《ADS设计实验教程八：镜频抑制混频器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ADS设计实验教程八：镜频抑制混频器设计（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、应用 ADS 设计混频器1 1 1 1概述概述图 1 为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用 3dB 分支线定向耦合器，在各 端口匹配的条件下，1、2 为隔离臂，1 到 3、4 端口以及从 2 到 3、4 端口都是功 率平分而相位差 90。图 1 设射频信号和本振分别从隔离臂 1、2 端口加入时，初相位都是 0，考虑到传 输相同的路径不影响相对相位关系。通过定向耦合器，加到 D1，D2 上的信号和 本振电压分别为： D1 上电压)2cos(1=tVvsss1-1)cos(1=tVvLLL1-2D2 上电压)cos(2tVvsss=1-3)2cos(2+=tVvLLL1-4可见， 信号和本振都分
2、别以2相位差分配到两只二极管上， 故这类混频器称为2型平衡混频器。 由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压的相 位差，可以得到 D1 中混频电流为： = +=mnLsmntjntjmIti,1)()2(exp)(同样，D2 式中的混频器的电流为： = +=mnLsmntjntjmIti,2)2()(exp)(当1, 1=nm时，利用1, 11, 1+=II的关系，可以求出中频电流为：2)cos(41, 1+=+tIiLsIF主要的技术指标有： 1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数)； 2、变频增益，中频输出和射频输入的比较； 3、动态范围，这是指混频器正常工
3、作时的微波输入功率范围； 4、双频三阶交调与线性度； 5、工作频率； 6、隔离度； 7、本振功率与工作点。设计目标：射频：3.6 GHz，本振：3.8 GHz，噪音：15。2. 2. 2. 2.具体设计过程具体设计过程2.12.12.12.1 创建一个新项目创建一个新项目创建一个新项目创建一个新项目 启动 ADS 选择 Main windows 菜单FileNew Project，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名 点击“ok”这样就创建了一个新项目。 点击，新建一个电路原理图窗口，开始设计混频器。2.22.22.22.2 3dB3dB3dB3dB 定向耦合器设计定向耦合器设计定向耦合
4、器设计定向耦合器设计里面选择类“Tlines-Microstrip” 选择，并双击编辑其中的属性，这是微带线基板的参数设置，其中的各项的物理含义，可以参考 ADS 的帮助文档。 选择，这是一个微带传输线，选择，这是一个三叉口。 按照下图设计好电路图图 2 3dB 耦合器 其中 50 ohm 传输线的线宽 w0.98mm，四分之一波长长度为 10.46mm，35ohm 传输线的线宽为 w1.67mm，四分之一波长长度为 10.2mm。MTEE 是三端口器 件，有三个参数 W1，W2，W3 具体是有定义的，可以此参考 ADS 帮助文档。 选择类“SimulationS_Param”并把仿真器和“T
5、erm”拉出来放好。图 3 双击，修改里面的属性，要求从 3GHz 到5GHz 扫描。 保存文档。 按“F7”仿真。 在“DataDisplay”窗口中，按，如下图所示，看端口的耦合度。图 4 结果如下图所示图 5 输出端口间的相位差 同样的办法可以看到输出端口的相位差、 输入端口的隔离度、输入端口的回波损 耗等。图 6 输出端口的相位差图 7 输入端口的回波损耗图 8 输入、输出端口的隔离度2.32.32.32.3 低通滤波器低通滤波器低通滤波器低通滤波器 在类“Lumped-Components”里面选择电容，和电感，按照下图设计电路。图 9 低通滤波器电路图 加上仿真器，设计为，表示从
6、0.01GHz，扫描到 4GHz。 按“F7”仿真。 在出现的“DataDisplay”窗口中，按，选择加入 S21，仿真结果如下图所示。图 10 低通滤波器仿真结果2.42.42.42.4 混频器频谱分析混频器频谱分析混频器频谱分析混频器频谱分析2.412.412.412.41 设计完整的电路图设计完整的电路图图 11 完整的电路图 把混频器的电路图分解为如下图所示的 8 个部分， 下面分别说明一下这 8 个部分 具体的情况。图 12第一部分第二部分 第三部分就是上面设计出来的 3dB 定向耦合器，具体请参考 3dB 耦合器一章。第 4 部分 匹配电路 第 5 部分是晶体管，其中晶体管是使用
7、了模型，具体操作是这样的，先在类“Devices-Diodes”里面，选择，并双击修改里面的属性，建立二极管模型， 具体的参数设计参考下图 13。图 13选择，并在相应的位置把器件放好，其中 DIODE1， 和 DIODE2 都是引用了刚才设计的二极管模板“DIODEM1” 。 第 6 部分是输出阻抗匹配电路，使用传输线做阻抗匹配，第 6 部分 第 7 部分是低通滤波器，具体电路参考低通滤波器设计电路。 第 8 部分是一个 “Term” ， 用来做输出负载的。 “Term” 是在 “Simulation S-Param” 中获得的。第 8 部分 注意：第 1 部分是射频输入端口，端口号就是(N
8、um)要设计为“1” ；第 2 部分是 本振输入端口，端口号要设计为“3” 。这是一般用 HB Simulation 仿真的规范要 求。2.422.422.422.42 设置变量设置变量 在电路原理图窗口上，选择，双击，修改其属性，如下图所示。 在类“Optim/Stat/Yield/DOE”里面，选择，并双击修改其属性为2.432.432.432.43 配置仿真器配置仿真器 在类“Simulation-HB”里面选择和，先双击修改其属性， 主要是把温度改为符合 IEEE 标准的 16.85 度。 双击，配置谐波平衡仿真器，具体参见下图图 14图 15图 16图 17图 19 选择 krylo
9、v 来做噪音仿真 按“F7”进行仿真。 在出现的“DataDisplay”窗口中，选择，并点击“advance”项目，在对话框里面输入“dBm(Vif)”点击“Ok”就可以显示中频输出的频谱分量。图 20 仿真结果如下图所示： 选择，选择显示“ConvGain”结果如下图所示图 21图 222.52.52.52.5 噪音系数仿真噪音系数仿真噪音系数仿真噪音系数仿真在上面仿真的基础上，稍微把仿真器修改一下就可以得到噪音系数的仿真结果，双击，修改第二项“Sweep”图 23 表示不在对本振功率“PLO”进行扫描，其他项目不需要做任何改动。 按“F7”进行仿真。 在新出现的“DataDisplay”
10、窗口中，选择，并把 nf(2)添加进去。noisefreq 200.0MHznf(2) 14.0352.72.72.72.7 噪声系数随噪声系数随噪声系数随噪声系数随 RFRFRFRF 频率的变化频率的变化频率的变化频率的变化在上面噪音仿真的基础上，做如下改动： 修改变量如下图所示： 把射频输入端的功率源换成一个“Term”。 在类“Simulation-HB”选择一个，双击修改其属性为：图 24 表示从 1。0GHz 扫描到 6.0GHz，步长是 0.1GHz。 配置仿真器，如下图所示。图 25图 27图 28图 29 按“F7”进行仿真。 在新出现的“DataDisplay”窗口中，点击，
11、并在“advance”对话框中输入“plot_vs(nf(2),HB_NOISE.RFfreq)最后的仿真结果如下图所示。图 302.82.82.82.8 三阶交调系数三阶交调系数三阶交调系数三阶交调系数电路原理图不变，然后做下面的修改 设置变量如下图所示： 设计输出变量，在类“Optim/Stat/Yield/DOE”里面点击，然后双击编辑属性 在类“Sources-Freq Domain”里面，选择，并把该器件放在 1 端口，就是射频输入端口，双击修改其属性。 仿真器配置图 31图 32图 33图 34 按“F7”进行仿真 在新出现的“DataDisplay”窗口中，选择，双击，在“adv
12、ance”里面加入 “dBm(Vif)” ， ， 并修改坐标最后的仿真结果如下图所示图 352.92.92.92.9 功率三阶交调系数功率三阶交调系数功率三阶交调系数功率三阶交调系数 在上面的基础上，修改下面的参数 变量 把仿真器中的一项改掉，其他不变，就是加入了一个扫描变量 最后仿真的结果是图 36总结总结这是一个微带平衡混频器，主要是有几部分组成：3dB 定向耦合器、二极管的输 入、输出阻抗匹配电路、两个二极管、输出低通滤波器。在这篇文章中，我们先 介绍了 3dB 定向耦合器的仿真，其中原理部分可以参考其他资料，在知道了原 理后，可以利用一些小软件计算线宽，该软件陈抗生老师哪里有的。后面是
13、介绍 一个低通滤波器的设计和仿真，这是比较简单的，用于输出中频滤波。后面是分 别设计和仿真了这个 Mixer 的频谱、噪音、增益-本振功率曲线、射频频率-噪音 系数曲线等等。 整个过程中， 电路的原理图都是不变的， 改变的只是端口的配置、 仿真器的配置还有变量的配置。其中有几个规律。对于用来仿真 Mixer 的 HB Simulation 要求 1 端口是射频输入端口、2 端口是中频输入端口、3 端口是本振 输入端口。输入部分一般使用功率源，输出负载是使用“Term” 。仿真器的配置 中，一般 Freq1是本振频率，Freq2是射频频率，Order 一般是要大于 1 的或者 就是变成线性电路仿真了，Sweep 是加入扫描变量的选项，只能扫描直接变量， 表达式不能扫描，另外计算噪音的时候要选上“Nolinear” ，Noise1噪音输入频 率是射频，分析的频率是中频。Noise2选择输出节点是“Vif” 。这是一般的配 置情况，具体的可以参考上面的章节。教训： 因为这个过程中电路原理图要反复用到，也许有同学会选择直接从电路原 理图中 Copy(Ctrl+a； Ctrl+c； Ctrl+v)过去， 事实证明， ADS 的这个功能有点缺陷， 可能会造成器件之间的连线出问题， 建议不要这样处理，可以把文件先做一个备 份，然后把备份的名字改掉，这样方面，而且可靠。
