湯永康

摘 要：微波混頻器設(shè)計(jì)時(shí)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(yùn)用ADS軟件保障各項(xiàng)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(jì)。

關(guān)鍵詞：ADS；微波混頻器；設(shè)計(jì)

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

微波混頻器設(shè)計(jì)中采用了單平衡混頻器電路，此項(xiàng)電路設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)的合理性，應(yīng)該采用ADS軟件完善設(shè)計(jì)，輔助安排電路的仿真，促使微波混頻器能夠達(dá)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(shí)過濾掉不需要的頻率分量，主要由信號(hào)輸入、非線性器件、本地振蕩器、濾波器以及輸出中頻信號(hào)幾個(gè)模塊構(gòu)成，當(dāng)兩個(gè)不相同頻率的高頻電壓加載到一個(gè)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(hào)，此時(shí)就要利用微波混頻器過濾掉除差頻分量以外的電流信號(hào)，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(jì)時(shí)要注意諧波平衡法的應(yīng)用，分析混頻器的非線性電路，簡(jiǎn)化混頻器的電路設(shè)計(jì)。

2 優(yōu)勢(shì)

ADS軟件下，微波混頻器設(shè)計(jì)表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，首先是ADS簡(jiǎn)化了微波混頻器的電路，在簡(jiǎn)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(jì)的頻程大，維護(hù)好混頻器的性能[2]；最后是微波混頻器采用ADS軟件設(shè)計(jì)后優(yōu)化了各項(xiàng)指標(biāo)，包括噪聲系數(shù)、帶寬以及動(dòng)態(tài)范圍等，保障微波混頻器的使用性能。

3 設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方案

基于ADS的微波混頻器設(shè)計(jì)方案中，最先要規(guī)劃整體電路的拓?fù)湓O(shè)計(jì)，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(jì)，混頻器中的微波信號(hào)經(jīng)過定向耦合器從輸入端口1進(jìn)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(hào)口，設(shè)計(jì)出了適當(dāng)?shù)木嚯x，耦合度設(shè)計(jì)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(hào)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(cè)量，ADS在電路設(shè)計(jì)方案中使用了兩個(gè)混頻管，在相位關(guān)系的條件下促使信號(hào)與本振都能等分加載到對(duì)應(yīng)的二極管上，混合電路與耦合器連接時(shí)，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(jì)

微波混頻器的整個(gè)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(jì)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(jì)以外，還提供了總體電路仿真的設(shè)計(jì)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(jì)可以得出中頻段信號(hào)，頻率為200M，混頻器電路濾除了200M以外的頻率分量，以便實(shí)現(xiàn)微波混頻器的設(shè)計(jì)目標(biāo)。微波混頻器電路設(shè)計(jì)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(jì)，測(cè)試實(shí)物圖，保障混頻器電路的整體穩(wěn)定性。

3.3 耦合器設(shè)計(jì)

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(jì)時(shí)要考慮耦合度、隔離度[4]。本文以3dB定向耦合器為分析對(duì)象，分析ADS軟件的仿真應(yīng)用。3dB定向耦合器的仿真設(shè)計(jì)中，要求信號(hào)為正向傳輸方式，3dB正交耦合器設(shè)計(jì)時(shí)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(yùn)用Lange耦合器實(shí)現(xiàn)規(guī)范設(shè)計(jì)，微波混頻器工作頻率在微波低端時(shí)，此時(shí)電磁波長(zhǎng)比較大，傳輸線的芯片面積就會(huì)增大，如果是耦合器的中心頻率是8GHz，利用0.15μmGaAs工藝設(shè)計(jì)時(shí)耦合長(zhǎng)度應(yīng)該比3.5mm高，彎曲結(jié)構(gòu)也不會(huì)低于1.75mm，導(dǎo)致芯片尺寸超出設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，集總參數(shù)正交耦合器改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)的電路設(shè)計(jì)，同時(shí)運(yùn)用奇偶模的分析完善電路設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)中偶模激勵(lì)時(shí)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(jì)

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(gè)頻率信號(hào)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(jì)時(shí)要注意濾波器指標(biāo)的準(zhǔn)確性。匯總濾波器設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)應(yīng)的阻帶頻率，ADS中輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，建立起設(shè)計(jì)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(shí)際需求改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過ADS仿真設(shè)計(jì)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(jì)提供了仿真的條件，通過仿真了解到設(shè)計(jì)和實(shí)際使用的差距，進(jìn)而解決設(shè)計(jì)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(huì)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(yǔ)

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(jì)的優(yōu)化性。微波混頻器設(shè)計(jì)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(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)后才能落實(shí)設(shè)計(jì)工作，保障微波混頻器設(shè)計(jì)的優(yōu)質(zhì)性和科學(xué)性。

參考文獻(xiàn)：

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