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      基于ADS的微波混頻器設(shè)計分析

      2019-05-30 11:26:28湯永康
      山東工業(yè)技術(shù) 2019年12期
      關(guān)鍵詞:設(shè)計

      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.

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