖所示： 設(shè)計(jì)輸出變量，在類“Optim/Stat/Yield/DOE”里面點(diǎn)擊，然后雙擊編輯屬性 在類“Sources-Freq Domain”里面，選擇，并把該器件放在1端口，就是射頻輸入端口，雙擊修改其屬性。 仿真器配置圖31圖32圖33圖34 按“F7”進(jìn)行仿真 在新出現(xiàn)的“DataDisplay”窗口中，選擇，雙擊，在“advance”里面加入“dBm(Vif)”，并修改坐標(biāo)最后的仿真結(jié)果如下圖所示圖352.9功率三階交調(diào)系數(shù) 在上面的基礎(chǔ)

10、上，修改下面的參數(shù) 變量 把仿真器中的一項(xiàng)改掉，其他不變，就是加入了一個(gè)掃描變量 最后仿真的結(jié)果是圖36總結(jié)這是一個(gè)微帶平衡混頻器，主要是有幾部分組成：3dB定向耦合器、二極管的輸入、輸出阻抗匹配電路、兩個(gè)二極管、輸出低通濾波器。在這篇文章中，我們先介紹了3dB定向耦合器的仿真，其中原理部分可以參考其他資料，在知道了原理后，可以利用一些小軟件計(jì)算線寬，該軟件陳抗生老師哪里有的。后面是介紹一個(gè)低通濾波器的設(shè)計(jì)和仿真，這是比較簡(jiǎn)單的，用于輸出中頻濾波。后面是分別設(shè)計(jì)和仿真了這個(gè)Mixer的頻譜、噪音、增益-本振功率曲線、射頻頻率-噪音系數(shù)曲線等等。整個(gè)過(guò)程中，電路的原理圖都是不變的，改變的只是端口的配置、仿真器的配置還有變量的配置。其中有幾個(gè)規(guī)律。對(duì)于用來(lái)仿真Mixer的HB Simulation要求1端口是射頻輸入端口、2端口是中頻輸入端口、3端口是本振輸入端口。輸入部分一般使用功率源，輸出負(fù)載是使用“Term”。仿真器的配置中，一般Freq1是本振頻率，F(xiàn)req2是射頻頻率，Order一般是要大于1的或者就是變成線性電路仿真了，Sweep是加入掃描變量的選項(xiàng)，只能掃描直接變量，表達(dá)式不能掃描，另外計(jì)算噪音的時(shí)候要選上“Nolinear”，Noise1噪音輸入頻率是射頻，分析的頻率是中頻。Noise2選擇輸出節(jié)點(diǎn)是“