文档介绍：混频器的设计与仿真
设计题目: 混频器的设计与仿真
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日期: 2011 年 12 月 20 日
目录
一、混频器的原理 3
3
2、混频器的技术指标 4
二、混频器的设计 5
1、3 dB定向耦合器的设计 5
、建立工程 5
、搭建电路原理图 5
、设置微带线参数 7
、耦合器的S参数仿真 8
2、完整混频器电路设计 10
3、低通滤波器的设计 12
三、混频器性能仿真 14
1、混频器功能仿真 14
、仿真原理图的建立 14
16
2、本振功率的选择 18
3、混频器的三阶交调点分析 19
、三阶交调点的测量 19
、三阶交调点与本振功率的关系 22
4、混频器的输入驻波比仿真 22
四、设计总结 24
在无线通信系统中,混频器也是一种常见的射频电路组件,它主要用来对信号进行频率变换。在接收机中,一般用来对接收机的射频信号进行下变频;在发射机中,一般用来对中频信号进行上变频。下面将设计一个镜像抑制混频器,并对她的参数进行仿真。
混频器的原理
1、混频器的基本原理
混频器通常被用来将不同频率的信号相乘,以实现频率的变换。它最基本的作用有两个:上变频和下变频。其中上变频的作用是将中频信号与本振信号混频成为发射的射频信号,通过天线发射出去;下变频器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。图1就是一个平衡混频器的电离臂,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 镜像抑制混频器的原理
假设射频信号和本振信号分别从隔离臂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VD1,VD2上的信号和本振电压分别为由式1到式4表示:
(1)
(2)
(3)
(4)
可见,射频信号和本振信号都分别以π/2相位差分配到两只二极管上,故这类混频器称为π/2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:
(5)
同样D2中的混频电流为:
(6)
当m=±1,n=±1时,利用式(7)的关系,可以求出中频电流如式(8)所示。
(7)
(8)
这样就可以看出,输出的中频信号的频率是输入的射频信号的频率与本振信号的频率之差,从而达到了混频的目的。
2、混频器的技术指标
混频器主要的技术指标如下:
(1)、噪声系数和等效相位噪声:它描述了混频器的噪声特性,有两种表现形式,分别为单边带噪音系数和双边带噪音系数。
(2)、变频增益:虽然混频器的输入信号和输出信号的频率不同,但仍然可以利用输出信号功率与输入信号功率之比来表示混频器的增益。
(3)、动态范围:混频器的动态范围是指它正常工作时的输入信号的功率范围,超过这个范围将对信号的增益和频率成分产生影响。
(4)、双频三阶交调与线性度。
(5)、工作频率:混频器的工作频率是指输入或输出射频信号的频率。
(6)、隔离度:隔离度一般是指混频器射频信号输入端口与本振信号输入端口之间的隔离特性。
(7)、本振功率:本振功率是指完成混频功能需要输入本振信号的功率。
二、混频器的设计
图1所示的混频器电路主要由3 dB定向耦合器、匹配电路和晶体管组成。
1、3dB定向耦合器的设计
、建立工程
、运行ADS,弹出ADS的主窗口。
、选择【File】【New Project】命令,打开“New Project”(新建工程)对话框,可以看见对话框中已经存在了默认的工作路径“c:\users\default”,在路径的末尾输入工程名为:mixer,并且在【Project Technology Files】栏中选择“ADS Standard:Length unilmillimeter”,即工程中的默认长度单位为毫米,如图2示。
图2 新建mixer工程
、单击【OK】按钮,完成新建工程,同时打开原理图设计窗口。
、搭建电路原理图
(1)、选择【File】【New Design…】命令,在工程中新建一个原理图。
、在新建设计窗口中给新建的原理图命名,这里命名为3dB_couple,并单击工具栏中的【Save】按钮保存设计。
、在原理图设计窗口的元件面板列表中选择“TLines-Microstrip”元件面板,并从元件面板中选择3个MLIN和2个MTEE插入到原理图中。
、调整它们的放置方式,并按照图3所示的形式连接起来,组成定向耦合器的一条支路。
、从