设计混频器.docx

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°。

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：
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：
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)；
变频增益，中频输出和射频输入的比较；
动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；
双频三阶交调与线性度；
工作频率；
隔离度；
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－File－NewProject，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50ohm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。

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。

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“SimulationS-Param”中获得的。

。
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HBSimulation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

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“DataDi