基于ADS的微波混頻器設(shè)計分析

湯永康

摘 要：微波混頻器設(shè)計時采用了ADS軟件，ADS軟件能夠優(yōu)化微波混頻器中的電路，提高微波混頻器的工作性能。微波混頻器中采用了微電子技術(shù)、射頻通信技術(shù)，運用ADS軟件保障各項技術(shù)在微波混頻器中的有效應(yīng)用，促使微波混頻器可以滿足使用標(biāo)準(zhǔn)，因此，本文主要探討ADS中微波混頻器的相關(guān)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：ADS；微波混頻器；設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.146

微波混頻器設(shè)計中采用了單平衡混頻器電路，此項電路設(shè)計時需以平面微帶混合集成為基礎(chǔ)，為了保障微波混頻器設(shè)計的合理性，應(yīng)該采用ADS軟件完善設(shè)計，輔助安排電路的仿真，促使微波混頻器能夠達到技術(shù)指標(biāo)，優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)在微波混頻器中的應(yīng)用，表明ADS軟件在微波混頻器中的可靠性。

1 原理

微波混頻器在使用時過濾掉不需要的頻率分量，主要由信號輸入、非線性器件、本地振蕩器、濾波器以及輸出中頻信號幾個模塊構(gòu)成，當(dāng)兩個不相同頻率的高頻電壓加載到一個非線性器件上后，應(yīng)該要經(jīng)過非線性變換，流經(jīng)混頻器的電流中有差頻分量、諧波、基波以及直流分量[1]，比如這些電流中的差頻分量，屬于微波混頻器中有用的中頻信號，此時就要利用微波混頻器過濾掉除差頻分量以外的電流信號，得出差頻分量以后完成混頻的過程。微波混頻器使用ADS軟件設(shè)計時要注意諧波平衡法的應(yīng)用，分析混頻器的非線性電路，簡化混頻器的電路設(shè)計。

2 優(yōu)勢

ADS軟件下，微波混頻器設(shè)計表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，首先是ADS簡化了微波混頻器的電路，在簡單電路下就能完成頻率的集成，提高了混頻器工作的穩(wěn)定性；然后是微波混頻器的工作帶寬設(shè)計的頻程大，維護好混頻器的性能[2]；最后是微波混頻器采用ADS軟件設(shè)計后優(yōu)化了各項指標(biāo)，包括噪聲系數(shù)、帶寬以及動態(tài)范圍等，保障微波混頻器的使用性能。

3 設(shè)計

3.1 設(shè)計方案

基于ADS的微波混頻器設(shè)計方案中，最先要規(guī)劃整體電路的拓?fù)湓O(shè)計，微波混頻器的主要組成有：定向耦合器、電感線、二極管、阻抗匹配電路、相移線、匹配負(fù)載和中頻及直流通路[3]，ADS軟件給出了拓?fù)湓O(shè)計，混頻器中的微波信號經(jīng)過定向耦合器從輸入端口1進入，本振功率的入口是輸入口2，定向耦合器在混頻器中區(qū)分了本振口與信號口，設(shè)計出了適當(dāng)?shù)木嚯x，耦合度設(shè)計為10dB，阻抗變換器安裝到混頻管到耦合器的四分之一位置，阻抗完成匹配之后，信號與本振功率就可以準(zhǔn)確的加載到二極管，混頻器中安裝的二極管為復(fù)阻抗，直接在正常的工作頻率下測量，ADS在電路設(shè)計方案中使用了兩個混頻管，在相位關(guān)系的條件下促使信號與本振都能等分加載到對應(yīng)的二極管上，混合電路與耦合器連接時，需采用分支線和環(huán)形橋連接，保障電線連接的合理性。

3.2 電路設(shè)計

微波混頻器的整個電路中涉及到大量的晶體管，晶體管要符合電路的要求，保障兩者的匹配性。ADS軟件中設(shè)計晶體管和電路結(jié)構(gòu)，調(diào)整晶體管在電路中的位置及數(shù)量，提供微波混頻器的電路圖。ADS除了負(fù)責(zé)微波混頻器的設(shè)計以外，還提供了總體電路仿真的設(shè)計操作，主要是輸出微波混頻器的電路頻譜。ADS軟件仿真了電路經(jīng)過微波混頻器前后的頻譜，比較前后頻譜可以發(fā)現(xiàn)，微波混頻器中的電路設(shè)計可以得出中頻段信號，頻率為200M，混頻器電路濾除了200M以外的頻率分量，以便實現(xiàn)微波混頻器的設(shè)計目標(biāo)。微波混頻器電路設(shè)計也存在著一些損耗，還需采用ADS仿真損耗，分析微波混頻器端口處的輸入駐波比，確保仿真中的變頻損耗與駐波比都可符合混頻器的需求。ADS軟件仿真了微波混頻器的電路，在此基礎(chǔ)上組織電路和晶體管的排版設(shè)計，測試實物圖，保障混頻器電路的整體穩(wěn)定性。

3.3 耦合器設(shè)計

微波混頻器中安裝了定向耦合器，其結(jié)構(gòu)是四端口器件，設(shè)計時要考慮耦合度、隔離度[4]。本文以3dB定向耦合器為分析對象，分析ADS軟件的仿真應(yīng)用。3dB定向耦合器的仿真設(shè)計中，要求信號為正向傳輸方式，3dB正交耦合器設(shè)計時采用了集總參數(shù)正交耦合器，考慮到3dB耦合度的要求需要運用Lange耦合器實現(xiàn)規(guī)范設(shè)計，微波混頻器工作頻率在微波低端時，此時電磁波長比較大，傳輸線的芯片面積就會增大，如果是耦合器的中心頻率是8GHz，利用0.15μmGaAs工藝設(shè)計時耦合長度應(yīng)該比3.5mm高，彎曲結(jié)構(gòu)也不會低于1.75mm，導(dǎo)致芯片尺寸超出設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，集總參數(shù)正交耦合器改變了傳統(tǒng)設(shè)計，采用對稱結(jié)構(gòu)的電路設(shè)計，同時運用奇偶模的分析完善電路設(shè)計，電路設(shè)計中偶模激勵時可以用作磁壁，電路為開路狀態(tài)，而奇模電路為電壁，電路是短路狀態(tài)。

3.4 濾波器設(shè)計

濾波器是微波混頻器中比較關(guān)鍵的設(shè)備，負(fù)責(zé)各個頻率信號的分離和組合，微波混頻器中采用的是低通濾波器，ADS軟件設(shè)計時要注意濾波器指標(biāo)的準(zhǔn)確性。匯總濾波器設(shè)計時的指標(biāo)，如：fc表示截止頻率，f1～f2表示頻率范圍，LAr表示通帶中可允許的最大插入衰減，fs表示LAr對應(yīng)的阻帶頻率，ADS中輸入設(shè)計參數(shù)，建立起設(shè)計濾波器的仿真模型，ADS仿真模型中可以按照微波混頻器的實際需求改進設(shè)計，通過ADS仿真設(shè)計保障微波混頻器中濾波器的合理性。

4 仿真

ADS軟件為微波混頻器的設(shè)計提供了仿真的條件，通過仿真了解到設(shè)計和實際使用的差距，進而解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題。ADS仿真中模擬了微波混頻器的頻譜分量，以便輸出理想的中頻分量，確保中頻分量中不會有其他混合的頻率，還要在仿真條件下研究變頻損耗，比較仿真結(jié)果提高微波混頻器的工作水平。

5 結(jié)束語

ADS在微波混頻器中起到了關(guān)鍵的作用，ADS軟件確保微波混頻器內(nèi)電路設(shè)計的優(yōu)化性。微波混頻器設(shè)計中ADS提供了仿真電路，優(yōu)化微波混頻器的配置，ADS仿真結(jié)果中各項指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)后才能落實設(shè)計工作，保障微波混頻器設(shè)計的優(yōu)質(zhì)性和科學(xué)性。

參考文獻：

[1]曹志翔.3.8GHz單平衡微波混頻器的設(shè)計與仿真[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（11）：94-95.

[2]羅光，徐銳敏.寬帶微波單片正交混頻器的設(shè)計[J].微波學(xué)報，

2016，32（S1）：287-290.

[3]龍中華.高線性微波混頻器的研究與設(shè)計[D].電子科技大學(xué)，2013.

[4]吳琪樂.通過微波混頻器實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換[J].半導(dǎo)體信息，2012（05）

：22-25.