镜频抑制混频器
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镜频抑制混频器
应用ADS设计混频器
.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°。
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:
可见,信号和本振都分别以 2
π
相位差分配到两只二极管上,故这类混频器称为2
π
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:
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.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”
◇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。◇选择类“Simulation-S_Param”并把仿真器和“Term”拉出来放好。
◇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。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
2.3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。
◇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。
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。
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。
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
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
◇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。
仿真结果如下图所示:
◇选择,选择显示“ConvGain”结果如下图所示
◇
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。
◇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: