ADS设计混频器教案资料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。ADS设计混频器-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1-11-2D2上电压1-31-4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

2、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FileNewProject，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

3、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w0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm传输线的线宽为w1.67mm，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“SimulationS_Param”并把

4、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，

5、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“DI

6、ODEM1”。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

7、-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222.5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

8、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

9、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352.9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

10、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H

11、BSimulation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Freq1是本振频率，Freq2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”，Noise1噪音输入频率是射频，分析的频率是中频。Noise2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(Ctr

12、l+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。附录ip3_inPurposeReturnstheinputthird-orderintercept(TOI)pointSynopsisip3_in(vOut,ssGain,fundFreq,imFreq,zRef)wherevOutisthesignalvoltageattheoutput,ssGainisthesmallsignalgainindB,fundFreqandimFreqaretheha

13、rmonicfrequencyindicesforthefundamentalandintermodulationfrequencies,respectively,andzRefisthereferenceimpedance.Exampley=ip3_in(vOut,22,1,0,2,-1,50)UsedinHarmonicbalancesimulationmixPurposeReturnsacomponentofaspectrumbasedonavectorofmixingindicesSynopsismix(xOut,harmIndex,Mix)wherexOutisavoltageoracurrentspectrumandharmIndexisthedesiredvectorofharmonic