基于ADS的微波混頻器設計與仿真★

2011-06-13 12:52:58趙晶亮呂晶晶趙永亮

電子測試 2011年8期

關鍵詞：設計

趙晶亮，呂晶晶，趙永亮

（中北大學信息探測與處理技術研究所，山西太原 030051）

0 引言

本文主要對微波混頻器進行深入研究，并設計出單平衡混頻器電路，采用平面微帶混合集成的方案實現。在此課題中，利用Agilent公司的ADS軟件進行電路的計算機輔助設計，電路仿真和優化。

預期目標技術指標要求：射頻頻率為4.8GHz；本振頻率為5GHz；變頻損耗≤12dB；噪聲系數≤15dB。

1 混頻器原理與分析

1.1 混頻器工作原理

兩個不同頻率的高頻電壓作用于非線性器件時，經非線性變換，電流中包含直流分量、基波、諧波、和頻、差頻分量等。其中差頻分量-就是混頻所需要的中頻成分，通過中頻帶通濾波器把其它不需要的頻率分量濾掉，取出差頻分量完成混頻[2]?；祛l器主要組成如圖1所示。

圖1 混頻器組成圖

利用諧波平衡法適合對混頻器這種有著強非線性的電路進行分析。對諧波混頻電路，在理想情況下，我們可以將其簡化為單端混頻器的情況來進行處理[3]。

1.2 混頻器的選型和技術指標

采用無源器件二極管作為非線性器件。在微波毫米波頻段，都采用肖特基勢壘二極管。其優點是電路簡單、設計容易、便于集成、工作穩定，工作帶寬可以做的比較寬，有時達幾個甚至幾十個倍頻程，性能好。肖特基勢壘二極管非線性程度好，因而是目前微波/毫米波混頻器中的主要變頻元件[4]。

毫米波混頻器由于其廣泛的應用場合，對性能的要求通常是不同的。根據工程應用實踐，混頻器主要包括以下指標：變頻損耗、噪聲系數、帶寬、動態范圍、三階交調與P1dB、鏡頻抑制度、端口隔離度及各端口駐波比等[5]。

2 單平衡微帶混頻器的設計

2.1 單平衡混頻器設計方案

首先我們應該確定整體電路的拓撲，通過查閱大量文獻以及充分的理論分析，確定的電路拓撲如圖2所示。

圖2 微帶型單端混頻器仿真拓撲圖

由定向耦合器、阻抗匹配電路、二極管、相移線、高頻短路塊、電感線、中頻及直流通路和匹配負載等組成。微波信號從定向耦合器的輸入端口1加入，本振功率從定向耦合器的另一個輸入口2加入。定向耦合器保證本振口和信號口有適當的隔離度，一般取耦合度約為10dB。定向耦合器至混頻管之間有1/4波長阻抗變換器，以完成阻抗匹配，使信號和本振功率有效地加到二極管。混頻二極管是一個復阻抗，可在工作頻率下測量。電路中采用兩只混頻管，要求混合電路能使信號和本振都能以等分的功率及一定的相位關系加到兩只二極管上。常采用的混合電路時環行橋和分支線定向耦合器。平衡混頻器電路主要對型平衡混頻器進行研究[6]。

2.2 3dB定向耦合器的設計

定向耦合器是一個四端口網絡，它有輸入端口、直通端口、耦合端口和隔離端口。其主要技術指標有耦合度、定向性、輸入駐波比和工作帶寬。通過對電路進行仿真分析，可以得到輸出端口間的相位差、輸入端口的隔離度和輸入端口的回波損耗。為下一步整體電路的設計打好基礎[7]。在ADS軟件里建立3dB定向耦合器電路模型如圖3所示。