[整理]ADS设计混频器
基于ADS的微波混频器设计分析
基于ADS的微波混频器设计分析微波混频器是一种常见的微波器件，其能够将两个不同频率的信号混合在一起，产生一个具有两个频率差值的新信号。
在实际应用中，混频器被广泛应用于微波通信、雷达和卫星通信系统中。
本文将介绍基于ADS的微波混频器设计分析。
1. 微波混频器的工作原理微波混频器的工作原理可以通过倍频器的工作原理来理解，其具有转换功能。
混频器通常包含两个端口：输入端口和输出端口，以及一个本振端口。
本振端口提供一个确定的参考信号，我们称之为本振信号，然后将其与输入信号进行混合。
混频器的输出信号是一个由输入信号和本振信号混合产生的新信号，具有他们两者中信号的和与差。
混频器的输出信号频率为本振频率加或减输入信号频率，即输出频率=本振频率±输入频率。
根据本振和输入信号的频率不同，可以分为以下四种类型的混频器：单边带上转换器（SSB）、单边带下转换器（LSB）、顶带混频器（SBM）和底带混频器（DBM）。
（1）分析混频器原理图，并确定所需的特性参数。
（2）基于所需的特性参数，进行混频器电路的设计。
（3）使用ADS仿真软件进行混频器参数优化。
（4）搭建不同频率的信号源，进行实验测试，检验混频器的性能，并对实际测量结果进行分析。
通过以上设计和测试，可以得到一个性能良好且满足设计要求的微波混频器。
以下是一个基于ADS的微波混频器设计样例：（1）设计要求设计一个工作频率为20GHz的底带混频器，其提供-40dBc的本振压控调节范围，增益为10dB，1dB压缩点为0dBm。
（2）电路设计底带混频器由一对反向二极管和变压器组成，其原理图如下图所示：其中，V1和V2分别为本振源和输入信号源。
Tx为变压器，其电容值为0.5pF。
（3）仿真参数优化通过ADS软件进行底带混频器的参数优化，可以得到下图所示的仿真结果：可以看出，通过仿真可以在满足设计要求的前提下，提高底带混频器的性能和稳定性。
（4）实验测试和分析通过实验测试，实际测量结果表明该底带混频器具有良好的性能和稳定性，能够满足设计要求，并且具有很高的精度和可靠性。
基于ADS的微波混频器设计分析
基于ADS的微波混频器设计分析微波混频器是微波通信、雷达、遥感等领域中的关键元件之一，用于将高频信号和低频信号混合产生中频信号的装置。
混频器的性能直接影响到通信、雷达等系统的性能，因此混频器的设计分析显得十分重要。
本文将基于ADS软件进行微波混频器的设计分析。
首先需要确定混频器的拓扑结构，包括单/双平衡混频器、有源/无源混频器、集成电路/离散电路混频器等。
本文所设计的混频器采用的是二次调制反相器混频器拓扑结构。
其特点是简单、稳定、易于制作，适用于频率范围较窄的混频器。
设计步骤如下：1. 确定混频器的工作频率和中心频率。
本文所设计的混频器工作频率为10GHz，中心频率为10.7GHz，对应着数字电视中的IF频率。
2. 确定混频器的器件参数，包括本底电容、偏置电阻、电感等参数。
此处采用高电阻微带线（HML）结构，其特点是耗损低、带来的杂散响应小、比较适合混频器的设计。
通过ADS软件的HFSS模块进行电磁仿真，确定了微带线的结构参数。
3. 进行混频器的原理性仿真。
利用ADS软件的Circuit模块进行原理电路仿真，验证混频器的基本原理，同时优化电路参数。
5. 进行混频器的实测验证。
将混频器的电路制作出来，通过自制的测试软件进行测试，比较实测结果和仿真结果，验证混频器的性能。
通过上述步骤，本文成功设计出了一款工作频率为10GHz，中心频率为10.7GHz的二次调制反相器混频器。
仿真结果表明，混频器的转换损耗为7dB，带外抑制大于20dB，输出功率为5dBm。
实测结果表明，混频器的性能与仿真结果吻合，验证了混频器的可靠性和稳定性。
总之，本文通过ADS软件进行了微波混频器的设计分析，从分析混频器的拓扑结构到最终制作出电路，并对电路进行仿真和测试，最终得到了一款性能稳定的混频器。
混频器的ADS设计
三.仿真设计步骤和各功能块说明 仿真设计步骤和各功能块说明
（1）选择有源器件，确定直流偏置网络 （2）进行S参量仿真，确定输入输出阻抗 （3）设计优化输入输出匹配 （4）进行谐波平衡仿真分析，测量要求指标
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（1）选择有源器件，确定直流偏置网络
器件选择：摩托罗拉MMBR941 器件类型及特点：NPN型双极晶体管 用于高增益，低噪声小信号放大器设计 截止频率：8GHz
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四.总结
本仿真使用了直流（DC）仿真，S参量仿真和谐波 平衡仿真等仿真方法。 设计要求输入射频功率-30dBm时，输出功率也应该 达到-30dBm，本仿真中只达到越-32dBm。这应该与 选用的器件有一定关系，器件到3G以上性能已经不 是很好。 本仿真采用了单平衡混频器结构，电路结构容易实现， 缺点是很难做到宽带应用中本振信号，射频信号以及 中频信号的隔离。该设计要求如采用单平衡或双平衡 混频器设计，可以取得更好效果。
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（2）进行S参量仿真，确定输入输出阻抗
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混频器的ADS设计
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双音谐波平衡仿真
双音谐波平衡仿真，本振2 GHz，射 频输入3.2 GHz，3.3GHz。本振功率 0dBm,射频输入功率分别为-30dBm。
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（3）设计优化输入输出匹配
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完整电路 直流偏置 输出匹配 输入匹配
IF RF LO
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（4）进行谐波平衡仿真分析，测量要求指标
单音谐波平衡仿真
单音谐波平衡仿真，本振2 GHz，射 频输入3.25 GHz，中频输出1.25 GHz。 本振功率0dBm,射频输入功率-30dBm。
（2）进行S参量仿真，确定输入输出阻抗
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基于ADS的微波混频器设计分析
基于ADS的微波混频器设计分析1. 引言1.1 背景介绍微波混频器是一种广泛应用于无线通信系统和雷达系统中的重要器件，可以实现频率的转换和信号的混合。
随着通信技术的发展和需求的不断增加，对微波混频器的设计和性能要求也越来越高。
在过去的几十年里，微波混频器的设计方法和技术经历了多次革新和进步。
传统的方式主要是基于传统的电路设计和分析方法，但随着计算机仿真技术的发展，基于电磁场仿真软件如ADS的混频器设计方法变得越来越受到研究者的青睐。
混频器的设计需要考虑很多因素，如带宽、失配损耗、转换损耗等。
通过仿真实验和优化方法，可以快速准确地得到最佳的设计方案。
基于ADS的微波混频器设计分析具有很大的研究意义和应用前景。
本文将结合ADS软件的特点和微波混频器的设计原理，详细阐述混频器的设计流程和仿真实验，最终对设计结果进行讨论和总结。
也将提出改进方向和未来的发展展望，为微波混频器的设计和应用提供参考。
【2000字】1.2 研究意义微波混频器是微波通信系统中不可或缺的关键器件，其在频率转换和信号混合方面具有重要的应用价值。
混频器的设计和研究可以为微波通信技术的发展提供重要支撑。
微波混频器的设计可以实现频率的转换和信号的混频，能够使信号在不同频率之间的转换更为灵活和高效。
这对于实现更高速率的数据传输、更广带宽的信号传输以及更高精度的信号处理都具有很大的意义。
微波混频器在射频前端的应用中具有重要作用，能够实现信号的放大、滤波和频率转换等功能。
通过混频器的设计和优化，可以提高射频前端系统的性能和整体系统的可靠性。
微波混频器的研究还有助于深入理解微波电路设计的基本原理和技术，推动微波通信技术的发展和创新。
通过对混频器设计的深入研究，可以不断完善微波器件的性能和功能，推动微波通信技术的进步。
对微波混频器的设计和分析具有重要的研究意义和实际价值。
1.3 研究目的本文旨在通过基于ADS软件的微波混频器设计分析，探讨混频器在微波通信系统中的应用和优化。
ADS射频电路课程设计——混频器设计与仿真
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： _______________________________ 期:2011年12月20 日•、射频电路与ADS既述 (3)1、............................................................... 射频电路概述32、................................................................... ADS既述3 1、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 D B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173、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231.1、仿真原理图的建立 (23)1.2功能仿真 (25)2、....................................................... 本振功率的选择273、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既述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。
最新ADS设计混频器汇总
A D S设计混频器应用ADS 设计混频器1． 概述图1为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用3dB 分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2为隔离臂，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设射频信号和本振分别从隔离臂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D1，D2上的信号和本振电压分别为： D1上电压 )2cos(1πω-=t V v s s s 1-1)cos(1πω-=t V v L L L 1-2D2上电压)cos(2t V v s s s ω= 1-3)2cos(2πω+=t V v L L L 1-4可见，信号和本振都分别以2π相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为2π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：∑∑∞-∞=∞-+-=m n L s m n t jn t jm I t i ,,1)]()2(exp[)(πωπω同样，D2式中的混频器的电流为：∑∑∞-∞=∞++=m n L s m n t jn t jm I t i ,,2)]2()(exp[)(πωω当1,1±=±=n m 时，利用1,11,1-++-=I I 的关系，可以求出中频电流为：]2)cos[(41,1πωω+-=+-t I i L s IF主要的技术指标有：1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数)；2、变频增益，中频输出和射频输入的比较；3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；4、双频三阶交调与线性度；5、工作频率；6、隔离度；7、本振功率与工作点。
设计目标：射频：3.6 GHz ，本振：3.8 GHz ，噪音：<15。
2.具体设计过程2.1创建一个新项目◇启动ADS◇选择Main windows◇菜单－File－New Project，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名◇点击“ok”这样就创建了一个新项目。
基于ADS的微波混频器设计分析
基于ADS的微波混频器设计分析微波混频器是一种通过将不同频率的信号进行混合，产生新的信号频率的器件。
它在通信系统、雷达系统、无线电设备等领域中具有广泛的应用。
本文将基于ADS软件对微波混频器的设计和分析过程进行详细介绍。
一、微波混频器的工作原理微波混频器是利用非线性器件的特性，将两个输入信号混合在一起，产生新的频率信号的器件。
其基本工作原理是利用非线性器件产生新的频率分量，然后通过滤波器将所需的混频输出信号进行提取。
在微波混频器中，常见的非线性器件有二极管和场效应管。
当输入的两个信号分别为f1和f2时，混频器将产生f1、f2及其差频和和频的信号。
通过适当的滤波器可以将所需的混频输出信号进行提取，达到我们需要的混频效果。
二、ADS软件的介绍ADS（Advanced Design System）是由美国Keysight Technologies公司开发的一款专业的微波电路设计软件。
它可以用于射频、微波和信号完整性设计，提供了从原理级到电路级的仿真和优化功能，是微波电路设计中非常重要的工具之一。
ADS软件能够对混频器的设计、仿真和分析进行全面的支持，包括S参数仿真、非线性仿真、优化等功能，能够帮助工程师快速准确地完成微波混频器的设计与分析工作。
1. 设计混频器电路在ADS软件中绘制混频器的原理图，选择合适的二极管或场效应管等非线性器件，并设计混频器的输入和输出匹配电路。
通过ADS中的射频电路模块来设计匹配网络，实现对输入信号和输出信号的匹配。
还需要设计混频器的偏置电路，确保非线性器件处于正常工作状态。
2. 进行S参数仿真在完成混频器电路设计后，通过ADS软件进行S参数仿真，分析混频器的输入和输出匹配情况、增益特性、带宽等重要参数。
通过对S参数仿真结果的分析，可以对混频器的性能进行初步评估，并对后续的优化工作提供重要参考。
3. 进行非线性仿真由于微波混频器的工作原理是基于非线性器件的，因此混频器的非线性特性对其性能影响非常大。
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应用ADS 设计混频器1． 概述图1为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用3dB 分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2为隔离臂，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设射频信号和本振分别从隔离臂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D1，D2上的信号和本振电压分别为： D1上电压 )2cos(1πω-=t V v s s s 1-1)cos(1πω-=t V v L L L 1-2D2上电压)cos(2t V v s s s ω= 1-3)2cos(2πω+=t V v L L L 1-4可见，信号和本振都分别以2π相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为2π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：∑∑∞-∞=∞-+-=m n L s m n t jn t jm I t i ,,1)]()2(exp[)(πωπω同样，D2式中的混频器的电流为：∑∑∞-∞=∞++=m n L s m n t jn t jm I t i ,,2)]2()(exp[)(πωω当1,1±=±=n m 时，利用1,11,1-++-=I I 的关系，可以求出中频电流为：]2)cos[(41,1πωω+-=+-t I i L s IF主要的技术指标有：1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数)；2、变频增益，中频输出和射频输入的比较；3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；4、双频三阶交调与线性度；5、工作频率；6、隔离度；7、本振功率与工作点。
设计目标：射频：3.6 GHz ，本振：3.8 GHz ，噪音：<15。
2.具体设计过程2.1创建一个新项目◇ 启动ADS◇ 选择Main windows◇ 菜单－File －New Project ，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名 ◇ 点击“ok ”这样就创建了一个新项目。
◇ 点击，新建一个电路原理图窗口，开始设计混频器。
2.2 3dB定向耦合器设计◇里面选择类“Tlines-Microstrip”◇选择，并双击编辑其中的属性，，这是微带线基板的参数设置，其中的各项的物理含义，可以参考ADS的帮助文档。
◇选择，这是一个微带传输线，选择，这是一个三叉口。
◇按照下图设计好电路图图2 3dB耦合器其中50 ohm传输线的线宽w＝0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm 传输线的线宽为w＝1.67mm，四分之一波长长度为10.2mm。
MTEE是三端口器件，有三个参数W1，W2，W3具体是有定义的，可以此参考ADS帮助文档。
◇选择类“Simulation－S_Param”并把仿真器和“Term”拉出来放好。
图3◇双击，修改里面的属性，要求从3GHz到5GHz扫描。
◇保存文档。
◇按“F7”仿真。
◇在“DataDisplay”窗口中，按，如下图所示，看端口的耦合度。
图4结果如下图所示图5 输出端口间的相位差同样的办法可以看到输出端口的相位差、输入端口的隔离度、输入端口的回波损耗等。
图6 输出端口的相位差图7 输入端口的回波损耗图8 输入、输出端口的隔离度2.3低通滤波器◇在类“Lumped-Components”里面选择电容，和电感，按照下图设计电路。
图9 低通滤波器电路图◇加上仿真器，设计为，表示从0.01GHz，扫描到4GHz。
◇按“F7”仿真。
◇在出现的“DataDisplay”窗口中，按，选择加入S21，仿真结果如下图所示。
图10 低通滤波器仿真结果2.4 混频器频谱分析2.41设计完整的电路图图11 完整的电路图把混频器的电路图分解为如下图所示的8个部分，下面分别说明一下这8个部分具体的情况。
图12第一部分第二部分第三部分就是上面设计出来的3dB定向耦合器，具体请参考3dB耦合器一章。
第4部分匹配电路第5部分是晶体管，其中晶体管是使用了模型，具体操作是这样的，先在类“Devices-Diodes”里面，选择，并双击修改里面的属性，建立二极管模型，具体的参数设计参考下图13。
图13 选择，并在相应的位置把器件放好，其中DIODE1，和DIODE2都是引用了刚才设计的二极管模板“DIODEM1”。
第6部分是输出阻抗匹配电路，使用传输线做阻抗匹配，第6部分第7部分是低通滤波器，具体电路参考低通滤波器设计电路。
第8部分是一个“Term”，用来做输出负载的。
“Term”是在“Simulation S-Param”中获得的。
第8部分注意：第1部分是射频输入端口，端口号就是(Num)要设计为“1”；第2部分是本振输入端口，端口号要设计为“3”。
这是一般用HB Simulation仿真的规范要求。
2.42设置变量◇在电路原理图窗口上，选择，双击，修改其属性，如下图所示。
◇在类“Optim/Stat/Yield/DOE”里面，选择，并双击修改其属性为2.43配置仿真器◇在类“Simulation-HB”里面选择和，先双击修改其属性，主要是把温度改为符合IEEE标准的16.85度。
◇双击，配置谐波平衡仿真器，具体参见下图图14图15图16图17图19 选择krylov来做噪音仿真◇按“F7”进行仿真。
◇在出现的“DataDisplay”窗口中，选择，并点击“advance”项目，在对话框里面输入“dBm(Vif)”点击“Ok”就可以显示中频输出的频谱分量。
图20仿真结果如下图所示：◇选择，选择显示“ConvGain”结果如下图所示图21图222.5噪音系数仿真在上面仿真的基础上，稍微把仿真器修改一下就可以得到噪音系数的仿真结果，双击，修改第二项“Sweep”图23表示不在对本振功率“PLO”进行扫描，其他项目不需要做任何改动。
◇按“F7”进行仿真。
◇在新出现的“DataDisplay”窗口中，选择，并把nf(2)添加进去。
noisefreq200.0MHz nf(2)14.0352.7噪声系数随RF频率的变化在上面噪音仿真的基础上，做如下改动：◇修改变量如下图所示：◇把射频输入端的功率源换成一个“Term”。
◇在类“Simulation-HB”选择一个，双击修改其属性为：图24表示从1。
0GHz扫描到6.0GHz，步长是0.1GHz。
◇配置仿真器，如下图所示。
图25图27图28图29◇按“F7”进行仿真。
◇在新出现的“DataDisplay”窗口中，点击，并在“advance”对话框中输入“plot_vs(nf(2),HB_NOISE.RFfreq)最后的仿真结果如下图所示。
图30 2.8三阶交调系数电路原理图不变，然后做下面的修改◇设置变量如下图所示：◇设计输出变量，在类“Optim/Stat/Yield/DOE”里面点击，然后双击编辑属性◇在类“Sources-Freq Domain”里面，选择，并把该器件放在1端口，就是射频输入端口，双击修改其属性。
◇仿真器配置图31图32图33图34◇按“F7”进行仿真◇在新出现的“DataDisplay”窗口中，选择，双击，在“advance”里面加入“dBm(Vif)”，，并修改坐标最后的仿真结果如下图所示图352.9功率－三阶交调系数◇在上面的基础上，修改下面的参数◇变量◇把仿真器中的一项改掉，其他不变，就是加入了一个扫描变量◇最后仿真的结果是图36总结这是一个微带平衡混频器，主要是有几部分组成：3dB定向耦合器、二极管的输入、输出阻抗匹配电路、两个二极管、输出低通滤波器。
在这篇文章中，我们先介绍了3dB定向耦合器的仿真，其中原理部分可以参考其他资料，在知道了原理后，可以利用一些小软件计算线宽，该软件陈抗生老师哪里有的。
后面是介绍一个低通滤波器的设计和仿真，这是比较简单的，用于输出中频滤波。
后面是分别设计和仿真了这个Mixer的频谱、噪音、增益-本振功率曲线、射频频率-噪音系数曲线等等。
整个过程中，电路的原理图都是不变的，改变的只是端口的配置、仿真器的配置还有变量的配置。
其中有几个规律。
对于用来仿真Mixer的HB Simulation要求1端口是射频输入端口、2端口是中频输入端口、3端口是本振输入端口。
输入部分一般使用功率源，输出负载是使用“Term”。
仿真器的配置中，一般Freq[1]是本振频率，Freq[2]是射频频率，Order一般是要大于1的或者就是变成线性电路仿真了，Sweep是加入扫描变量的选项，只能扫描直接变量，表达式不能扫描，另外计算噪音的时候要选上“Nolinear”，Noise[1]噪音输入频率是射频，分析的频率是中频。
Noise[2]选择输出节点是“Vif”。
这是一般的配置情况，具体的可以参考上面的章节。
教训：因为这个过程中电路原理图要反复用到，也许有同学会选择直接从电路原理图中Copy(Ctrl+a；Ctrl+c；Ctrl+v)过去，事实证明，ADS的这个功能有点缺陷，可能会造成器件之间的连线出问题，建议不要这样处理，可以把文件先做一个备份，然后把备份的名字改掉，这样方面，而且可靠。
附录ip3_inPurposeReturns the input third-order intercept (TOI) pointSynopsisip3_in(vOut, ssGain, fundFreq, imFreq, zRef)where vOut is the signal voltage at the output, ssGain is the small signal gain in dB, fundFreq and imFreq are the harmonic frequency indices for the fundamental and intermodulation frequencies, respectively, and zRef is the reference impedance.Exampley=ip3_in(vOut, 22, {1, 0}, {2, -1}, 50)Used inHarmonic balance simulationmixPurposeReturns a component of a spectrum based on a vector of mixing indicesSynopsismix(xOut, harmIndex{, Mix})where xOut is a voltage or a current spectrum and harmIndex is the desired vector of harmonic frequency indices (mixing terms). Mix is a variable consisting of all possible vectors of harmonic frequency indices (mixing terms) in the analysis.Exampley = mix(vOut, {2, -1})z = mix(vOut vOut/50, {2, -1}, Mix)Used inHarmonic balance simulation。