课程设计（论文）混频器的设计与仿真

1、混频器的设计与仿真设计题目设计题目： 混频器的设计与仿真混频器的设计与仿真 学生姓名学生姓名： 学学 院院： 专专 业业： 指导老师指导老师： 学学 号号： 日日 期期: : 20112011 年年 1212 月月 2020 日日目目 录录一、混频器的原理一、混频器的原理 .3 31.1.混频器的基本原理混频器的基本原理 .3 32 2、混频器的技术指标、混频器的技术指标 .4 4二、混频器的设计二、混频器的设计 .5 51 1、3 3 d db b 定向耦合器的设计定向耦合器的设计 .5 51.11.1、建立工程、建立工程.5 51.21.2、搭建电路原理图、搭建电路原理图.5 51.31.

2、3、设置微带线参数、设置微带线参数.7 71.41.4、耦合器的、耦合器的 s s 参数仿真参数仿真.8 82 2、完整混频器电路设计、完整混频器电路设计 .10103 3、低通滤波器的设计、低通滤波器的设计 .1212三、混频器性能仿真三、混频器性能仿真 .14141 1、混频器功能仿真、混频器功能仿真 .14141.11.1、仿真原理图的建立、仿真原理图的建立.14141.21.2 功能仿真功能仿真 .16162 2、本振功率的选择、本振功率的选择 .18183 3、混频器的三阶交调点分析、混频器的三阶交调点分析 .19193.13.1、三阶交调点的测量、三阶交调点的测量.19193.23

3、.2、三阶交调点与本振功率的关系、三阶交调点与本振功率的关系.22224 4、混频器的输入驻波比仿真、混频器的输入驻波比仿真 .2222四、四、 设计总结设计总结 .2424 在无线通信系统中，混频器也是一种常见的射频电路组件，它主要用来对信号进行频率变换。在接收机中，一般用来对接收机的射频信号进行下变频；在发射机中，一般用来对中频信号进行上变频。下面将设计一个镜像抑制混频器，并对她的参数进行仿真。一、 混频器的原理1、混频器的基本原理混频器通常被用来将不同频率的信号相乘，以实现频率的变换。它最基本的作用有两个：上变频和下变频。其中上变频的作用是将中频信号与本振信号混频成为发射的射频信号，通过

4、天线发射出去；下变频器的作用是将天线接收到的射频信号与本地载波信号混频，经过滤波后得到中频信号，并送到中频处理模块进行处理。图 1 就是一个平衡混频器的电离臂，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 镜像抑制混频器的原理假设射频信号和本振信号分别从隔离臂 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vd1，vd2 上的信号和本振电压分别为由式 1 到式 4 表示：（1）)2/cos(1tvvsss（2）)2/cos(1tvvlll（3）)cos(2tvvsss（4）)2/cos(2tvvlll可见，

5、射频信号和本振信号都分别以 /2 相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为 /2 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：（5）)()2/(exp)(,1 tjntjmitilsmnmn同样 d2 中的混频电流为：（6）)2/()(exp)(,2 tjntjmitilsmnmn当 m=1，n=1 时，利用式（7）的关系，可以求出中频电流如式（8）所示。（7）1, 11, 1 ii（8）2/)cos(|41, 1tiilsif这样就可以看出，输出的中频信号的频率是输入的射频信号的频率与本振信号的频率之差，从而达到了混频的目的。2

6、、混频器的技术指标混频器主要的技术指标如下：（1） 、噪声系数和等效相位噪声：它描述了混频器的噪声特性，有两种表现形式，分别为单边带噪音系数和双边带噪音系数。（2） 、变频增益：虽然混频器的输入信号和输出信号的频率不同，但仍然可以利用输出信号功率与输入信号功率之比来表示混频器的增益。（3） 、动态范围：混频器的动态范围是指它正常工作时的输入信号的功率范围，超过这个范围将对信号的增益和频率成分产生影响。（4） 、双频三阶交调与线性度。（5） 、工作频率：混频器的工作频率是指输入或输出射频信号的频率。（6） 、隔离度：隔离度一般是指混频器射频信号输入端口与本振信号输入端口之间的隔离特性。（7） 、

7、本振功率：本振功率是指完成混频功能需要输入本振信号的功率。二、混频器的设计图 1 所示的混频器电路主要由 3 db 定向耦合器、匹配电路和晶体管组成。1、3db 定向耦合器的设计1.1、建立工程（1） 、运行 ads，弹出 ads 的主窗口。（2）、选择【file】 【new project】命令，打开“new project” （新建工程）对话框，可以看见对话框中已经存在了默认的工作路径“c:usersdefault” ，在路径的末尾输入工程名为：mixer，并且在【project technology files】栏中选择“ads standard:length unilmillimete

8、r”,即工程中的默认长度单位为毫米，如图 2 示。图 2 新建 mixer 工程（3） 、单击【ok】按钮，完成新建工程，同时打开原理图设计窗口。1.2、搭建电路原理图（1） 、选择【file】 【new design】命令，在工程中新建一个原理图。（2） 、在新建设计窗口中给新建的原理图命名，这里命名为 3db_couple，并单击工具栏中的【save】按钮保存设计。（3） 、在原理图设计窗口的元件面板列表中选择“tlines-microstrip”元件面板，并从元件面板中选择 3 个 mlin 和 2 个 mtee 插入到原理图中。（4） 、调整它们的放置方式，并按照图 3 所示的形式连接

9、起来，组成定向耦合器的一条支路。（5） 、从“tlines-microstrip”元件面板中再选择 3 个 mlin 和 2 个 mtee插入到原理图中。mlintl1l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl2l=10.2 mmw=1.67 mmsubst=msub1mlintl3l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mtee_adstee2w3=0.98 mmw2=0.98 mmw1=1.67 mmsubst=msub1mtee_adstee5w3=0.98 mmw2=1.67 mmw1=0.98 mmsubst=msub1图 3 定向耦合器的一

10、条支路（6） 、按照图 4 所示的方式连接刚刚插入的微带线，形成定向耦合器的另外一条支路，可以看出这两条支路是对称的。（7） 、从“tlines-microstrip”元件面板中再选择 2 个 mlin 插入到原理图中，作为连接两个支路的微带线，并将两条支路连接起来，如图 5 所示。mlintl4l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl5l=10.2 mmw=1.67 mmsubst=msub1mlintl6l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mtee_adstee3w3=0.98 mmw2=0.98 mmw1=1.67 mmsubst=msub

11、1mtee_adstee4w3=0.98 mmw2=1.67 mmw1=0.98 mmsubst=msub1图 4 定向耦合器的另一条支路mlintl8l=10.46 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl7l=10.46 mmw=0.98 mmsubst=msub1mtee_adstee5w3=0.98 mmw2=1.67 mmw1=0.98 mmsubst=msub1mlintl4l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl5l=10.2 mmw=1.67 mmsubst=msub1mlintl6l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msu

12、b1mtee_adstee3w3=0.98 mmw2=0.98 mmw1=1.67 mmsubst=msub1mtee_adstee4w3=0.98 mmw2=1.67 mmw1=0.98 mmsubst=msub1mtee_adstee2w3=0.98 mmw2=0.98 mmw1=1.67 mmsubst=msub1mlintl3l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl2l=10.2 mmw=1.67 mmsubst=msub1mlintl1l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1图 5 两条支路的连接（8） 、这样，耦合器的电路结构就完成了，比

13、较图 5 和图 1，可以发现混频器中耦合器部分与刚刚搭建的耦合器电路结构是相同的。1.3、设置微带线参数通过前面微带电路设计的知识可以知道，对于微带线电路，有两种参数：尺寸参数和电气参数，下面就分别对这两种参数进行设置，具体过程如下。（1） 、从“tlines-microstrip”元件面板列表中选择一个微带线参数设置控件 msub，插入到原理图中。（2） 、双击 msub 控件，按照下面内容进行参数设置：h=0.5mm，表示微带线所在的基板的厚度为 0.5mm。er=4.2，表示微带线的相对介电常数为 4.2。mur=1，表示微带线的相对磁导率为 1。cond=4.1e+7，表示微带线的电导

14、率为 4.1e+7。hu=15mm，表示微带线的封装高度为 15mm。t=0.005mm，表示微带线的金属层厚度近似为0.005mm。tand=0.0003，表示微带线的损耗角正切为0.0003。rough=0.0001mm，表示微带线的表面粗糙度为0.0001mm。完成设置的 msub 控件如图 6 所示。 图 6 完成设置的 msub 控件（3）、耦合器两边的引出线应是特性阻抗为 50 欧姆的微带线，它的宽度w 可由微带线计算工具得到，具体方法是在菜单栏中选择【tools】 【linecalc】 【start linecalc】命令，在窗口中输入与 msub 控件中相同的内容。（4） 、在

15、 electrical 中输入 z0=50、e_eff=90。，单击【synthesize】按钮，进行 w、l 与 z0、e_eff 间的相互换算，最后得到微带线的线宽为 0.98mm，长度为 10.46mm（四分之一波长） 。（5） 、在 electrical 中输入 z0=35、e_eff=90。，单击【synthesize】按钮，进行 w、l 与 z0、e_eff 间的相互换算，最后得到微带线的线宽为 1.67mm，长度为 10.2mm（四分之一波长）。（6）、 按照下面的内容设置耦合器重各段微带线的尺寸参数。、tl1、tl3、tl4、tl6 的尺寸参数为：w=0.98mm，表示微带线宽

16、度为 0.98mm。l=2.5mm，表示微带线的线长为 2.5mm。、tl2、tl5 的尺寸参数为：w=1.67mm，表示微带线宽度为 1.67mm。msubmsub1rough=0.0001 mmtand=0.0003t=0.005 mmhu=15 mmcond=4.1e+7mur=1er=4.2h=0.5 mmmsubl=10.2mm，表示微带线的线长为 10.2mm。、teel、tee4 的尺寸参数为：w1=0.98mm，表示 t 型微带线接口 1 的线宽为 0.98mm。w2=1.67mm，表示 t 型微带线接口 2 的线宽为 1.67mm。w3=0.98mm，表示 t 型微带线接口

17、3 的线宽为 0.98mm。、tee2、tee3 的尺寸参数为：w1=1.67mm，表示 t 型微带线接口 1 的线宽为 1.67mm。w2=0.98mm，表示 t 型微带线接口 2 的线宽为 0.98mm。w3=0.98mm，表示 t 型微带线接口 3 的线宽为 0.98mm。完成了电气参数和尺寸参数设置的电路原理图如图 7 所示。（7） 、完成了微带线电路参数的设置后，下面就对这个电路进行 s 参数仿真。 。1.4、耦合器的 s 参数仿真对耦合器的 s 参数仿真主要是为了观察端口 1，2 和端口 3，4 间的 s 参数，包括 s 参数的幅度和相位。（1） 、在原理图设计窗口中选择 s 参数

18、仿真元件面板“simulation-s_param” ，并选择终端负载 term 放置在耦合器的 4 个端口上，分别用来定义 4个端口。（2） 、单击工具栏中的【ground】按钮，在电路原理图中插入四个“地” ，并按照图 8 连接好电路原理图。mlintl8l=10.46 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl7l=10.46 mmw=0.98 mmsubst=msub1mtee_adstee5w3=0.98 mmw2=1.67 mmw1=0.98 mmsubst=msub1mlintl4l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl5l=10.2 m

19、mw=1.67 mmsubst=msub1mlintl6l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mtee_adstee3w3=0.98 mmw2=0.98 mmw1=1.67 mmsubst=msub1mtee_adstee4w3=0.98 mmw2=1.67 mmw1=0.98 mmsubst=msub1mtee_adstee2w3=0.98 mmw2=0.98 mmw1=1.67 mmsubst=msub1mlintl3l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl2l=10.2 mmw=1.67 mmsubst=msub1mlintl1l=2.5 m

20、mw=0.98 mmsubst=msub1图 7 完成参数设置的微带线termterm4z=50 ohmnum=4termterm1z=50 ohmnum=1termterm3z=50 ohmnum=3termterm2z=50 ohmnum=2mtee_adstee2w3=0.98 mmw2=0.98 mmw1=1.67 mmsubst=msub1mtee_adstee1w3=0.98 mmw2=1.67 mmw1=0.9? mmsubst=msub1mtee_adstee4w3=0.98 mmw2=1.67 mmw1=0.98 mmsubst=msub1mlintl1l=2.5 mmw=0

21、.98 mmsubst=msub1mtee_adstee3w3=0.98 mmw2=0.98 mmw1=1.67 mmsubst=msub1mlintl9l=10.46 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl8l=10.46 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl5l=10.2 mmw=1.67 mmsubst=msub1mlintl4l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl7l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl3l=2.5 mmw=0.98 mmsubst=msub1mlintl2l=10.2 m

22、mw=1.67 mmsubst=msub1图 8 用于 s 参数仿真的原理图（3） 、在 s 参数仿真元件面板“simulation-s_param”中选择一个 s 参数仿真控制器，并插入到原理图中。（4） 、双击 s 参数仿真控制器，按照下面内容设置参数：start=3.2ghz，表示频率扫描的起始频率为 3.2ghz。stop=4.4ghz，表示频率扫描的终止频率为 4.4ghz。step=50mhz，表示频率扫描的频率间隔为 50mhz。完成参数设置的 s 参数仿真控制器如图 9 所示。图 9 完成参数设置的 s 参数仿真控制器（5） 、单击工具栏中的【simulate】按钮执行仿真结束

23、。（6）、仿真结束后，系统弹出数据显示窗口，首先在数据显示窗口中插入一个关于参数的矩形图和一个关于参数的矩形图，如图 9 所示。从图中11s12s可以看出，参数曲线和参数曲线在 3.8ghz 处的值都在-40db 以下，这也11s12s就是说耦合器的端口反射系数和端口间隔离度都可以达到要求。 3.43.63.84.04.23.24.4-40-30-20-50-10freq, ghzdb(s(1,1)3.43.63.84.04.23.24.4-50-40-30-20-60-10freq, ghzdb(s(1,2) 图 9 耦合器的参数和参数曲线11s12s（7） 、在数据显示窗口中，插入一个关于

24、参数和一个关于参数的矩31s41s形图，如图 10 所示。从图中可以看出，1 端口到 3 端口以及从 1 端口到 4 端口的都有 3db 左右的衰减，这同样是满足设计要求的。3.43.63.84.04.23.24.4-4.5-4.0-3.5-5.0-3.0freq, ghzdb(s(3,1)3.43.63.84.04.23.24.4-3.3-3.2-3.1-3.4-3.0freq, ghzdb(s(4,1) 图 10 耦合器的参数和参数曲线31s41s（8）、在数据显示窗口中分别插入一个关于参数相位和参数相位的矩形31s41s图，如图 11 所示。从图 11 中可以看出，相位曲线是线性的，同样

25、满足设计要求。3.43.63.84.04.23.24.4-160-140-120-100-180-80freq, ghzphase(s(3,1)3.43.63.84.04.23.24.410012014016080180freq, ghzphase(s(4,1) 图 11 耦合器的参数相位和参数相位曲线31s41s这样就完成了 3db 定向耦合器的设计，并且仿真表明，它的参数完全满足设计要求，可以进行混频器电路其他部分的设计。2、完整混频器电路设计完成了 3db 定向耦合器的设计后，就可以加入混频器的其他部分了，主要包括混频管和匹配电路。（1） 、在电路原理图中删除用于 s 参数仿真的 4 个

26、终端负载。（2） 、在原理图设计窗口中选择“lumped-components”元件面板列表，并在元件面板中选择两个电感 l 和两个电容 c 插入原理图中。 （3） 、单击工具栏中的【ground】按钮，在原理图中插入两个“地” 。（4） 、按照图 12 所示的方式，将“地” 、电容、电感和定向耦合器连接起来，其中电容和电感是作为匹配电路用的。（5） 、从“devices-diodes”元件面板中选择一个二极管模型 diode m，并插入到原理图中，按照下面参数进行设置。 图 12 加入匹配电路的定向耦合器a、 is=5.0e-9a，表示二极管的饱和电流为 5.0e-9a。 b、 rs=6.0

27、ohm，表示二极管导通电阻为 6.0ohm。c、 n=1.02，表示二极管的发射系数为 1.02。d、 tt=0sec，表示二极管的传输时间为 0sec。e、 cjo=0.2pf，表示二极管零偏置节电容为 0.2pf。f、 vj=0.8v，表示二极管的结电压为 0.8v。g、 m=0.5，表示二极管的等级系数为 0.5。h、 bv=10v，表示二极管的击穿电压为 10v。i、 ibv=101，表示二极管在击穿电压时的电流为 101。aaj、 其他参数不填，按照默认设置。完成设置的二极管模型如图 13 所示。diode_modeldiodem1allparams=eg=xti=trise=tno

28、m=allowscaling=nofcsw=vjsw=msw=cjsw=ikp=ns=gleaksw =rsw=jsw=ffe=af=kf=nbvl=ibvl=nbv=ibv=101 uabv=10 vikf=nr=isr=imelt=imax=fc=m=0.5vj=0.8 vcjo=0.2 pfcd=tt=0 secn=1.02gleak=rs=6.0 ohmis=5.0e-9 a图 13 二极管模型参数的设置图 14 加入二极管后的电路图（6） 、在原理图设计窗口中选择“devices-diodes”元件面板列表，并在面板中选择两个diode 插入到原理图中，将二极管按照图 14 所示的方

29、式连接到电路原理图中。二极管中的model=diodem1 说明，二极管的参数由二极管模型 diodem1 决定。（7） 、双击原理图中的电容和电感，分别设置电容值为 0.35pf，电感值为 1.66nh，设置完成的匹配网络如图 15 所示。 图 15（8） 、在原理图设计窗口中选择“tlines-microstrip”元件面板列表，并选择一个 mlin微带线插入到原理图中。（9） 、双击微带线，设置微带线的长度和宽度分别为 w=0.98mm 和 l=18.6mm。（10） 、把微带线按照图 16 的方式连接到电路中，这样完整的混频器电路就搭建完成了。图 16 完整的混频器电路3、低通滤波器的

30、设计由于混频器输出的频率成分中含有其他的高次谐波成分，因此混频输出后，需要对信号进行滤波才能得到需要的中频信号，下面设计中频滤波器。（1）在工程中新建一个原理图，命名为“filter_lp” 。（2）选择“lumped-components”元件面板列表，在元件面板中选择 3 个电感和 2 个电容，并插入到电路原理图中。（3）单击工具栏中的【ground】按钮，在原理图中插入两个“地” 。（4）按照图 18 所示的方式将电容、电感和“地”连接起来。（5）双击电路中的电容、电感元件，按照图 17 所示的值对它们的参数进行设置：图 17 滤波器电路的结构及参数设置（6）从“simulation-s

31、_param”元件面板中选择两个终端负载元件，并分别插入到滤波器的输入输出端口。（7）单击工具栏中的【ground】按钮，在原理图中插入两个“地” ，并与终端负载连接。这样仿真电路就搭建完毕了，如图 18 所示。图 18 滤波器仿真电路（8）从“simulation-s_param”元件面板中选择一个 s 参数仿真控制器，并按下面内容进行参数设置：a、 start=0.1ghz，表示频率扫描的起始频率为 0.1ghz。b、 stop=4ghz，表示频率扫描的终止频率为 4ghz。c、 step=10mhz，表示频率扫描的频率间隔为 10mhz。完成设置的 s 参数仿真控制器如图 19 所示。（

32、9）单击工具栏中的【simulate】按钮进行仿真，并等待仿真结束。（10）仿真结束后，系统弹出数据显示窗口，在数据显示窗口中插入一个关于参数的矩形图，如图 20 所示。从图 22 中可以看出，这显然是一个低通21s滤波器的幅度响应。这样低通滤波器的设计就完成了，下面开始对混频器电路进行仿真。s_paramsp1step=10 mhzstop=4 ghzstart=0.1 ghzs-parameters图 19 完成设置的 s 参数仿真控制器0.51.01.52.02.53.03.50.04.0-40-30-20-10-500freq, ghzdb(s(2,1)图 20 滤波器的参数曲线21s

33、三、混频器性能仿真1、混频器功能仿真现对混频器的功能进行验证，通过观察本振信号、输入射频信号和输出中频信号验证混频器的混频功能。1.1、仿真原理图的建立首先建立对混频器进行谐波平衡法仿真的电路原理图，具体步骤如下。（1）新建一个电路原理图，并以名称“mixer_hb”保存。（2）将完整的混频器电路和滤波器电路复制到新的电路原理图中，并按照图21 的方式连接起来。（3）选择“sources-freq domain”元件面板，并在面板中选择两个功率源p_1tone，插入到原理图中，分别连接在混频器电路的射频输入端和本振输入端。图 21 滤波器与混频器的连接（4）双击两个功率源，按照下面的内容设置它

34、们的参数。1port1 的参数为a、p=dbmtow(rf_pwr)，表示功率源 port1 的输出信号功率为 rf_pwr dbm。b、freq= rf_freq ghz，表示功率源 port1 的输出信号频率为 rf_freq ghz。2port2 的参数为a、p=dbmtow(lo_pwr)，表示功率源 port2 的输出信号功率为 lo_pwr dbm。b、freq= lo_freq ghz，表示功率源 port2 的输出信号频率为 lo_freq ghz。完成设置的功率源如图 22 所示varvar1lo_freq=3.6lo_pwr=10rf_freq=3.8rf_pwr=-20e

35、qnvar 图 22 滤波器与混频器的连接 图 23 var 控件中的变量（5）单击工具栏中的【var】按钮，在原理图中插入一个变量控件，双击变量控件，按照下面的内容设置变量及其默认值：a、rf_pwr=-20，表示变量 rf_pwr 的默认值为-20 dbm。b、rf_freq=3.8，表示变量 rf_freq 的默认值为 3.8 ghz。c、lo_pwr=10，表示变量 lo_pwr 的默认值为 10 dbm。d、lo_freq=3.6，表示变量 lo_freq 的默认值为 3.6ghz。完成设置的 var 控件如图 23 所示。（6）选择“simulation-hb”元件面板，兵在面板中

36、选择一个终端负载插入到原理图的输出端。（7）单击工具栏中的【ground】按钮，在原理图中插入 3 个“地” ，分别连接在 3 个端口元件的接地端。（8）在工具栏中单击【insert wire/pin lables】按钮，在电路原理图的输出端插入一个节点名称 vout。这样就完成了仿真原理图的建立，如图 24 所示。图 24 执行仿真的电路原理图1.2、功能仿真建立仿真原理图完毕，下面进行混频器的功能仿真，具体过程如下。（1）选择“simulations-hb”元件面板，并在面板中选择一个谐波平衡法仿真空着器。插入到原理图中。（2）双击平衡法仿真控制器，按下面内容对它的参数进行设置：a、fre

37、q1=rf_freq ghz，表示基波频率1的频率值与射频信号频率相同。b、freq2=lo_freq ghz，表示基波频率2的频率值与本振频率相同。c、order1=3，表示基波频率1的次数为 3。d、order2=3，表示基波频率2的次数为 3。完成设置的谐波平衡法仿真控制器如图 25 所示。harmonicbalancehb1order2=3order1=3freq2=lo_freq ghzfreq1=rf_freq ghzharmonic balance2468101214016-150-100-50-2000freq, ghzdbm(vout)图 25 完成设置的谐波平衡仿真控制器

38、图 26 vout 信号的频谱（2）单击工具栏中的【simulate】按钮执行仿真，并等待仿真结束。（3）仿真结束后，系统弹出数据显示窗口，在数据显示窗口中加入一个关于vout 频谱的矩形图，如图 26 所示。从图中可以看出，vout 信号中含有多种频率成分。（4）在数据显示窗口中插入一个关于索引值 mix 的数据列表，显示输出信号的频率成分以及对应的谐波索引值。如图 27 所示。（5）双击图 26 所示的矩形图，在弹出的窗口中选择【plot options】选项卡，在【select axes】项中选择 x 轴，取消【auto scale】选项，并设置矩形图中x 轴的显示范围为 0500mhz

39、，单击【ok】按钮确认。此时图中只显示 vout 信号中频率为 0500mhz 的部分，在图中插入一个标记，观察 200mhz 频率分量的功率值，如图 28 所示。freq0.0000 hz200.0 mhz400.0 mhz3.400 ghz3.600 ghz3.800 ghz4.000 ghz7.000 ghz7.200 ghz7.400 ghz7.600 ghz7.800 ghz10.80 ghz11.00 ghz11.20 ghz11.40 ghz14.60 ghz14.80 ghz15.00 ghzmixmix(1)mix(2)012-1012-1012301231230-1-221

40、0-13210-132103210500-150-100-50-2000freq, mhzdbm(vout)readoutm1m1freq=dbm(vout)=-31.826200.0mhz 图 27 频率索引值列表 图 28 中频信号的功率值由于射频信号幅度为 3.6ghz，本振信号幅度为 3.8ghz,，因此中频信号幅度应为 200mhz，输出信号的频率中有这个频率成分，且功率值为-32dbm 左右，这就验证了混频器的功能。2、本振功率的选择混频器本振功率的值对混频器的性能有很大的影响，下面就通过仿真分析混频器输入本振信号功率的最佳值。（1）双击谐波平衡仿真控制器，在参数设置窗口中选择【s

41、weep】选项卡，按照下面的内容设置参数扫描：a、 start=1，表示本振信号功率的起始点为 1。b、stop=20，表示本振信号功率的终止点为 20。c、step=1，表示本振信号功率的扫描间隔为 1。d、sweepvar=lo_pwr，表示扫描参数为本振信号功率。完成参数设置的谐波平衡法仿真控件如图 29 所示。harmonicbalancehb1step=1stop=20start=1sweepvar=lo_pwrorder2=3order1=3freq2=rf_freq ghzfreq1=lo_freq ghzharmonic balance0500-200-150-100-50-2

42、500freq, mhzdbm(vout)200.0m-31.83 m1m1freq=dbm(vout)=-21.575lo_pwr=14.000000200.0mhz图 29 hb 控件中设置参数扫描 图 30 中频信号的最大输出功率（2）单击工具栏中的【simulate】按钮进行仿真，并等待仿真结束。（3）仿真结束后，查看输出信号的频谱，并在频率值为 200mhz 处插入一个标记，如图 30 所示。从图 30 中可以看出，当本振频率为 14dbm 时，输出信号中中频信号的功率值最大，为-21.575dbm。（4）在数据显示窗口中插入一个转换增益的测量方程，转换增益为输出信号中频的功率与输入

43、射频信号功率的差值，因此方程的内容为，如图 31 所示。201,-1)ut,dbm(mix(vocon_gain（5）在数据显示窗口中添加一个转换增益与输入本振信号功率的关系曲线，如图 32 所示。eqn con_gain=dbm(mix(vout,1,-1)+2024681012141618020-40-30-20-10-500lo_pwrcon_gainreadoutm2m2indep(m2)=plot_vs(con_gain, lo_pwr)=-1.57514.000 图 31 转换增益方程 图 32 转换增益与本振信号功率的关系曲线3、混频器的三阶交调点分析3.1、三阶交调点的测量（1

44、）删除变量控件中的 rf_freq 和 lo_freq 变量，如图 33 所示。（2）单击原理图设计窗口工具栏中的【var】按钮，在原理图中插入一个新的变量控件，并在控件中添加如下变量：1、 if_freq=rf_freq-lo_freq，表示中频频率为射频频率与本振频率之差。2、 rf_freq=3.8，表示射频频率为 3.8ghz。3、 lo_freq=3.6，表示本振频率为 3.6ghz。4、 fspacing=0.2e-3,表示频率间隔为 200khz。完成设置的变量控件如图 34 所示。varvar1lo_pwr=10rf_pwr=-20eqnvar varvar2fspacing=

45、0.2e-3lo_freq=3.6rf_freq=3.8if_freq=rf_freq-lo_freqeqnvar 图 33 var1 中的变量 图 34 var2 中的变量（3）在原理图设计窗口中选择“simulation-hb”元件面板，并从面板中选择一个测量方程控件 meas eqn，插入到电路原理图中。（4）双击测量方程控件，在控件中添加如下几个测量方程：a、，是测量电路输入 3 阶交调点50)-1,2,-1,-1,1,0,ut,ip3_out(voip3output 的测量方程，输出值为电路三阶交调点对应的输入功率值。b、，是测量输出信号中中频信号频率成分-1,1,0)ut,dbm(

46、mix(vo=piftone的功率值的测量方程。c、，是测量混频器转换增益的测量方程。rf_pwr-piftone=convgaind、ip3input=ip3output-convgain，是测量混频器输出三阶交调点的测量方程。完成设置的测量方程控件如图 35 所示。measeqnmeas1if3input=ip3output-convgainconvgain=piftone-rf_pwrpiftone=dbm(mix(vout,-1,1,0)ip3output=ip3_out(vout,-1,1,0,-1,2,-1,50)eqnmeas图 35 完成设置的测量方程控件（5）删除电路原理图中

47、第 1 端口的功率源，并选择“sources-freq domain”元件面板，从面板中选择一个 pn_tone，并按下面内容对它的参数进行设置：a、 freq1=rf_freq-fspacing/2，表示 n 次谐波功率源的输出频率1的频率值为 rf_freq-fspacing/2。b、 freq2=rf_freq+fspacing/2，表示 n 次谐波功率源的输出频率2的频率值为 rf_freq+fspacing/2。c、 p1=dbmtow(rf_pwr)，表示 n 次谐波功率源的输出频率1的信号功率值为 dbmtow(rf_pwr)。d、 p2=dbmtow(rf_pwr)，表示 n

48、次谐波功率源的输出频率2的信号功率值为 dbmtow(rf_pwr)。完成设置的 n 次功率源如图 36 所示。（7）双击谐波平衡仿真控制器，在参数设置窗口选择【freq】选项卡，删除rf_freq 频率，然后分别添加 rf_freq-fspacing/2 和 rf_freq+fspacing/2 频率成分，并设置它们的最高次数为 3。然后选择【sweep】选项卡，将【sweepvar】项清空。完成设置的仿真控制器如图 37 所示。harmonicbalancehb1step=1stop=20start=1sweepvar=order3=3order2=3order1=3freq3=(rf_f

49、req+fspacing/2) ghzfreq2=lo_freq ghzfreq1=(rf_freq-fspacing/2) ghzharmonic balance 图 36 完成设置的 pn_tone 图 37 重新设置的谐波平衡仿真控制器（8）单击工具栏中的【simulate】按钮进行仿真，并等待仿真结束。（9）仿真结束后，在数据显示窗口中插入一个关于输出信号 vout 功率谱密度的矩形图，如图 38 所示。（10）改变图 38 中 x 轴的显示范围，并在得到的矩形图中插入两个标记，如图39 所示，图中就是中频附近的各种频率成分。（11）在数据显示窗口中加入一个关于输出三阶交调点 ip3o

50、utput 和输入三阶交调点 ifinput 的数据列表，如图 40 所示，从列表中可以看出混频器的输入三阶交调点和输出三阶交调点分别为 7.790dbm 和-7.296dbm。2468101214016-200-150-100-50-2500freq, ghzdbm(vout)图 38 输出信号 vout 的功率谱密度199201-200-150-100-50-2500freq, mhzdbm(vout)readoutm2readoutm5m2freq=dbm(vout)=-35.086200.1mhzm5freq=dbm(vout)=-90.667200.3mhzip3output-7.296ip3input7.790图 39 输入三阶交调点和输出三阶交调点 图 40 输出信号在中频附近的频率成分3.2、三阶交调点与本振功率的关系下面分析三阶交调点与本振功率的关系，具体过程如下。（1）双击谐波平衡仿真控制器，在参数设置窗口中选择【sweep】选项卡，重新设定【sweepvar】项为 lo_pwr。（2）单击工具栏中的【simulate】按钮进行仿真，并等待仿真结束。（3）在数据显示窗口中