ADS课程设计混频器11

微波混频器设计 目录

摘要.............................................................................................................3

一、 混频器基本原理..............................................................................3

二、具体设计过程....................................................................................4

1． 创建一个新项目..........................................................................4

2． 3dB定向耦合器设计..................................................................5

3． 低通滤波器..................................................................................8

4． 混频器频谱分析..........................................................................9

（1） 设计完整的电路...............................................................9

（2） 设置变量.........................................................................11

（3） 配置仿真器.....................................................................12

5． 噪音系数仿真............................................................................14

6． 噪声系数随RF频率的变化.....................................................14

7． 三阶交调系数............................................................................15

8． 功率－三阶交调系数................................................................17

三、总结...................................................................................................18

参考文献：...............................................................................................19

摘要

在无线通信系统中，混频器是一种常见的射频电路组件，主要用来将不同频

率的信号相乘，以实现频率的变换。它最基本的两个作用：上变频和下变频。其

中上变频的作用是将中频信号与射频本振信号混频成为发射的射频信号，通过天

线发射出去；下变频的作用是将天线接收到的射频信号与本地载波信号混频，经

过滤波后得到中频信号，并送到中频处理模块进行处理。本设计通过ADS仿真

掌握射频电路的工程设计方法和技巧，熟悉射频电路的调试过程，建立 设计、

开发射频电路和产品的系统概念，提高专业素质和工程实践能力。

关键字：混频器、ADS、变频

一、混频器基本原理

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 )2cos(1πω−=tVvsss 1-1 )cos(1πω−=tVvLLL 1-2

D2上电压

)cos(2tVvsssω= 1-3

)2cos(2πω+=tVvLLL 1-4

可见，信号和本振都分别以2π相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为2π

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：

∑∑∞

−∞=∞−+−=

mnLsmntjntjmIti

,,1)]()2(exp[)(πωπω

同样，D2式中的混频器的电流为：

∑∑∞

−∞=∞++=

mnLsmntjntjmIti

,,2)]2()(exp[)(πωω

当时，利用1,1±=±=nm1,11,1−++−=II的关系，可以求出中频电流为：

]2)cos[(41,1πωω+−=+−tIiLsIF

主要的技术指标有：

󰂗 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)；

󰂗 变频增益，中频输出和射频输入的比较；

󰂗 动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；

󰂗 双频三阶交调与线性度；

󰂗 工作频率；

󰂗 隔离度；

󰂗 本振功率与工作点。

二、具体设计过程

1．创建一个新项目

◇ 启动ADS，弹出ADS主窗口。

◇ 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，命名为3dB_coupler，并单击工具栏中

的SAVE按钮保存。 2．3dB定向耦合器设计

◇ 在原理图设计窗口的元件面板列表中选择“Tlines-Microstrip”元件面板。

◇

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3.2GHz到

4.4GHz

扫描。。

◇ 保存文档。

◇ 按“F7”仿真。

◇ 在数据显示中插入一个关于S11参数和一个关于S22参数的矩形图，如图6

所示。从图中可以看出，S11参数曲线和S22参数曲线在3.8GHz处的值都在

-40dB以下，说明耦合器的端口反射系数和端口间隔离度都可以达到要求。

图6

◇ 在数据显示窗口中，插入一个关于S31参数和一个关于S41参数的矩形图，

如图7所示。可以看到1端口到3端口以及从1端口到4端口的都有3dB左

右衰减，这同样满足设计要求。

图7

在数据显示窗口中分别插入一个关于S31参数相位和一个关于S41参数相位的

矩形图，如图8所示。可以看到相位曲线是线性的，这同样满足设计要求。

图8相位特性

这样就完成了3dB定向耦合器的设计，并仿真表明，它的参数完全满足设计要

求，可进行混频器电路其他电路部分的设计。 3．低通滤波器

由于混频器输出的频率成分中含有其他的高次谐波成分，因此混频输出后，

需要对信号进行滤波才能得到需要的中频信号。

1．在工程中心建一个原理图，命名为filter_lp.

2．选择Lumped Component元件面板，在元件中选择3个电感和2个电容，

并插入到原理图中，设置好参数。

3．按照图9连接好电路图，并从Simulation-S_Param面板中选择两个终端

负载元件，并分别插入到滤波器的输入输出端口。

图9 低通滤波器电路图

4．从Simulation-S_Param面板中选择S参数仿真控制器，并设置

Start=0.1GHz,表示频率扫描从0.1开始。

Stop=4GHz,表示频率扫描到4GHz终止。

Step=10MHz,表示频率扫描间隔10MHz。

单击仿真按钮，并查看仿真结果。如图10所示。

图 10低通滤波器的仿真结果

4．混频器频谱分析

（1）设计完整的电路

󰂗 按照下图加入元件连接好设置详细参数。

图11 完整的电路图

把混频器的电路图分解为如下图所示的8个部分，下面分别说明一下这8个部分

具体的情况。

图12

第一部分 第二部分

第三部分就是上面设计出来的3dB定向耦合器，具体请参考3dB耦合器一章。