混频器的设计与仿真

设计题目： 混频器的设计与仿真 学生姓名： 学 院： 专 业： 指导老师： 学 号： 日 期: 2011年 12 月 20 日

目 录

一、射频电路与ADS概述 ........................................ 3

1、射频电路概述 ......................................................... 3 2、ADS概述 ............................................................. 3

二、混频器的设计 ............................................. 7

1.混频器的基本原理 ...................................................... 7 2、混频器的技术指标 ..................................................... 9

三、混频器的设计 .............................................. 9

1、3 DB定向耦合器的设计 ................................................. 9 1.1、建立工程 ......................................................... 9 1.2、搭建电路原理图 .................................................. 10 1.3、设置微带线参数 .................................................. 11 1.4、耦合器的S参数仿真 .............................................. 12 2、完整混频器电路设计 .................................................. 17 3、低通滤波器的设计 ................................... 2错误！未定义书签。

四、混频器性能仿真 .......................................... 23

1、混频器功能仿真 .................................................... 23 1.1、仿真原理图的建立 ............................................... 23 1.2功能仿真 ........................................................ 25 2、本振功率的选择 .................................................... 27 3、混频器的三阶交调点分析 ............................................. 28 3.1、三阶交调点的测量 ............................................... 28 3.2、三阶交调点与本振功率的关系 ..................................... 31 4、混频器的输入驻波比仿真 ............................................. 31

五、 设计总结 ............................................... 33

一、 射频电路与ADS概述

1、 射频电路概述

射频是指超高频率的无线电波，对于工作频率较高的电路，人们经常称为“高频电路”或“射频（RF）电路”或“微波电路”等等。

工程上通常是指工作频段的波长在10m ～ 1mm或频率在30MHz ～ 300GHz之间的电路。此外，有时还含有亚毫米波（ 1mm～0.1mm 或300GHz ～ 3000GHz）等。

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一方面，随着频率升高到射频频段，通常在分析DC和低频电路时乐于采用的基尔霍夫定律、欧姆定律以及电压电流的分析工具，已不精确或不再适用。分布参数的影响不容忽略。另一方面，纯正采用电磁场理论方法，尽管可以很好的全波分析和计及分布参数等的影响，但很难触及高频放大器、VCO、混频器等实用内容。所以，射频电路设计与应用已成为信息技术发展的关键技术之一。

2、ADS概述

ADS电子设计自动化（EDA软件全称为 Advanced Design System，是美国安捷伦（Agilent）公司所生产拥有的电子设计自动化软件；ADS功能十分强大，包含时域电路仿真 (SPICE-like Simulation)、频域电路仿真 (Harmonic Balance、Linear Analysis)、三维电磁仿真 (EM Simulation)、通信系统仿真(Communication System Simulation)和数字信号处理仿真设计（DSP）；支持射频和系统设计工程师开发所有类型的 RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC，是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。 2.1 ADS的仿真设计方法

ADS软件可以提供电路设计者进行模拟、射频与微波等电路和通信系统设计，其提供的仿真分析方法大致可以分为：时域仿真、频域仿真、系统仿真和电磁仿真；ADS仿真分析方法具体介绍如下：

2.1.1 高频SPICE分析和卷积分析（Convolution）

高频SPICE分析方法提供如SPICE仿真器般的瞬态分析，可分析线性与非线性电路的瞬态效应。在SPICE仿真器中，无法直接使用的频域分析模型，如微带线带状线等，可于高频SPICE仿真器中直接使用，因为在仿真时可于高频SPICE

仿真器会将频域分析模型进行拉式变换后进行瞬态分析，而不需要使用者将该模型转化为等效RLC电路。因此高频SPICE除了可以做低频电路的瞬态分析，也可以分析高频电路的瞬态响应。此外高频SPICE也提供瞬态噪声分析的功能，可以用来仿真电路的瞬态噪声，如振荡器或锁相环的jitter。

卷积分析方法为架构在SPICE高频仿真器上的高级时域分析方法，藉由卷积分析可以更加准确的用时域的方法分析于频率相关的元件，如以S参数定义的元件、传输线、微带线等。 2.1.2 线性分析

线性分析为频域的电路仿真分析方法，可以将线性或非线性的射频与微波电路做线性分析。当进行线性分析时，软件会先针对电路中每个元件计算所需的线性参数，如S、Z、Y和H参数、电路阻抗、噪声、反射系数、稳定系数、增益或损耗等（若为非线性元件则计算其工作点之线性参数），在进行整个电路的分析、仿真。

2.1.3 谐波平衡分析( Harmonic Balance)

谐波平衡分析提供频域、稳态、大信号的电路分析仿真方法，可以用来分析具有多频输入信号的非线性电路，得到非线性的电路响应，如噪声、功率压缩点、谐波失真等。与时域的SPICE仿真分析相比较，谐波平衡对于非线性的电路分析，可以提供一个比较快速有效的分析方法。

谐波平衡分析方法的出现填补了SPICE的瞬态响应分析与线性S参数分析对具有多频输入信号的非线性电路仿真上的不足。尤其在现今的高频通信系统中，大多包含了混频电路结构，使得谐波平衡分析方法的使用更加频繁，也越趋重要。 另外针对高度非线性电路，如锁相环中的分频器，ADS也提供了瞬态辅助谐波平衡(Transient Assistant HB)的仿真方法，在电路分析时先执行瞬态分析，并将此瞬态分析的结果作为谐波平衡分析时的初始条件进行电路仿真，藉由此种方法可以有效地解决在高度非线性的电路分析时会发生的不收敛情况。 2.1.4 电路包络分析（Circuit Envelope）

电路包络分析包含了时域与频域的分析方法，可以使用于包含调频信号的电路或通信系统中。电路包络分析借鉴了SPICE与谐波平衡两种仿真方法的优点，将较低频的调频信号用时域SPICE仿真方法来分析，而较高频的载波信号则以频域的谐波平衡仿真方法进行分析 2.1.5 射频系统分析

射频系统分析方法提供使用者模拟评估系统特性，其中系统的电路模型除可