应用ADS软件设计镜像抑制混频器

应用ADS 软件设计镜像抑制混频器

丁武伟

航空工业总公司第零一四中心，471009

摘要

本文论述了应用ADS 软件设计二极管电阻性混频器的过程，应用谐波平衡法对混频器的非线性特性进行了分析，给出了C 波段镜像抑制混频器的设计例子。

关键词：二极管电阻性混频器设计 ADS 软件 谐波平衡法 非线性分析 镜像抑制

混频器

概述

近年来，随着微波器件与技术的快速发展，在雷达和通信等领域，接收系统普遍采用了低噪声放大器作为前级，大大降低了系统的噪声系数，提高了灵敏度。混频器对接收系统的影响和作用似乎越来越小，事实并非如此。对于单边带系统，特别是中频较低的单边带系统来讲，镜像噪声会对噪声带来很大影响。所谓镜像信号边带是有用信号边带相对于本振信号对称的另一个边带，它与本振混频后产生的中频信号与信号边带产生的中频信号相同。对于单边带系统，当低噪声放大器频带较宽，且中频不高时，镜像噪声会通过混频器进入系统，造成系统噪声系数恶化。因此，在低噪声放大器频带较宽，且中频不高的单边带系统中，必须使用镜像抑制混频器。镜频抑制度表示对镜像噪声的抑制程度，镜频抑制度β定义为：

'G G

=β

其中

G 信号边带增益

G ’ 镜像边带增益 则微波接收机噪声系数与镜频抑制度的关系为： )1

1log(10)(β

+=dB M

其中

M(dB) 微波接收机噪声系数的恶化量 表1为镜频抑制度与噪声系数恶化量的数据

镜像抑制混频器设计

1镜像抑制混频器的主要技术指标 信号频率 3.6GHz 本振频率 3.8GHz 中频频率 200MHz 噪声系数 15dB 镜像抑制度 15dB 2镜像抑制混频器的组成 镜像抑制混频器电原理图如图1。

3dB正交耦合器

射频端口ＶS

同相功率分配器平衡混频器　１

平衡混频

器　２

本振ＶL

ＶL1

ＶL23

412ＶS1

ＶS2

Ｚ0＝503dB中正交耦合56

78

频输出电路

下边带中频输出上边带中频输出

图1

由图1可知镜像抑制混频器由两个平衡混频器、一个射频正交耦合器、一个中频正交耦合器和一个同相功率分配器组成。 3平衡混频器设计

我们采用移相90°的平衡混频器，它由这几部分组成：3 dB 支节耦合器 混频二极管 阻抗匹配网络 射频短路线和中频滤波器。

用ADS 软件的S 参数仿真功能很容易设计出幅度和相位满足要求的3 dB 支节耦合器。电路仿真原理图如图2，仿真结果如图3。

图2

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

freq, GHz -7-6-5-4-3-2d B (S (3,1))

d B (S (4,1))d B (S (4,2))d B (S (3,2))

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

freq, GHz

-200

-100

100

200

p h a s e (S (3,1))

p h a s e (S (4,1))p h a s e (S (3,2))p h a s e (S (4,2))

输出端口的耦合度 输出端口间的相位差

3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

freq, GHz

-50

-40-30-20-10

0d B (S (1,1))

d B (S (2,2)) 3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

freq, GHz

-50

-40-30-20-10

0d B (S (2,1))

输入端口的回波损耗 输入端口间的隔离度

图3

同样，用ADS 软件的S 参数仿真功能，可以设计出满足要求的中频滤波器。这里采用低通滤波器的形式，电路仿真原理图如图4，仿真结果如图5。

图4

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

freq, GHz

-50

-40-30-20-100

10d B (S (2,1))

图5

混频器设计的关键是混频二极管非线性模型参数的准确性。这里我们采用文献［1］中的模型参数，如图6。

图6

平衡混频器的电路图如图7。

图7

利用ADS 软件的谐波平衡分析功能可以对混频器的各种非线性特性进行分析。首先，谐波平衡法可以获得中频输出的频谱成分，并可进行非线性的噪声分析；其次，还可以进行各种参数的扫描分析。分析结果如图8至图14所示。

freq, GHz

d B m (v i f )

m1

freq=200.0MHz dBm(vif)=-27.119

图8中频输出频谱

2

4

6

8

10

12

14

16

PLO

-60

-50-40-30-20-10

0c o n v e r s i o n l o s s