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
v
1-1
t
cos(
V
=
)
s
1
s
s
2
)
2
v
=
V
cos(
t
L
L
L
1
D2 上电压
v
cos(
V
=
s
2
s
v
L
2
=
V
L
cos(
+
t
L
1-2
t
)
s
1-3
)
1-4
可见,信号和本振都分别以
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:
相位差分配到两只二极管上,故这类混频器称为
2
i
1
t
)(
=
mn
,
=
I
mn
,
exp[
jm
(
t
s
2
+
)
jn
(
t
L
)]
同样,D2 式中的混频器的电流为:
i
2
t
)(
=
mn
,
=
I
mn
,
exp[
jm
(
t
)
s
+
jn
(
t
L
+
2
)]
当
m
±=
,1
n
±=
1
时,利用
I
= I
+
1,1
的关系,可以求出中频电流为:
+
1,1
2
+
]
i
=
4
I
+
1,1
cos[(
t
)
s
L
IF
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。
结果如下图所示
图 4
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
◇ 按“F7”仿真。
,表示从 0.01GHz,扫描到 4GHz。
◇ 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