浙大ADS实验教程实验八镜频抑制混频器设计

应用ADS 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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，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。 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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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“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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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，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，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。 _1086329133.unknown _1086329568.unknown _1086330075.unknown _1086330126.unknown _1086330344.unknown _1086330012.unknown _1086329202.unknown _1086329011.unknown _1086329111.unknown _1086328870.unknown