電子與信息工程畢業(yè)論文雙平衡二極管混頻器的分析與設(shè)計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計</p><p>　　雙平衡二極管混頻器的分析與設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 &

2、lt;/p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　混頻器應(yīng)用于移動通信和微波通信以及各種高精度的微波測量系統(tǒng)中的前端電路，是射頻系統(tǒng)中的一個關(guān)

3、鍵部分，其性能的好壞直接影響到整個系統(tǒng)的性能。本文用ADS軟件設(shè)計了一個雙平衡二極管混頻器。最后通過仿真得到了二極管雙平衡混頻器的三階交調(diào)等參數(shù)。</p><p>　　本文介紹了混頻器的發(fā)展?fàn)顩r、混頻二極管以及利用它們來實現(xiàn)混頻的優(yōu)缺點。給出了混頻器相關(guān)的概念和指標(biāo)，還有各種不同結(jié)構(gòu)的混頻器電路及其指標(biāo)的差異。探討了二極管環(huán)形混頻電路的工作原理，通過分析和計算，得出最終輸出電流的組合頻率分量。按采用的非線性器件不

4、同，常用的混頻器有三極管混頻器、二極管混頻器和集成模擬乘法器構(gòu)成的混頻器，此外，還有采用變?nèi)荻O管等非線性元器件構(gòu)成的混頻器。其中，二極管混頻器主要應(yīng)用于工作頻率較高的無線電超外差式接收機(如米波段及微波接收機)或儀器中。其優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，噪聲低，工作頻段寬，組合頻率少。它的電路形式有單管式、平衡式及環(huán)形式(也稱為雙平衡式)等。在此主要討論雙平衡二極管混頻器，對其電路進行仿真分析。采用在輸出端加切比雪夫濾波器的方式濾除高次組合諧波；

5、根據(jù)輸出增益來確定最佳的本振輸入功率。最后給出雙平衡二極管混頻器的三階交調(diào)系數(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：混頻電路；二極管環(huán)形混頻器；三階交調(diào)；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Mixers used in mobile communications and microwave communicat

6、ions, and various high-precision microwave measurement system in the front-end circuits, RF systems is a key part of its performance directly affects the performance of the whole system.This software is designed with the

7、 ADS, a double-balanced diode mixer.Finally, the simulation has been double-balanced diode mixer third-order intermodulation and other parameters. This article describes the development of the mixer, mixer diodes an&

8、lt;/p><p><b>　　.</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1混頻器的產(chǎn)生和發(fā)展1</p><p>　　1.2 論文的主要工作1</p&

9、gt;<p>　　第2章 混頻器的工作原理及分類2</p><p>　　2.1混頻的概述2</p><p>　　2.2 混頻器的分類2 </p><p>　　2.4 混頻器類型3</p><p>　　第3章 混頻器的設(shè)計與仿真7</p><p>　　3.1混頻器參數(shù)7</p>&

10、lt;p>　　3.2雙平衡二極管混頻器的分析與設(shè)計8</p><p>　　3.2.1 混頻器電路設(shè)計8</p><p>　　3.2.2變量設(shè)置10</p><p>　　3.2.3仿真器配置10</p><p>　　3.3 肖特基二極管12</p><p>　　3.4 中頻輸出端低通濾波器設(shè)計13<

11、;/p><p>　　3.5混頻器本振功率的選擇18</p><p>　　3.6 混頻器三階交調(diào)分析19</p><p><b>　　結(jié)論25</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻26</b></p>&l

12、t;p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1混頻器的產(chǎn)生和發(fā)展 </p><p>　　混頻器已被廣泛應(yīng)用于移動通信，微波通信，以及各種高精密微波前端電路測試系統(tǒng)，射頻系統(tǒng)是其性能的關(guān)鍵部分，直接影響到整個系統(tǒng)的性能。通信工程和無線電技術(shù)，被廣泛用于調(diào)制系統(tǒng)中，輸入基帶信號，通過轉(zhuǎn)換進入高頻率的調(diào)制信號。在解調(diào)過程中，收到的信號調(diào)制高頻頻

13、率也將受到相應(yīng)的中頻信號轉(zhuǎn)換。特別是在超外差接收器，混頻器被廣泛使用，如AM廣播接收器將有一個535KHz調(diào)幅信號，可用1000Hz的本振將其變頻為465KHz的中頻信號。在為了提高發(fā)射機的發(fā)射頻率，多級發(fā)射器的穩(wěn)定性。以較低的頻率作為主振蕩器晶體振蕩器，產(chǎn)生一個非常穩(wěn)定的高頻主振信號，然后通過加，減，乘，除法運算轉(zhuǎn)化成無線電頻率，所以必須使用混頻器電路，如轉(zhuǎn)讓發(fā)送和接收頻道的電視轉(zhuǎn)換，衛(wèi)星通信上行，下行頻率轉(zhuǎn)換等，必須使用混頻器。因此

14、，混頻器電路是電子技術(shù)和無線電專業(yè)應(yīng)用必須掌握的關(guān)鍵電路。雙平衡混頻器在相位檢測技術(shù)也有應(yīng)用。因此，該混頻器已經(jīng)發(fā)展成為一個專門的技術(shù)進行開發(fā)。</p><p>　　混頻器是在第二次世界大戰(zhàn)中，伴隨著雷達接收機而產(chǎn)生的。在戰(zhàn)爭中為了增加雷達的作用距離，人們試圖從三個途徑進行分析研究。 </p><p>　　首先，增加傳輸功率。增加傳輸功率可以增加雷達范圍，但隨著發(fā)射功率的逐漸增加，不

15、僅成本高昂，而且超大功率會造成空間的電磁污染，影響人體健康。 </p><p>　　第二，增加天線的面積。由于天線尺寸的增加，增強了弱信號接收能力，從而提高了系統(tǒng)的接收靈敏度，使雷達的距離增加。但是，天線的面積，加工和伺服系統(tǒng)增加將使系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，制造困難，且要付出高昂的成本。 第三，降低混頻器的接收器噪聲系數(shù)，以提高雷達的范圍。采用低噪聲接收機可提高靈敏度，因此，盡量減少內(nèi)部的接收器的噪聲。因此，這種方

16、法既經(jīng)濟又有效的方式。</p><p>　　按采用的非線性器件不同，常用的混頻器有三極管混頻器、二極管混頻器和集成模擬乘法器構(gòu)成的混頻器，此外，還有采用變?nèi)荻O管等非線性元器件構(gòu)成的混頻器。其中，二極管混頻器主要應(yīng)用于工作頻率較高的無線電超外差式接收機(如米波段級微波接收機)或儀器中。其優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，噪聲低，工作頻段寬，組合頻率少。</p><p>　　1.2 論文的主要工作<

17、/p><p>　　本論文主要工作先了解混頻器的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用。學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識：混頻器相關(guān)知識學(xué)習(xí)。S參數(shù)。微波技術(shù)（微波電路）和高頻電子線路混頻器異同。半導(dǎo)體原理相關(guān)方面的內(nèi)容。深入了解混頻器的原理，作用及設(shè)計方法以及了解半導(dǎo)體二極管特性及混頻器的分類。 </p><p>　　對于仿真

18、軟件學(xué)習(xí)：ADS學(xué)習(xí)。最后使用ADS軟件設(shè)計混頻器，使用ADS軟件對混頻器的參數(shù)進行優(yōu)化，仿真。 </p><p>　　第2章 混頻器的工作原理及分類</p><p><b>　　2.1混頻的概述</b></p><p>　　混頻，又稱變頻，也是一種頻譜的線性搬移過程，它是使信號自某一個頻率變換成另一個頻率。完成這種功能的電路稱為混頻器（或變

19、頻器）。</p><p>　　混頻原理及特點:混頻是頻譜的線性搬移過程。在前面的分析已知，完成頻譜的線性搬移功能的關(guān)鍵是要獲得兩個輸入信號的乘積，能找到這個乘積項，就可完成所需的線性搬移功能。設(shè)輸入到混頻中的輸入已調(diào)信號和本振電壓分別為：這兩個信號的乘積為</p><p><b>　　2-1</b></p><p>　　若中頻，上式經(jīng)帶通濾波器

20、取出所需邊帶，可得中頻電壓為</p><p><b>　　2-2</b></p><p>　　由此可得完成混頻功能的原理框圖，如圖 2.1 (a)所示。也可用非線性器件來完成，如圖 2.1 (b) 所示。</p><p>　　圖(a) 混頻功能的原理框圖</p><p>　　圖(b) 非線性器件混頻功能的原理框圖<

21、;/p><p>　　2.2 混頻器的分類</p><p>　　混頻器分兩大類，即混頻和變頻。是由單獨的振蕩器提供本振的混頻電路稱為混頻器。為了簡化電路，振蕩和混頻功能由一個非線性器件（用同一晶體管）完成的混頻電路稱為變頻器。有時也將振蕩器和混頻器兩部分結(jié)合起來稱為變頻器。變頻器是四端網(wǎng)絡(luò)，混頻器是六端網(wǎng)絡(luò)。在實際實用中，通常將“混頻”與“變頻”兩詞混用，不再加以區(qū)分。</p>&

22、lt;p>　　混頻技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，混頻器是超外差接收機的關(guān)鍵部分。直接式接收機是高頻小信號檢波（平方律檢波），工作頻率變化范圍大時，工作頻率對高頻通道的影響比較大（頻率越高，放大量越低，反之超外差技術(shù)后，將接收信號混頻到一固定中頻，放大量基本不受接收頻率的影響，這樣，頻段內(nèi)信號的放大一致性較好，靈敏度可以用良好的濾波電路。采用超外差接收后，調(diào)整方便，放大量、選擇性主要由中頻部分決定，且中頻較高頻信號的頻率低，性能指標(biāo)容易得到滿

23、足?；祛l器在一些發(fā)射設(shè)備（如單邊帶通信機）中也是必不可少的。在頻分多址（FDMA)信號的合成、微波接力通信等系統(tǒng)中也是有其重要地位。此外，混頻器也是許多電子設(shè)備、測量儀器（如頻率合成器、頻譜分析儀等）的重要組成部分。 </p><p><b>　　2.4 混頻器類型</b></p><p>　　圖3.7.1晶體管混頻電路原理圖。 圖中調(diào)諧于輸入信號的載頻, 調(diào)諧于中頻

24、, 本振與VBB0迭加后作為偏置電壓。 </p><p>　　圖2.2 晶體管混頻電路原理圖</p><p>　　由于振幅很小, 振幅較大, 所以可視為線性時變工作狀態(tài)。采用上節(jié)的分析方法, 參照式可以看到, 中含有的組合頻率分量為:</p><p>　　 | 2-3<

25、/p><p>　　其中中頻電流分量為:</p><p>　　 2-4</p><p>　　上式中是的振幅, 是晶體管跨導(dǎo)中的基頻分量振幅?？闪钍街? , 對進行積分而求出, 而跨導(dǎo)</p><p><b>　　2-5</b></p>&

26、lt;p>　　若定義混頻跨導(dǎo)即中頻電流振幅II與輸入信號振幅Us之比, 則有: </p><p>　　若回路總諧振電導(dǎo)為, 則可以求得混頻電壓增益 </p><p>　　給混頻電路提供的本振信號可以由單獨的振蕩電路產(chǎn)生, 也可以由混頻晶體管本身產(chǎn)生。由一個晶體管同時產(chǎn)生本振信號、實現(xiàn)混頻的電路通常稱為變頻器。圖3.7.2給出了一個典型收音機變頻器電路。在圖2.3中, 輸入信號和本振信

27、號分別加在晶體管的基極和發(fā)射極上, 輸出中頻信號由連接集電極的諧振回路取出。本振電路是由晶體管、振蕩回路(L4C6、C7、C8)和反饋電感L3組成的變壓器耦合反饋振蕩器。 雙聯(lián)可變電容作為輸入回路和本振回路的統(tǒng)一調(diào)諧電容, 使得在整個中波波段內(nèi), 本振頻率均與輸入載頻同步變化, 二者之差恒等于中頻。 </p><p>　　圖2.3 變頻器電路</p><p>　　變頻器的優(yōu)點是電路簡單,

28、節(jié)省元器件, 缺點是本振頻率容易受信號載頻的牽引, 無法兼顧使振蕩與混頻都處于最佳工作狀態(tài), 且一般工作頻率不高。</p><p>　?。?）.二極管混頻電路</p><p>　　圖2.2(a)是二極管平衡混頻電路原理圖, (b)是其等效電路。由圖可見, 若忽略輸出電壓的反饋作用, 則加在兩個二極管上的電壓分別是：</p><p>　　

29、 2-6</p><p>　　由于很小, 很大, 故二極管工作在受控制的開關(guān)工作狀態(tài)。若不考慮輸出回路電壓的反饋作用, 采用分析方法, 流過兩個二極管的電流可分別寫成:</p><p><b>　　2-7</b></p><p><b>　　輸出回

30、路電流</b></p><p><b>　　2-8</b></p><p>　　將式代入, 可求得i中的組合頻率分量為和 其中中頻電流分量為： 式中和分別是信號的振幅和二極管電導(dǎo)?？紤]到輸出電壓的反饋作用, 實際中頻電流要比上式小一些。</p><p>　　雙平衡(環(huán)形)混頻電路可看成是由兩個二極管平衡混頻電路組成。在正半周, 二極

31、管V1、V2導(dǎo)通, 對應(yīng)的開關(guān)函數(shù)為； 在負半周, 二極管V3、V4導(dǎo)通, 對應(yīng)的開關(guān)函數(shù)為。 由圖可求得輸出回路電流</p><p><b>　　2-9</b></p><p>　　代入, 可求得i中的組合頻率分量為 其中中頻電流分量為:</p><p>　　圖2.4 二極管平衡混頻電路原理圖</p><p>　　

32、平衡混頻電路與環(huán)形混頻電路輸出的無用組合頻率分量均比晶體管混頻電路少, 而環(huán)形電路比平衡電路還要少一個分量, 且增益加倍。 </p><p>　　二極管平衡與環(huán)形電路也可廣泛用于調(diào)幅、 檢波等其它方面, 但主要仍用于混頻, 這是因為其增益小于1, 但工作頻率很高的特點。 </p><p>　　圖2.5 二極管環(huán)形混頻電路原理圖 </p><p>　　第3章 混頻

33、器的設(shè)計與仿真</p><p>　　ADS(Advanced Design System)先進設(shè)計系統(tǒng)是安捷倫科技有限公司(Agilent)為適應(yīng)競爭形勢研發(fā)生產(chǎn)設(shè)計開發(fā)的一款EDA軟件。軟件迅速成為工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域EDA軟件的領(lǐng)先者，因為強大的功能、豐富的模板支持外加高效準(zhǔn)確的仿真能力（尤其在射頻微波領(lǐng)域），從而而得到了廣大IC設(shè)計工作者的認可。 ADS軟件是高頻設(shè)計的工業(yè)領(lǐng)先者。它支持系統(tǒng)和射頻設(shè)計師開發(fā)所有類型

34、的射頻設(shè)計，從簡單到最復(fù)雜。通過從頻域和時域電路仿真到電磁場仿真的全套仿真技術(shù)，ADS讓設(shè)計師全面表征和優(yōu)化設(shè)計。單一的集成設(shè)計環(huán)境提供系統(tǒng)和電路仿真器，以及電路圖捕獲、布局和驗證能力，因此不需要在設(shè)計中停下來更換設(shè)計工具。</p><p><b>　　3.1混頻器參數(shù)</b></p><p><b>　　1.變頻增益</b></p>

35、<p>　　變頻增益是混頻器的輸出信號強度與輸入信號強度的比值。變頻增益可用變頻電壓增益和變頻功率增益來表示?？啥x變頻功率增益為輸出中頻信號功率 與輸入高頻信號功率之比，即</p><p><b>　　3-1</b></p><p>　　通常用分貝數(shù)表示變頻增益，有</p><p><b>　　3-2</b>

36、;</p><p>　　變頻增益表征了變頻器把輸入高頻信號變換為輸出中頻信號的能力。增益越大，變換的能力越強，故希望變頻增益大。</p><p><b>　　2.三階交調(diào)系數(shù)</b></p><p>　　三階交調(diào)的簡稱是三階交調(diào)截取點IP3（Third-order Intercept Point），多載波通訊系統(tǒng)中包括微波和射頻，三階交調(diào)截取點

37、IP3是一個衡量線性度或失真的重要指標(biāo)。交調(diào)失真對模擬微波通信來說，會產(chǎn)生鄰近信道的串?dāng)_，對數(shù)字微波通信來說，會降低系統(tǒng)的頻譜利用率，并使誤碼率惡化；因此容量越大的系統(tǒng)，要求IP3越高，IP3越高表示線性度越好和更少的失真。IP3通常用兩個輸入音頻測試，這里所指的音頻與我們在低頻電子線路的音頻有區(qū)別，實際上是兩個靠的比較近的射頻或微波頻率。</p><p>　　圖3.1 三階交調(diào)增益曲線</p>&

38、lt;p>　　3.2雙平衡二極管混頻器的分析與設(shè)計</p><p>　　利用ADS2009設(shè)計C波段微帶鏡像抑制混頻器，分析混頻器的非線性特性?；祛l器技術(shù)指標(biāo)如下所述。</p><p>　　信號頻率（RF)：3.6GHz</p><p>　　本振頻率（LO）：3.8GHz</p><p>　　中頻頻率（IF）：200MHz</p&

39、gt;<p>　　3.2.1 混頻器電路設(shè)計</p><p>　　混頻器的完整電路如圖3.1所示。將其分成8部分，下面針對每個部分進行具體設(shè)計。</p><p>　　3.1 完整混頻電路</p><p>　　第1部分 射頻信號輸入端口。在“Sources-Freq Domain”中加入單音頻信號源，按照圖3.2所示進行參數(shù)設(shè)計。</p>

40、<p>　　第2部分 本振輸入信號端口。依照第一部分的方法，進行參數(shù)設(shè)計，如圖3.2所示。</p><p>　　第3部分3dB定向耦合器。</p><p>　　第4部分 晶體管，其中晶體管是使用了模型。</p><p>　　3.2 輸入端電路圖</p><p>　　5）在類“Devices-Diodes”中選擇控件，并雙擊修改屬性

41、，建立二極管模型，具體參數(shù)設(shè)計參考圖3.3。</p><p>　　圖3.3 二極管模型參數(shù)</p><p>　　6)第5部分 低通濾波器。</p><p>　　7)第6部分 負載，用“Term”來做輸出負載，如圖4.2.4所示。利用菜單欄中控件，設(shè)置“vout”來標(biāo)注與負載相連的線。該設(shè)置在以后仿真結(jié)果輸出時使用。</p><p><b

42、>　　圖3.4 負載電路</b></p><p><b>　　3.2.2變量設(shè)置</b></p><p>　　在電路原理圖窗口中選擇控件，雙擊修改其屬性，如圖4.2.5 所示。</p><p>　　在類“Optim/Stat/Yield/DOE”中選擇控件，設(shè)置屬性為“ConvGain=dBm(mix(vif,{-1,1}))

43、-PRF”，如圖所示。</p><p><b>　　圖3.5VAR設(shè)置</b></p><p>　　圖3.6 MeasEqn設(shè)置</p><p>　　3.2.3仿真器配置</p><p>　　在類“Simulation-HB”中選擇控件和控件，先雙擊修改其屬性，主要把溫度改為符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的16.85C。</p&

44、gt;<p>　　雙擊控件，配置諧波平衡仿真器，具體參數(shù)如圖3.7 所示。</p><p>　　保存電路，單擊按鈕，進行仿真。</p><p>　　在出現(xiàn)的數(shù)據(jù)顯示窗口中，選擇控件，并單擊按鈕，在對話框輸入“dBm(vif)”，單擊OK可以顯示中頻輸出的頻譜分量，如圖3.7 所示，仿真曲線如圖 所示。</p><p>　　圖3.7 仿真器屬性設(shè)置&

45、lt;/p><p>　　圖3.8 中頻輸出頻率設(shè)置</p><p>　　圖3.9 中頻輸出頻譜曲線</p><p>　　3.3 肖特基二極管</p><p>　　雙平衡混頻器設(shè)計中最重要的就是二極管的選擇，這里選擇肖特基二極管來進行設(shè)計。</p><p>　　肖特基二極管是貴金屬A為正極，以N型半導(dǎo)體B為負極，利用二者接觸

46、面上形成的勢壘具有整流特性而制成的半導(dǎo)體器件。因為大量的電子存在著N型半導(dǎo)體中，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴散。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便組成了肖特基勢壘。 </p><p>　　典型的肖特基整流管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是以N型半導(dǎo)體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層

47、。用二氧化硅（SiO2）來去除邊緣區(qū)域的電場，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)電阻，其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層，其作用是減小陰極的接觸電阻。通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，N型基片和陽極金屬之間便形成肖特基勢壘。當(dāng)在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓時，肖特基勢壘層變窄，其內(nèi)阻變?。幌喾?，在肖特基勢壘的兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內(nèi)阻就變大。 </p><p>　　圖3.10 肖特

48、基二極管的伏安特性</p><p>　　以上所述，肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與和PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管，而把金屬半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管，近年來，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世，這不僅可節(jié)省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數(shù)的一致性。 </p><p>　　3.4 中頻輸出端低通濾波器設(shè)計</p><p>　　混頻輸

49、出的中頻不僅包含了射頻和本振的和差頻，還包含了他們的高次組合諧波，為了得到200MHz的中頻輸出，需要加濾波器將高次組合諧波濾掉，因此需要中頻輸出端加低通率波器，這里采用設(shè)計向?qū)碓O(shè)計集總參數(shù)的切比雪夫低通濾波器。設(shè)計過程如下：</p><p>　　在原理圖的Filter_Lowpass1中，選擇[DesignGuide]菜單>[Filter],彈出[Filter]對話 </p><p&

50、gt;　　框，在對話框中選擇[Filter Conterol Window]項。[Fiter]對話框。</p><p>　　單擊[Filter]對話框[OK]按鈕，關(guān)閉[Filter]對話框，同時將彈出濾波器設(shè)計向?qū)С跏即?</p><p>　　口[Filter DesignGuide]。</p><p>　　在[Fiter DesignGuide]窗口中，單擊工

51、具欄中的按鈕[ComponentPalette-ALL]列表下元</p><p>　　件面板，[Filter DG-ALL]元件面板上列出了各種類型濾波器的設(shè)計向?qū)В傇?</p><p>　　低通、高通、帶通、和帶阻濾波器設(shè)計向?qū)А?lt;/p><p>　　在[Filter DG-ALL]元件面板上，選擇雙端口低通濾波器，插入原理圖的畫圖區(qū)，然后單</p

52、><p>　　擊按鈕，結(jié)束當(dāng)前命令。原理圖中的雙端口低通濾波器。 </p><p>　　重新回到[Filter DesignGuide]窗口，單擊窗口中[Filter Assistant]按鈕，在[Filter </p><p>　　DesignGuide]窗口中出現(xiàn)濾波器設(shè)計向?qū)?，[SmartConmpoent]項為DA_LCLowpassDT1,說</p>

53、;<p>　　明Filter_Lowpass1原理圖中現(xiàn)在出現(xiàn)了快捷元件項DA_LCLowpassDT1，設(shè)計向?qū)Ь褪怯?lt;/p><p>　　來設(shè)計原理圖中的快捷元件DA_LCLowpassDT1。</p><p>　　圖3.11濾波器設(shè)計向?qū)г姘?lt;/p><p>　　圖3.12雙端口低通濾波器原理圖</p><p>　　圖

54、3.13濾波器設(shè)計向?qū)е械脑O(shè)計選項</p><p>　　下面對圖 中[Fiter DesignGuide]窗口的參量介紹如下。</p><p>　　·Source Impedances為源阻抗，源阻抗的默認狀態(tài)為。.</p><p>　　·Load Impedances為負載阻抗，負載阻抗的默認狀態(tài)為。</p><p>

55、　　·First Element為濾波器第一個元件的串聯(lián)方式，Parallel為并聯(lián)方式，Series為串聯(lián)方式，軟件的默認狀態(tài)為Parallel并聯(lián)方式。</p><p>　　·Order(N)為濾波器的階數(shù)，濾波器的階數(shù)與濾波器的元件數(shù)相同</p><p>　　·Repone Type為濾波器的響應(yīng)的方式，濾波器響應(yīng)的方式有最大平滑Maximally Fl

56、at(也稱為巴特沃斯）、切比雪夫Chebyshev、橢圓Elliptic和高斯Gaussian等，軟件默認的濾波器響應(yīng)方式為最大平滑Maximally Flat</p><p>　　·AP(dB)為濾波器通帶的衰減。</p><p>　　·As(dB)為濾波器阻帶的衰減。</p><p>　　·Fp為濾波器通帶的頻率。</p>

57、;<p>　　·Fs為濾波器阻帶的頻率。</p><p>　　圖4.3.4是初始狀態(tài)，下面設(shè)置圖4.3.4中快捷元件DA_LCLowpassDT1的參數(shù)。</p><p>　　·Repone Type選為切比雪夫Chebyshev。</p><p>　　·AP(dB）選為0.5</p><p>　　

58、·As(dB)選為60</p><p>　　·Fp選為220MHz</p><p>　　·Fs選為280MHz</p><p>　　·其余選項保持默認狀態(tài)。</p><p>　　單擊[Filter DesignGuide]窗口中的[Design]按鈕，軟件中的設(shè)計向?qū)瓿稍O(shè)計。</p>&

59、lt;p>　　現(xiàn)在觀察[Filter DesignGuide]窗口，可以看到現(xiàn)在窗口中曲線已經(jīng)改變?yōu)閳D。</p><p>　　圖3.14濾波器設(shè)計向?qū)е蟹现笜?biāo)的響應(yīng)</p><p>　　在帶通濾波器的響應(yīng)是等幅值的波紋，在阻帶濾波器的衰減隨頻率的升高單調(diào)上升，這是切比雪夫低通濾波器。</p><p>　　8.現(xiàn)在原理圖中的DA_LCLowpassDT1元件已

60、經(jīng)有了子電路，下面觀察子電路，觀察子電路的步驟如下。</p><p>　　·在原理圖中選中DA_LCLowpassDT1元件。</p><p>　　·然后單擊原理圖工具欄中的按鈕，進入DA_LCLowpassDT1元件子電路，DA_LCLowpassDT1元件子電路。</p><p>　　·由圖3.15可以看出，滿足技術(shù)指標(biāo)的濾波器階數(shù)

61、為5，也就是濾波器階數(shù)為5，也就是濾波器有6個元件。</p><p>　　在原理圖的工具欄中，單擊按鈕，由DA_LCLowpassDT1元件子電路退出，回到圖3.16所示的原理圖中。</p><p>　　觀察原理圖的仿真結(jié)果</p><p>　　下面在原理圖Filter_Lowpass1中設(shè)置仿真控件，來觀察DA_LCLowpassDT1元件的s參數(shù)，DA_LCLo

62、wpassDT1元件的子電路為集總參數(shù)低通濾波器。</p><p>　　打開Filter_Lowpaddl1原理圖。</p><p>　　在原理圖Filter_Lowpaddl1上選擇S參數(shù)仿真元件面板，在元件面板上選擇負載終端Term,將負載終端Term兩次插入原理圖中，定義負載Term1為輸入端口，負載終端Term2為輸出端口。</p><p>　　在原理工具欄

63、中的按鈕，將底線（GROUND)兩次插入原理圖，讓兩個負載終端Term接地。</p><p>　　在單擊工具欄中的按鈕，將原理圖中的負載終端Term和低通濾波器連接起來。</p><p>　　圖3.15帶有負載終端低通濾波器原理圖</p><p>　　在s參數(shù)仿真元件面板上，選擇s參數(shù)仿真控件SP插入原理圖的畫圖區(qū)，對S參數(shù)仿真控件設(shè)置如下。</p>

64、<p>　　·頻率掃描類型選為線性Linear。</p><p>　　·頻率掃描的起始值設(shè)為0MHz。</p><p>　　·頻率掃描的終止值設(shè)為350MHz。</p><p>　　·頻率掃描的步長設(shè)為20MHz。</p><p>　　·其余的參數(shù)保持默認狀態(tài)。</p>

65、<p>　　單擊S參數(shù)仿真控件設(shè)置窗口中的[OK]按鈕，完成對S參數(shù)仿真控件的設(shè)置，現(xiàn)在用于仿真的集總參數(shù)低通濾波器原理圖如圖4.3.6所示。</p><p>　　現(xiàn)在可以所示的原理圖仿真了。在原理圖工具欄中單擊按鈕，運行仿真，仿真結(jié)束后，數(shù)據(jù)顯示視窗自動彈出。</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示視窗的初始狀態(tài)沒有任何數(shù)據(jù)顯示，用戶自己選擇需要顯示的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)顯示的方式，這里選擇的步

66、驟如下。</p><p>　　·在數(shù)據(jù)顯示視窗中，單擊數(shù)據(jù)顯示方式面板中的矩形圖標(biāo)，插入數(shù)據(jù)顯示區(qū)。</p><p>　　·選擇矩形圖的橫軸為頻率，縱軸為用分貝（dB）表示的。</p><p>　　·在曲線上插入3個Marker,曲線如圖4.3.6所示，表示信號由端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)。</p><p>　

67、　圖3.16用于仿真的集總參數(shù)低通濾波器原理圖</p><p>　　圖3.17低通濾波器數(shù)據(jù)顯示</p><p>　　·單擊工具欄中的，保存數(shù)據(jù)。</p><p>　　由圖4.3.7可以看出，曲線在180MHz、220MHz和260MHz處的值如下。</p><p>　　·在180MHz，的值為-0.006dB。</

68、p><p>　　·在220MHz，的值為-0.500dB。</p><p>　　·在260MHz，的值為-51.944dB。</p><p>　　3.5混頻器本振功率的選擇</p><p>　　將端口2的單頻功率P_1Tone重新設(shè)置如下。</p><p>　　·P=dbmtow(LO_pwr

69、),表示單頻功率源輸出信號為變量LO_pwr。</p><p>　　·其他設(shè)置保持不變。</p><p>　　端口2的單頻功率源如圖 3.18所示。</p><p>　　在工具欄中選擇[VAR]，插入原理圖，將本振功率設(shè)置為LO_pwr=10,完成設(shè)置的變量控件[VAR]如圖3.19所示。</p><p>　　圖3.18端口2的單頻

70、功率源 </p><p><b>　　圖3.19變量控件</b></p><p>　　在諧波平衡仿真元件面板上，選擇參數(shù)掃描[PARAMETER SWEEP]插入原理圖，對參數(shù)掃描控制器設(shè)置如下。</p><p>　　·掃描的變量設(shè)置為本振功率LO_pwr。</p><p>　　·掃描的仿真設(shè)置為HB

71、1。</p><p>　　·掃描的起始值為1.</p><p>　　·掃描的終止值為20.</p><p>　　·掃描的步長設(shè)為1.</p><p>　　設(shè)置完成的參數(shù)掃描控制器如圖 3.20所示。</p><p>　　在原理圖的工具欄中單擊，運行仿真。當(dāng)仿真結(jié)束后，數(shù)據(jù)顯示視窗會自動彈出

72、，在數(shù)據(jù)顯示視窗中插入Vout的矩形圖，顯示Vout的仿真結(jié)果，并在Vout曲線的峰值處插入一個標(biāo)記marker,Vout的仿真結(jié)果如圖3.20所示。</p><p>　　圖3.20參數(shù)掃描控制器</p><p>　　圖3.21 輸出信號隨本振功率的變化</p><p>　　由圖可以看出，Vout的輸出與本振功率有關(guān)，當(dāng)本振功率為29dBm時，Vout的輸出最大，為

73、-32.194dBm。</p><p>　　3.6 混頻器三階交調(diào)分析</p><p>　　將端口1的單頻功率源P_1Tone更換為多頻率源P_nTone,并對P_nTone設(shè)置如下。</p><p>　　·Freq[1]=（RF_freq-fspacing/2）GHz,這是多頻功率源的第一個基準(zhǔn)頻率。</p><p>　　

74、3;Freq[2]=（RF_freq+fspacing/2）GHz,這是多頻功率源的第二個基準(zhǔn)頻率。</p><p>　　·P(1)=dbmtow(-20),這是第一個基準(zhǔn)頻率的功率源輸出功率。</p><p>　　·P(2)=dbmtow(-20),這是第二個基準(zhǔn)頻率的功率源輸出功率。</p><p>　　·其他設(shè)置保持不變。<

75、/p><p>　　端口1的功率源設(shè)置如圖3.22所示。</p><p>　　將端口2的單頻功率源P_1Tone重新設(shè)置如下。</p><p>　　·P=dbmtow(LO_pwr),表示單頻功率源輸出功率為變量LO_pwr。</p><p>　　·Freq=LO_freqGHz,表示本振頻率為變量LO_freq。</p&

76、gt;<p>　　·其他設(shè)置保持不變。</p><p>　　端口2的單頻功率源如圖 3.22所示。</p><p>　　圖3.22端口1的功率源 </p><p>　　圖3.23 端口2的單頻功率源</p><p>　　修改變量控件[VAR]如下。</p><p>　　·IF_freq

77、=RF_freq-LO_freq</p><p>　　·RF_freq=3.6</p><p>　　·LO_freq=3.8</p><p>　　·fspacing=0.2e-3</p><p>　　·LO_pwr=10</p><p>　　修改完成的變量控件[VAR]如圖所示。

78、</p><p>　　刪掉參數(shù)掃描控制器[PARAMETERSWEEP]。</p><p>　　修改諧波平衡仿真控制器，對諧波平衡仿真控制器設(shè)置如下。</p><p>　　·Freq[1]=LO_freq GHz,這是諧波平衡仿真控制器的第一個基準(zhǔn)頻率。</p><p>　　·Freq[2]=（RF_freq+fspaci

79、ng/2）GHz，這是諧波平衡仿真控制器的第二個基準(zhǔn)頻率。</p><p>　　·Freq[3]=（RF_freq-fspacing/2）GHz,這是諧波平衡仿真控制器的第三個基準(zhǔn)頻率。</p><p>　　·Order[1]=3,表示諧波平衡仿真時第一個基波頻率的最大諧波次數(shù)為3。.</p><p>　　·Order[2]=3,表示諧

80、波平衡仿真時第二個基波頻率的最大諧波次數(shù)為3。.</p><p>　　·Order[3]=3,表示諧波平衡仿真時第三個基波頻率的最大諧波次數(shù)為3。</p><p>　　諧波平衡仿真控制器如圖3.24所示。</p><p>　　圖3.25變量控件 </p><p>　　圖3.26諧波平衡仿真控制器</p>

81、<p>　　在原理圖的工具欄中單擊.按鈕，運行仿真。當(dāng)仿真結(jié)束后，數(shù)據(jù)顯示窗會自動彈出，在數(shù)據(jù)顯示窗插入Vout的矩形圖，顯示Vout的仿真結(jié)果。</p><p>　　更改橫軸取值范圍，Vout的仿真結(jié)果如圖3.27所示，圖中是中頻附近的各頻率成分。</p><p>　　圖3.27 輸出信號功率頻譜</p><p>　　在諧波平衡仿真元件面板上，選擇方程

82、控件[MeasEqn]插入原理圖中，對測量方程控件設(shè)置如下。</p><p>　　·IP3output=ip3_out(Vout,{-1.,1,0},{-1,2,-1},50），這是測量輸出三階交調(diào)點的測量方程。</p><p>　　·PIFTone=dBm(mix(Vout,{-1,1,0}))，這是測量輸出中頻成分的功率測量方程。</p><p&

83、gt;　　·ConvGain=PIFTone+20，這是測量混頻器轉(zhuǎn)換增益的測量方程。</p><p>　　·IP3input=IP3output-ConvGain，這是測量輸入三階交調(diào)的測量方程。</p><p>　　設(shè)置完成的測量方程控件如圖3.28所示。</p><p>　　圖3.29測量方程控件</p><p>　

84、　在諧波平衡仿真元件板上，選擇參數(shù)掃描控制器[PARAMETER SWEEP]插入原理圖中，對參數(shù)掃描控制器設(shè)置如下。</p><p>　　·掃描的變量設(shè)置為本振功率LO_pwr。</p><p>　　·掃描的仿真設(shè)置為HB1。</p><p>　　·掃描的起始值設(shè)為1.</p><p>　　·掃描的終

85、止值設(shè)為40.</p><p>　　·掃描的步長設(shè)為1.</p><p>　　設(shè)置完成的參數(shù)掃描控制器如圖3.30所示。</p><p>　　圖3.30參數(shù)掃描控制器</p><p>　　在原理圖工具欄中單擊按鈕，運行仿真。當(dāng)仿真結(jié)束后，數(shù)據(jù)顯示窗會自動彈出，在數(shù)據(jù)顯示視窗中插入三階交調(diào)圖，三階交調(diào)如圖所示。</p>

86、<p>　　由圖3.35和圖3.36可知，本振功率在20dBm以上時，輸出中頻功率和變頻增益值較高，且變化比較平坦。但是由圖3.33和圖3.34可見，輸入和輸出三階交調(diào)在本振功率為17dBm時最低。所以可取本振功率為19dBm左右時較合適。</p><p>　　圖3.33 輸出三階交調(diào)隨本振輸入功率的變化曲線</p><p>　　圖3.34 輸入三階交調(diào)隨本振輸入功率的變化曲線&

87、lt;/p><p>　　圖3.35 變頻增益隨本振功率的變化曲線</p><p>　　圖3.36 中頻輸出功率隨本振功率的變化曲線</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本文從混頻器件的發(fā)展歷史開始，依次對混頻二極管、三極管混頻器的工作原理、主要指標(biāo)參數(shù)、各種混頻器基本電路形式、具體設(shè)計方法進行了論述

88、；并對半導(dǎo)體二極管和肖特基二極管進行了詳細的介紹。本文對雙平衡二極管混頻器電路進行了簡單的仿真設(shè)計分析。采用在輸出端加切比雪夫濾波器的方式濾除高次諧波組合；根據(jù)輸出增益來確定最佳的本振輸入功率。最后給出雙平衡二極管混頻器的三階交調(diào)系數(shù)。采用ADS軟件來對混頻器進行仿真分析，可節(jié)省開發(fā)成本，亦可根據(jù)結(jié)果進行直接改進，縮短開發(fā)周期。本文設(shè)計的二極管雙平衡混頻器組合分量較少，但三階交調(diào)系數(shù)并不理想，有待進一步的改進。</p>&

89、lt;p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］曾興雯．高頻電子線路[M]．高等教育出版社，2004.</p><p>　?。?］馮新宇．ADS2009射頻電路設(shè)計與仿真[M]．電子工業(yè)出版社，2010.</p><p>　?。?］劉長軍．射頻通信電路設(shè)計[M]．科學(xué)出版社，2005.</p><p&

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