基于ADS的微波混频器的设计与仿真

湖南文理学院芙蓉学院本科生毕业论文(设计)题目：基于ADS的微波混频器的设计与仿真学生姓名：吴炜学号：10160132专业班级：通信1001班指导教师：戴正科完成时间：2014年4月22日I目录摘要...................................................................IAbstract................................................................II第1章绪论...........................................................11.1课题背景及意义...................................................11.2微波混频器介绍...................................................21.3国内外研究现状...................................................31.4设计要求.........................................................51.5方案比较与选择...................................................51.5.1方案一：基于ADS的微波混频器的设计与仿真...................51.5.2方案二：基于microwaveoffice的微波混频器的设计与仿真......61.5.3方案三：基于CMRC的微波混频器的设计与仿真..................6第2章设计平台的介绍...................................................72.1ADS的概述.......................................................72.2ADS的仿真设计方法...............................................7第3章混频器的基本理论.................................................93.1混频器的技术指标.................................................93.1.1变频损耗...................................................93.1.2噪声系数..................................................103.1.3隔离度....................................................113.1.4动态范围..................................................123.1.5本振功率与工作点..........................................123.1.6工作带宽..................................................123.2混频器的电路形式................................................133.2.1单端混频器................................................133.2.2单平衡混频器..............................................133.2.3双平衡混频器..............................................14第4章混频器的设计与仿真..............................................16II4.1混频器的原理....................................................164.1.1混频器的基本原理..........................................164.1.2混频器的技术指标..........................................174.2混频器的设计....................................................184.2.13dB定向耦合器的设计.......................................184.2.2完整混频器电路设计........................................234.2.3低通滤波器的设计..........................................254.3混频器性能仿真..................................................274.3.1混频器功能仿真............................................274.3.2本振功率选择..............................................324.3.3混频器的三阶交调点分析....................................344.3.4混频器的输入驻波比仿真....................................38总结与展望..............................................................40参考文献................................................................41致谢..................................................................43I摘要混频器（mixer）是通信系统的重要组成部分，用于在所有的射频和微波系统进行频率变换，用于通信接收机，也是频率合成器等电子设备中的重要组成部分，用混频器可以实现频率加、减运算功能。晶体二极管的伏安特性曲线是非线性的，完全可以利用它作混频器件。二极管混频器与三极管相比较，具有动态范围大，噪声小，组合频率分量少，结构简单和工作频率高等优点。采用肖特基二极管的混频电路，工作频率可高到微波频段。因此，二极管混频电路在高质量的各种接收机和测量仪器中得到了广泛的应用。但是二极管混频器也有一个重要的缺点，那就是没有混频增益（混频增益小于1）。相对于单端混频器，单平衡混频器的输出电流频谱分量要比单端混频器小很多，在强信号时，它产生的组合分量也较少。这种混频器利用两个二极管，在同样强的输入信号下，分到每个管子的信号功率比单管混频少3dB，因此它的动态范围也大一倍。此外这种平衡混频器还有抵消本振引入噪声所产生的中频噪声的能力。鉴于单平衡混频器的以上优点，通过ADS对单平衡混频器进行设计与仿真。对仿真电路图进行比较分析，混频器的输入三阶交调点和输出三阶交调点分别为-36.776dBm和−113.887dBm。输入驻波比为1.035。[1]关键词：混频器；单平衡；ADS；三阶交调IIAbstractMixeristheimportantpartofthecommunicationsystems,usedinalloftheRFandmicrowavesystemforfrequencyconversion,forcommunicationreceiver,frequencysynthesizerandotherelectronicequipmentisanimportantpartofthemixercanachievethefrequency,withadd,subtractfunctions.Crystaldiode,volt-amperecharacteristiccurveisnonlinear,canuseitformixingdevice.Mixerdiodesandtransistorsarecompared,withlargedynamicrange,lownoise,lesscombinationfrequencycomponents,simplestructureandhighworkingfrequency.TheSchottkydiodemixercircuit,workingfrequencycanbehightothemicrowaveband.Therefore,diodemixercircuitinthehighqualityofthevariousreceiverandmeasuringinstrumenthasbeenwidelyused.Butthediodemixeralsohasanimportantdrawback,thatisnomixinggain(mixinggainoflessthan1).Comparedtoasingleendedmixer,singlebalancedmixeroutputcurrentspectrumcomponentthansingleendedmixerismuchsmaller,withastrongsignal,itgenerateslesscompositecomponent.Themixerusingtwodiodes,inthesamestronginputsignals,intoeachtubesignalpower3dBlessthanonemixing,soitsdynamicrangeisalsoabigtimes.Inadditionthebalancedmixerandoffsetthevibrationintothenoisegeneratedbythemediumfrequencynoise.Inviewofthesinglebalancedmixeroftheaboveadvantages,throughADSonthesinglebalancedmixerdesignandsimulation.ComparativeanalysisonSimulationofcircuitdiagram,theinputofmixerthreeorderintermodulationpointandtheoutputofthethreeorderintermodulationpointwere-36.776dBmand−113.887dBm.TheinputinBobbifor1.035.[1]Keywords:Mixer;Singlebalanced;ADS;Threeorderintermodulation基于ADS的微波混频器的设计与仿真1第1章绪论1.1课题背景及意义微波混频器最重要的应用是在微波接收机中将接收的微波信号变换为中频，以便进一步对信号进行放大和解调。它可以作为微波接收机的前置级或者作为低噪声前置放大器的后续级。微波混频器的性能对微波接收机以至整个微波系统有重要的影响，特别当它作为接收机的前置级时更是如此。由于研制频率很高的低噪声放大器至今仍比较困难，所以在毫米波、亚毫米波波段都不得不采用混频器作为接收机的前置级，这就使它成为在这些波段实现低噪声接收的关键性部件。微波混频器除用于接收微弱信号外，还常常用于微波测试系统中。例如，利用微波混频器将微波信号变换为较低的频率，以便进行相位、衰减和频率等参数的测量。在这些应用中，由于工作电平较高，灵敏度一般