利用ADS设计镜频抑制混频器实例步骤

利用ADS设计镜频抑制混频器的实例步骤

应用ADS设计混频器

1(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?。

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:
D1上电压

,1-1 v,Vcos(t,),s1ss2
1-2v,Vcos(,t,,)L1LL
D2上电压

1-3v,Vcos(,t)s2ss
,1-4 v,Vcos(t，),L2LL2

,,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22

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:

,,,i(t),Iexp[jm(,t,)，jn(,t,,)],,1n,msL2n,m,,,
同样，D2式中的混频器的电流为:

,,,i(t),Iexp[jm(t)，jn(t，)],,,,2n,msL2n,m,,,
当时，利用的关系，可以求出中频电流为:m,,1,n,,1I,I,1,，1，1,,1

,i,4Icos[(,)t，],,IF,1,，1sL2
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;

7、本振功率与工作点。

设计目标:射频:3.6GHz，本振:3.8GHz，噪音:<15。2.具体设计过程

2.1创建一个新项目

?启动ADS

?选择Mainwindows

?菜单,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。

2.23dB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23dB耦合器

其中50

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 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
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。

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

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“Devic

es-

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。

图13

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

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“SimulationS-

Param”中获得的。

。

第8部分 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。 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 ? 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
图14

图15

图16

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。

图20

? 选择，选择显示“ConvGain”结果如下图所示

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。

? 在新出现的“DataDisplay”窗口中，选择，并把nf(2)添加进去。

noisefreqnf(2)
200.0MHz14.035
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。

?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302.8三阶交调系数

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-FreqDomain”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

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3 dB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 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HBSimulation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。

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。