軟件無線電ADS設計混頻器設計報告目錄一、實驗要求2二、實驗原理21、混頻器的基本原理22、混頻器的技術指標3三、實驗步驟431創(chuàng)建一個新項目4323DB定向耦合器設計433低通濾波器934混頻器頻譜分析1035噪音系數仿真2236噪聲系數隨RF頻率的變化2437三階交調系數3038功率三階交調系數36四、試驗總結38一、實驗要求在無線通信系統(tǒng)中，混頻器是一種常見的射頻電路組件，主要用來將不同頻率的信號相乘，以實現頻率的變換。本設計通過ADS仿真掌握射頻電路的工程設計方法和技巧，熟悉射頻電路的調試過程，建立設計、開發(fā)射頻電路和產品的系統(tǒng)概念，提高專業(yè)素質和工程實踐能力。二、實驗原理1、混頻器的基本原理混頻器通常被用來將不同頻率的信號相乘，以實現頻率的變換。它最基本的作用有兩個上變頻和下變頻。其中上變頻的作用是將中頻信號與本振信號混頻成為發(fā)射的射頻信號，通過天線發(fā)射出去；下變頻器的作用是將天線接收到的射頻信號與本地載波信號混頻，經過濾波后得到中頻信號，并送到中頻處理模塊進行處理。圖1就是一個平衡混頻器的電離臂，1到3、4端口以及從2到3、4端口都是功率平分而相位差90。圖1鏡像抑制混頻器的原理假設射頻信號和本振信號分別從隔離臂1、2端口加入時，初相位都是0。，考慮到傳輸相同的路徑不影響相對相位關系。通過定向耦合器，加到VD1，VD2上的信號和本振電壓分別為由式1到式4表示（1）2/COS1TVVSS（2）2/COS1TVVLLL（3）2SS（4）/TLL可見，射頻信號和本振信號都分別以/2相位差分配到兩只二極管上，故這類混頻器稱為/2型平衡混頻器。由一般混頻電流的計算公式，并考慮到射頻電壓和本振電壓的相位差，可以得到D1中混頻電流為（5）2/EXP,1TJNTJMITILSMNN同樣D2中的混頻電流為（6）/E,2TJTJITILSMNN當M1，N1時，利用式（7）的關系，可以求出中頻電流如式（8）所示。（7）1,1,II（8）2/COS|4,TILSIF這樣就可以看出，輸出的中頻信號的頻率是輸入的射頻信號的頻率與本振信號的頻率之差，從而達到了混頻的目的。2、混頻器的技術指標混頻器主要的技術指標如下（1）、噪聲系數和等效相位噪聲它描述了混頻器的噪聲特性，有兩種表現形式，分別為單邊帶噪音系數和雙邊帶噪音系數。（2）、變頻增益雖然混頻器的輸入信號和輸出信號的頻率不同，但仍然可以利用輸出信號功率與輸入信號功率之比來表示混頻器的增益。（3）、動態(tài)范圍混頻器的動態(tài)范圍是指它正常工作時的輸入信號的功率范圍，超過這個范圍將對信號的增益和頻率成分產生影響。（4）、雙頻三階交調與線性度。（5）、工作頻率混頻器的工作頻率是指輸入或輸出射頻信號的頻率。（6）、隔離度隔離度一般是指混頻器射頻信號輸入端口與本振信號輸入端口之間的隔離特性。（7）、本振功率本振功率是指完成混頻功能需要輸入本振信號的功率。三、實驗步驟31創(chuàng)建一個新項目啟動ADS選擇MAINWINDOWS菜單FILENEWPROJECT，然后按照提示選擇項目保存的路徑和輸入文件名點擊“OK”這樣就創(chuàng)建了一個新項目。點擊，新建一個電路原理圖窗口，開始設計混頻器。323DB定向耦合器設計里面選擇類“TLINESMICROSTRIP”選擇，并雙擊編輯其中的屬性，這是微帶線基板的參數設置，其中的各項的物理含義，可以參考ADS的幫助文檔。選擇，這是一個微帶傳輸線，選擇，這是一個三叉口。按照下圖設計好電路圖圖23DB耦合器其中50OHM傳輸線的線寬W098MM，四分之一波長長度為1046MM，35OHM傳輸線的線寬為W167MM，四分之一波長長度為102MM。MTEE是三端口器件，有三個參數W1，W2，W3具體是有定義的，可以此參考ADS幫助文檔。選擇類“SIMULATIONS_PARAM”并把仿真器和“TERM”拉出來放好。圖3雙擊，修改里面的屬性，要求從3GHZ到5GHZ掃描。保存文檔。按“F7”仿真。在“DATADISPLAY”窗口中，按，如下圖所示，看端口的耦合度。圖4結果如下圖所示圖5輸出端口間的相位差同樣的辦法可以看到輸出端口的相位差、輸入端口的隔離度、輸入端口的回波損耗等。圖6輸出端口的相位差圖7輸入端口的回波損耗圖8輸入、輸出端口的隔離度33低通濾波器在類“LUMPEDCOMPONENTS”里面選擇電容，和電感，按照下圖設計電路。圖9低通濾波器電路圖加上仿真器，設計為，表示從001GHZ，掃描到4GHZ。按“F7”仿真。在出現的“DATADISPLAY”窗口中，按，選擇加入S21，仿真結果如下圖所示。圖10低通濾波器仿真結果34混頻器頻譜分析341設計完整的電路圖圖11完整的電路圖把混頻器的電路圖分解為如下圖所示的8個部分，下面分別說明一下這8個部分具體的情況。圖12第一部分第二部分第三部分就是上面設計出來的3DB定向耦合器，具體請參考3DB耦合器一章。第4部分匹配電路第5部分是晶體管，其中晶體管是使用了模型，具體操作是這樣的，先在類“DEVICESDIODES”里面，選擇，并雙擊修改里面的屬性，建立二極管模型，具體的參數設計參考下圖13。圖13選擇，并在相應的位置把器件放好，其中DIODE1，和DIODE2都是引用了剛才設計的二極管模板“DIODEM1”。第6部分是輸出阻抗匹配電路，使用傳輸線做阻抗匹配，第6部分第7部分是低通濾波器，具體電路參考低通濾波器設計電路。第8部分是一個“TERM”，用來做輸出負載的?！癟ERM”是在“SIMULATIONSPARAM”中獲得的。第8部分注意第1部分是射頻輸入端口，端口號就是NUM要設計為“1”；第2部分是本振輸入端口，端口號要設計為“3”。這是一般用HBSIMULATION仿真的規(guī)范要求。342設置變量在電路原理圖窗口上，選擇，雙擊，修改其屬性，如下圖所示。在類“OPTIM/STAT/YIELD/DOE”里面，選擇，并雙擊修改其屬性為343配置仿真器在類“SIMULATIONHB”里面選擇和，先雙擊修改其屬性，主要是把溫度改為符合IEEE標準的1685度。雙擊，配置諧波平衡仿真器，具體參見下圖圖14圖15圖16圖17圖19選擇KRYLOV來做噪音仿真按“F7”進行仿真。在出現的“DATADISPLAY”窗口中，選擇，并點擊“ADVANCE”項目，在對話框里面輸入“DBMVIF”點擊“OK”就可以顯示中頻輸出的頻譜分量。圖20仿真結果如下圖所示選擇，選擇顯示“CONVGAIN”結果如下圖所示圖21圖2235噪音系數仿真在上面仿真的基礎上，稍微把仿真器修改一下就可以得到噪音系數的仿真結果，雙擊，修改第二項“SWEEP”圖23表示不在對本振功率“PLO”進行掃描，其他項目不需要做任何改動。按“F7”進行仿真。在新出現的“DATADISPLAY”窗口中，選擇，并把NF2添加進去。NOISEFREQ2000MHZNF21403536噪聲系數隨RF頻率的變化在上面噪音仿真的基礎上，做如下改動修改變量如下圖所示把射頻輸入端的功率源換成一個“TERM”。在類“SIMULATIONHB”選擇一個，雙擊修改其屬性為圖24表示從1。0GHZ掃描到60GHZ，步長是01GHZ。配置仿真器，如下圖所示。圖25圖27圖28圖29按“F7”進行仿真。在新出現的“DATADISPLAY”窗口中，點擊，并在“ADVANCE”對話框中輸入“PLOT_VSNF2,HB_NOISERFFREQ最后的仿真結果如下圖所示。圖3037三階交調系數電路原理圖不變，然后做下面的修改設置變量如下圖所示設計輸出變量，在類“OPTIM/STAT/YIELD/DOE”里面點擊，然后雙擊編輯屬性在類“SOURCESFREQDOMAIN”里面，選擇，并把該器件放在1端口，就是射頻輸入端口，雙擊修改其屬性。仿真器配置圖31圖32圖33圖34按“F7”進行仿真在新出現的“DATADISPLAY”窗口中，選擇，雙擊，在“ADVANCE”里面加入“DBMVIF”，并修改坐標最后的仿真結果如下圖所示圖3538功率三階交調系數在上面的基礎上，修改下面的參數變量把仿真器中的一項改掉，其他不變，就是加入了一個掃描變量最后仿真的結果是圖36四、試驗總結這是一個微帶平衡混頻器，主要是有幾部分組成3DB定向耦合器、二極管的輸入、輸出阻抗匹配電路、兩個二極管、輸出低通濾波器。在這篇文章中，我們先介紹了3DB定向耦合器的仿真，其中原理部分可以參考其他資料，在知道了原理后，可以利用一些小軟件計算線寬，該軟件陳抗生老師哪里有的。后面是介紹一個低通濾波器的設計和仿真，這是比較簡單的，用于輸出中頻濾波。后面是分別設計和仿真了這個MIXER的頻譜、噪音、增益本振功率曲線、射頻頻率噪音系數曲線等等。整個過程中，電路的原理圖都是不變的，改變的只是端口的配置、仿真器的配置還有變量的配置。其中有幾個規(guī)律。對于用來仿真MIXER的HBSIMULATION要求1端口是射頻輸入端口、2端口是中頻輸入端口、3