利用ADS设计镜频抑制混频器的实例步骤
更新时间:2024-03-28 20:04:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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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°。
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:
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
◇ 按照下图设计好电路图
,这是一个三叉口。
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。
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
计电路。
,和电感,按照下图设
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,选择具体的参数设计参考下图13。
,并双击修改里面的属性,建立二极管模型,
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“Simulation S-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
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
仿真结果如下图所示:
◇ 选择
,选择显示“ConvGain”结果如下图所示
图21
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。
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“plot_vs(nf(2,HB_NOISE.RFfreq
,并在“advance”对话框中输入
最后的仿真结果如下图所示。
图30
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,选择是射频输入端口,双击修改其属性。
,并把该器件放在1端口,就
◇ 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”,,并修改坐标真结果如下图所示
最后的仿
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3dB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,可以利用一些小软件计算线宽,该软件陈抗生老师哪里有的。后面是介绍一个低通滤波器的设计和仿真,这是比较简单的,用于输出中频滤波。后面是分别设计和仿真了这个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HB Simulation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。
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