西电微波电子线路作业

微波电子线路作业

班级：020911

姓名：张盎农

学号：02091086

一

ADS混频器设计耦合器设计

仿真结果

低通滤波器设计

仿真结果

输出频谱仿真1按照文档所连

错误提示

2直接代入数值修改后

端口1：

P=dbmtow（-20），功率源输出信号功率为-20dBm Freq=,射频输入频率

端口2：

P=dbmtow（10），功率源输出信号功率为10dBm Freq=,本振输入频率

谐波平衡仿真控制器设置如图所示

本振与输出

修改端口2重新设置：P=dbmtow（LO_pwr），即设置变量LO_pwr 增加变量设置VAR，设置如图所示

仿真结果

从图像结果可看出Vout输出与本振功率有关

三阶交调分析

将的端口1的单品功率源更换为多频功率源P_nTone，对其设置如图所示修改端口2 和VAR的设置，如图所示

修改谐波平衡仿真控制器，设置如图所示

插入测量方程控件Meas Eqn，并对其参数如图设置

仿真结果

二,理论分析

微波混频器

1、微波混频器的作用与用途

微波混频器是通信、雷达、电子对抗等系统的微波接收机以及很多微波测量设备所不可缺少的组成部分。它将微弱的微波信号和本地振荡信号同时加到非线性元件上，变换为频率较低的中频信号，进一步进行放大、解调和信号处理。

2，混频原理

下图是微波混频器的原理图，对它的基本要求是小变频损耗和低噪声系数。

通常，微波混频器是一种非线性电阻频率变换电路。 微波混频器的核心元件是肖特基势垒二极管。常见的微波混频器基本电路有三种类型：单端混频器使用一个混频二极管，是最简单的微波混频器；单平衡混频器使用两个混频二极管；双平衡混频器采用四个混频二极管。本节以元件的特性为基础，分析非线性电阻微波混频器的工作原理及性能指标，包括电路时-频域关系、功率关系、变频损耗、噪声特性，并给出各种微波混频器的电路实现等。

本振激励特性——混频器的大信号参量

如下图所示，在混频二极管上加大信号本振功率和直流偏置(或零偏压)时，流过混频二极管的电流由二极管的伏安特性来决定。加在二极管上的电压是直流偏置与本振信号之和，二极管的伏安特性近似为指数函数，即

则流过二极管的大信号电流为

0L L sa ()cos ()e

v

u t E U t i f v I αω=+=≈0L L 0L L (cos )0L L sa cos sa (cos )e e e E U t E U t

i f E U t I I αωααωω+=+==

混频二极管加直流偏压和本振功率时的原理图

显然，流过二极管的大信号电流是本振功率ωL 的周期性函数，可用傅里叶级数表示为

式中：直流分量

n 次谐波电流幅值

本振基波电流幅值

当αU L 足够大时， 有

故直流分量和本振基波电流幅值为

0L 1

2cos n n i I I n t

ω∞

==+∑00sa 0L e ()

E I I J U αα=0sa L e ()

E n n I I J U αα=0L11sa 1L 22e ()

E I I I J U αα==L L L

e ()2πU n J U U ααα≈

L L1L 0L

1

2

P I U I U =≈

即

I L1≈2I 0 (3-4)

则所需的本振激励功率为

混频器对本振呈现的电导为

可见，当U L

一定时，G L

值随直流电流的增大而增大，因而可以借助于调整E 0来调节I 0，从而改变G L 使本振口达到匹配。在实际工作中，因为微波波段很难测量U L ，所以通常由测量P L 和I 0来测定U L 和G L 。

当混频二极管上只加直流偏压E 0和本振功率时，混频二极管呈现的电导为

式(3-7)说明当本振电压随时间作周期性变化时，瞬时电导g (t )也随时间作周期性变化，故称为时变电导；同样g (t )也可以展成傅里叶级数：

式中：g 0称为二极管的平均混频电导，g n 是对应本振n 次谐波的混频电导。

非线性电阻的混频原理

二极管混频器的原理等效电路如图3-3所示，在肖特基势垒二极管上加有较小的直流偏压(或零偏压)、大信号本振功率(1 mW 以上)及接收到的

0L ()

sa 0L

e

2πE U I I U αα+≈

0L L 0L L cos 0L L (cos )sa d |'(cos )d e ()

u E U t E U t i

f E U t v

I g t ωαωωα=++=+== 0

L1L L L

2I I G U U =≈

0L 1

()2cos n n g t g g t

ω∞

==+∑

微弱信号(微瓦(μW)量级以下)。 假设本振与信号分别表示为

u L (t )=U L cos ωL t

u S (t )=U S cos ωS t

图 3-3 二极管混频器原理图

由于U L >>U S ，可以认为二极管的工作点随本振电压变化，认为接收到的信号是一个微小电压增量，因此将回路电流在各个工作点展开为泰勒级数。为了讨论方便，将Z L 、Z L0、Z S 短路，这时流过二极管的瞬时电流值为

展开式中的第一项为本振激励下的流过二极管的大信号电流，它包含直流和本振基波其谐波项。

展开式中的其他各项为二极管中的小信号成分，当u S 很小时，可仅取第二项。由式(3-9)可知，f ′(E 0+U L cos ωL t )是在本振激励下二极管所呈

0L L S S 0L L 0L L S S 20L L S S ()

(cos cos )

(cos )'(cos )cos 1

''(cos )(cos )2!

i f u f E U t U t f E U t f E U t U t f E U t U t ωωωωωωω==++=++++

++…