基于ADS的微波混頻器設計分析

湯永康

摘 要：微波混頻器設計時采用了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、射頻通信技術，運用ADS軟件保障各項技術在微波混頻器中的有效應用，促使微波混頻器可以滿足使用標準，因此，本文主要探討ADS中微波混頻器的相關設計。

關鍵詞：ADS；微波混頻器；設計

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

微波混頻器設計中采用了單平衡混頻器電路，此項電路設計時需以平面微帶混合集成為基礎，為了保障微波混頻器設計的合理性，應該采用ADS軟件完善設計，輔助安排電路的仿真，促使微波混頻器能夠達到技術指標，優(yōu)化電路結構在微波混頻器中的應用，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成，當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軟件設計時要注意諧波平衡法的應用，分析混頻器的非線性電路，簡化混頻器的電路設計。

2 優(yōu)勢

ADS軟件下，微波混頻器設計表現(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軟件設計后優(yōu)化了各項指標，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 設計

3.1 設計方案

基于ADS的微波混頻器設計方案中，最先要規(guī)劃整體電路的拓撲設計，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、匹配負載和中頻及直流通路[3]，ADS軟件給出了拓撲設計，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，設計出了適當?shù)木嚯x，耦合度設計為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確的加載到二極管，混頻器中安裝的二極管為復阻抗，直接在正常的工作頻率下測量，ADS在電路設計方案中使用了兩個混頻管，在相位關系的條件下促使信號與本振都能等分加載到對應的二極管上，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軟件中設計晶體管和電路結構，調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除了負責微波混頻器的設計以外，還提供了總體電路仿真的設計操作，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)微波混頻器的設計目標。微波混頻器電路設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，在此基礎上組織電路和晶體管的排版設計，測試實物圖，保障混頻器電路的整體穩(wěn)定性。

3.3 耦合器設計

微波混頻器中安裝了定向耦合器，其結構是四端口器件，設計時要考慮耦合度、隔離度[4]。本文以3dB定向耦合器為分析對象，分析ADS軟件的仿真應用。3dB定向耦合器的仿真設計中，要求信號為正向傳輸方式，3dB正交耦合器設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工藝設計時耦合長度應該比3.5mm高，彎曲結構也不會低于1.75mm，導致芯片尺寸超出設計的標準，集總參數(shù)正交耦合器改變了傳統(tǒng)設計，采用對稱結構的電路設計，同時運用奇偶模的分析完善電路設計，電路設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 濾波器設計

濾波器是微波混頻器中比較關鍵的設備，負責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軟件設計時要注意濾波器指標的準確性。匯總濾波器設計時的指標，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對應的阻帶頻率，ADS中輸入設計參數(shù)，建立起設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計，通過ADS仿真設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計提供了仿真的條件，通過仿真了解到設計和實際使用的差距，進而解決設計中出現(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，比較仿真結果提高微波混頻器的工作水平。

5 結束語

ADS在微波混頻器中起到了關鍵的作用，ADS軟件確保微波混頻器內(nèi)電路設計的優(yōu)化性。微波混頻器設計中ADS提供了仿真電路，優(yōu)化微波混頻器的配置，ADS仿真結果中各項指標符合標準后才能落實設計工作，保障微波混頻器設計的優(yōu)質性和科學性。

參考文獻：

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

[2]羅光，徐銳敏.寬帶微波單片正交混頻器的設計[J].微波學報，

2016，32（S1）：287-290.

[3]龍中華.高線性微波混頻器的研究與設計[D].電子科技大學，2013.

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

：22-25.