镜频抑制混频器

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：
◇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：
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。

◇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。

2.8三阶交调系数
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
◇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
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
◇
心得体会：
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。

在这个实验中，我们应
该先温习好书本上的知识，这样在实验的过程中才会对仿真出来的波形的走势有一个比较好的理解。