雙平衡二極管混頻器的設計

摘 要：應用ADS軟件設計雙平衡二極管混頻器，采用微帶線對端口進行匹配。并用諧波方法對設計電路進行了諧波分析。最后給出了設計電路的性能參數(shù)。

關鍵詞：混頻器；射頻電路；ADS；二極管

中圖分類號：TM 文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）06-0342-01

1 引言

隨著第三代移動通信技術的發(fā)展成熟以及藍牙技術的日益普及，全球眾多相關公司和研究部門都投入了相當多的人力和物力資源來研究無線通信技術。混頻器就是無線通信中相當重要部分之一。已經廣泛應用在手機，衛(wèi)星通信，基站，雷達，導彈制導系統(tǒng)，軍事通信系統(tǒng)，數(shù)字無線通信系統(tǒng)。混頻器對電子系統(tǒng)的性能，尺寸，重量和成本有著決定性的影響。發(fā)展小型化，高性能的混頻器有相當重要的實際意義。［1-2］

2 應用ADS設計混頻器

2.1 主要技術指標

本振功率0dBm，射頻功率-20dBm；隔離度：本振和射頻端口隔離度-25dB以下，本振和中頻輸出端口隔離度-25dB以下；變頻損耗7dB左右；端口反射系數(shù)：射頻端口在1.95GHz處反射系數(shù)-20dB以下，本振端口在2.15GHz處反射系數(shù)-25dB以下。

2.2 電路設計及各端口性能參數(shù)

建立雙平衡二極管混頻器電路原理圖，三個端口采用微帶線為之匹配。并按照電路設計參數(shù)為端口電源設定參數(shù)，如圖2-1所示。啟用ADS的仿真功能，得到三個斷口反射系數(shù)曲線和端口隔離度如圖所示。

圖2-1 雙平衡二極管混頻器原理圖

由圖2-2可知，S（1，1）在頻率為1.95GHz時，滿足反射小的要求，同樣，由圖2-3，本振頻率在2.15GHz時，其端口反射小于-20dB，滿足設計要求，而中頻輸出等于射頻減去本振，為200MHz，從圖2-4可知，中頻輸出端口在頻率為200MHz時的端口反射也很小。S（3，1）表示1端口向3端口的傳輸系數(shù)，從圖2-5可以看出，傳輸是滿足要求的。另外，1端口和2端口，以及2端口和3端口之間的隔離度也是需要考慮的因素。同樣，可以從仿真結果中得出三個端口之間的隔離度。如圖2-6所示。由圖可見，S(2，3)，S(1，2)在1~3GHz范圍內都是很小的，表明端口之間的隔離度好，少有信號之間的泄漏。

從以上分析可知，設計的射頻1.95GHz，功率為-20dBm，本振2.15GHz，功率為0dBm的雙平衡二極管混頻器滿足指標。

2.3 諧波分析及變頻損耗

采用ADS諧波分析方法對電路進行仿真分析，顯示本

振信號、射頻輸入信號以及中頻輸出信號的頻譜圖。分別如圖2-7，2-8，2-9所示。

由圖2-7可看出，本振信號在頻率為2.15GHz的處，信號功率最大，為防止其他頻率點的信號產生干擾，可再本振端口設計濾波器，濾除不需要的頻率成分。同樣，由圖2-8可見，可在射頻端口設計濾波器，消除其他頻率信號，保留有用信號。在中頻輸出端口，如圖2-9所示，有用信號頻率為200MHz，其他干擾信號可設計濾波器將其濾掉，得到需要的純凈的有用信號。

混頻器的變頻損耗定義是：混頻器輸入端的微波信號功率與輸出端中頻功率之比。［3-5］

本設計的混頻器變頻損耗由射頻功率（單位dB）減去中頻輸出信號功率（單位dB）等于5.618dB。（見圖2-7和圖2-8）

4 結論

本文主要是對雙平衡二極管混頻器電路進行優(yōu)化設計，并通過諧波仿真分析其性能，在各端口加上匹配電路后，混頻器各端口的反射系數(shù)都能達到預期的目標。本論文的目的在于通過設計優(yōu)化混頻器電路，掌握電路的優(yōu)化設計方法，同時對設計電路的性能進行了的分析。

參考文獻

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［2］常永宏編著．第三代移動通信系統(tǒng)與技術［M］.北京：人民郵電出版社，2002.

［3］Octavius Pitzalis and Paul Wang，“Simulating the Intermodulation and Conversion Loss Characteristics of a Microwave Mixer”，MSN，March 1987.

［4］Reinhold Ludwig，Pavel Bretchko著.王子宇等譯.射頻電路設計－理論與應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”