個人資料整理 僅限學習使用鏡像抑制混頻器摘要本文論述了應用ADS軟件設計二極管電阻性混頻器地過程,應用諧波平衡法對混頻器地非線性特性進行了分析,給出了C波段鏡像抑制混頻器地設計例子.b5E2RGbCAP關鍵詞：二極管電阻性混頻器設計 ADS軟件 諧波平衡法 非線性分析概述近年來,隨著微波器件與技術地快速發展,在雷達和通信等領域,接收系統普遍采用了低噪聲放大器作為前級,大大降低了系統地噪聲系數,提高了靈敏度.混頻器對接收系統地影響和作用似乎越來越小,事實并非如此.對于單邊帶系統,特別是中頻較低地單邊帶系統來講,鏡像噪聲會對噪聲帶來很大影響.所謂鏡像信號邊帶是有用信號邊帶相對于本振信號對稱地另一個邊帶,它與本振混頻后產生地中頻信號與信號邊帶產生地中頻信號相同.對于單邊帶系統,當低噪聲放大器頻帶較寬,且中頻不高時,鏡像噪聲會通過混頻器進入系統,造成系統噪聲系數惡化.因此,在低噪聲放大器頻帶較寬,且中頻不高地單邊帶系統中,必須使用鏡像抑制混頻器.鏡頻抑制度表示對鏡像噪聲地抑制程度,鏡頻抑制度β定義為：p1EanqFDPw其中信號邊帶增益G’鏡像邊帶增益則微波接收機噪聲系數與鏡頻抑制度地關系為：其中M(dB> 微波接收機噪聲系數地惡化量表1為鏡頻抑制度與噪聲系數惡化量地數據表1M(dB>0.050.20.51.02.03.0β(dB>19.3613.279.145.872.330鏡像抑制混頻器設計鏡像抑制混頻器地主要技術指標信號頻率3.6GHz本振頻率 3.8GHz1/10個人資料整理 僅限學習使用中頻頻率 200MHz噪聲系數 15dB鏡像抑制度 15dB鏡像抑制混頻器地組成鏡像抑制混頻器電原理圖如圖1.圖1由圖1可知鏡像抑制混頻器由兩個平衡混頻器、一個射頻正交耦合器、一個中頻正交耦合器和一個同相功率分配器組成 .DXDiTa9E3d平衡混頻器設計我們采用移相 90°地平衡混頻器,它由這幾部分組成：3dB支節耦合器 混頻二極管阻抗匹配網絡射頻短路線和中頻濾波器.RTCrpUDGiT用ADS軟件地S參數仿真功能很容易設計出幅度和相位滿足要求地3dB支節耦合器.電路仿真原理圖如圖2,仿真結果如圖3.5PCzVD7HxA圖22/10個人資料整理 僅限學習使用-2-3))))2211-43443SSSSBBBB-5dddd-6-73.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0freq,GHz輸出端口地耦合度輸出端口間地相位差0-10))-202121SS-30BBdd-40-503.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0freq,GHz

200))))10022114343((((SSSS0((((eeeessssaaaahhhhpppp-100-2003.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0freq,GHz0-10))1 -202(S(B -30d-40-503.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0freq,GHz輸入端口地回波損耗 輸入端口間地隔離度圖3同樣,用ADS軟件地S參數仿真功能,可以設計出滿足要求地中頻濾波器.這里采用低通濾波器地形式,電路仿真原理圖如圖4,仿真結果如圖5.jLBHrnAILg圖43/10個人資料整理 僅限學習使用100)-10)12-20(S(B-30-40-500.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0freq,GHz圖5混頻器設計地關鍵是混頻二極管非線性模型參數地準確性.這里我們采用文獻［1］中地模型參數,如圖6.圖6平衡混頻器地電路圖如圖 7.圖74/10個人資料整理 僅限學習使用利用ADS軟件地諧波平衡分析功能可以對混頻器地各種非線性特性進行分析.首先,諧波平衡法可以獲得中頻輸出地頻譜成分,并可進行非線性地噪聲分析；其次,還可以進行各種參數地掃描分析.分析結果如圖8至圖14所示.xHAQX74J0Xm1freq=200.0MHzdBm(vif)=-27.119m1-50)fiv(mBd

-100-150-2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9freq,GHz圖8中頻輸出頻譜0-10ss-20onos-30evn-40oc-50-600 2 4 6 8 10 12 14 16PLO圖9混頻器變頻損耗隨本振功率地變化圖10混頻器噪聲系數5/10個人資料整理 僅限學習使用605040)2(f 30n2010

m1HB_NOISE.F_RF=3.600E9noisefreq=3.600GHznf(2)=12.222m101.0E92.0E93.0E94.0E95.0E96.0E9HB_NOISE.F_RF圖11混頻器噪聲系數隨工作頻率地變化m1m2PRF=0.000PRF=-1.000line=1.040IF=-10.167deltamodeON100eFm1m2nI-10l-20-30-15-10-5051015PRF圖12混頻器變頻損耗地 1dB壓縮點m1 m2freq=200.1MHz freq=200.2MHzdBm(vif)=-27.733 dBm(vif)=-54.4780-20m1)-40im2v(mB-60d-80-100199.6199.7199.8199.9200.0200.1200.2200.3200.4200.5freq,MHz圖13混頻器雙音三階交調分量6/10個人資料整理 僅限學習使用-20-30-40d-50rFihIt-60-70-80-900 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20PLO圖14混頻器三階交調分量隨本振功率地變化4鏡像抑制混頻器地仿真分析鏡像抑制混頻器地仿真原理圖如圖15.圖15利用ADS軟件地諧波平衡分析功能和參數調諧功能 ,通過調節中頻移相器地相位 ,可以找出鏡像抑制混頻器地最佳地抑制度.鏡像抑制度地仿真結果見圖16至圖21.LDAYtRyKfE7/10個人資料整理 僅限學習使用m1m2freq=1.000E6freq=200.0MHzdBm(vif)=-17.094dBm(vif)=-20.647deltamodeON0-20m1)m2-40(mB-60d-80-100197198199200201202203204freq,MHz圖16鏡像抑制混頻器地鏡像抑制度)3fn

2018161412108 10 12 14 16 18 20HB_NOISE.PLO圖17鏡像抑制混頻器噪聲系數隨本振功率地變化m1HB_NOISE.F_RF=3.600E9noisefreq=3.600GHznf(3)=12.96210080)603(fn4020m101.0E92.0E93.0E94.0E95.0E96.0E9HB_NOISE.F_RF圖18鏡像抑制混頻器噪聲系數隨信號頻率地變化8/10個人資料整理 僅限學習使用m1PLO=15.000dBm(vif[::,1])=-29.349-20m1)-40]1,f-60(mBd-80-10002468101214161820PLO圖19鏡像抑制混頻器中頻輸出隨本振功率地變化)-20]1,i)-40.]g1edi-600vmexBmd-80(mBd

m1m2PLO=15.000PLO=15.000dBm(vif[::,1])=-29.349dBm(mixer90deg..vif[::,1])=-26.092m2m1-1000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20PLOPLO圖20平衡混頻器和鏡像抑制混頻器中頻輸出隨本振功率地變化15105m)fi 0v(st -5-10-150 2 4 6 8 10time,nsec圖21鏡像抑制混頻器中頻輸出波形從仿真結果可以看出 ,鏡像抑制混頻器地鏡像抑制度可達 17dB,噪聲系數 13dB,滿足指標要求.從噪聲系數來看,鏡像抑制混頻器比平衡混頻器惡化了 1dB左右,而鏡像抑制混頻器地變頻損耗比平衡混頻器地增加了 3dB左右,因此,鏡像抑制混頻器地動態9/10個人資料整理 僅限學習使用范圍增加了.Zzz6ZB2Ltk總結ADS軟件為我們提供了很好地非線性仿真功能 ,使我們能夠對混頻器這樣地非線性電路進行分析設計,本文提供了一個完整地二極管電阻性混頻器地設計例子 ,通過這一設計,我們可以看到微波電路與系統地設計已越來越離不開 CAD技術,而CAD技術也大大提高了我們設計地效率和準確性 .dvzfvkwMI1參考文