利用ADS设计镜频抑制混频器的实例步骤.
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
◇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 ，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30
2.8三阶交调系数
电路原理图不变，然后做下面的修改
2.43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
Biblioteka Baidu图17
图19选择krylov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。
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。
应用ADS设计混频器
1．
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：
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。
图35
2.9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
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Freq[1]是本振频率，Freq[2]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”，Noise[1]噪音输入频率是射频，分析的频率是中频。Noise[2]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。
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。
2.具体设计过程
2.1创建一个新项目
◇ 启动ADS
◇ 选择Main windows
◇ 菜单－File－New 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。
2.2 3dB定向耦合器设计
◇ 里面选择类“Tlines-Microstrip”
◇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“advance”里面加入“dBm(Vif”，，并修改坐标 最后的仿真结果如下图所示
。
第8部分
注意：第1部分是射频输入端口，端口号就是(Num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。
2.42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
◇选择类“Simulation－S_Param”并把仿真器和“Term”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22
2.5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。
◇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w＝0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm传输线的线宽为w＝1.67mm，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。
图10低通滤波器仿真结果
2.4 混频器频谱分析
2.41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。
◇在新出现的“DataDisplay”窗口中，选择 ，并把nf(2添加进去。
2.7噪声系数随RF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。
D1上电压
1-1
1-2
D2上电压
1-3
1-4
可见，信号和本振都分别以 相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为 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：
同样，D2式中的混频器的电流为：
当 时，利用 的关系，可以求出中频电流为：
主要的技术指标有：
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
2.3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25
图27
图28
图29
◇按“F7”进行仿真。
◇在新出现的“DataDisplay”窗口中，点击 ，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30
2.8三阶交调系数
电路原理图不变，然后做下面的修改
2.43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
Biblioteka Baidu图17
图19选择krylov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。
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。
应用ADS设计混频器
1．
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：
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。
图35
2.9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
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Freq[1]是本振频率，Freq[2]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”，Noise[1]噪音输入频率是射频，分析的频率是中频。Noise[2]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。
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。
2.具体设计过程
2.1创建一个新项目
◇ 启动ADS
◇ 选择Main windows
◇ 菜单－File－New 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。
2.2 3dB定向耦合器设计
◇ 里面选择类“Tlines-Microstrip”
◇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“advance”里面加入“dBm(Vif”，，并修改坐标 最后的仿真结果如下图所示
。
第8部分
注意：第1部分是射频输入端口，端口号就是(Num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。
2.42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
◇选择类“Simulation－S_Param”并把仿真器和“Term”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22
2.5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。
◇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w＝0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm传输线的线宽为w＝1.67mm，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。
图10低通滤波器仿真结果
2.4 混频器频谱分析
2.41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。
◇在新出现的“DataDisplay”窗口中，选择 ，并把nf(2添加进去。
2.7噪声系数随RF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。
D1上电压
1-1
1-2
D2上电压
1-3
1-4
可见，信号和本振都分别以 相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为 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：
同样，D2式中的混频器的电流为：
当 时，利用 的关系，可以求出中频电流为：
主要的技术指标有：
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
2.3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。