混频器的ADS优化设计与仿真

张翠芳

（太原科技大学，太原 030006）

混频器的ADS优化设计与仿真

张翠芳

（太原科技大学，太原 030006）

在射频系统中，混频器可以将较高频率的输入信号变换为较低频率的输出信号，以便对信号进行后续的调整和处理，一般通过混频二极管实现频率的变换。文章主要采用ADS软件对接收电路中的混频部分进行性能上的优化设计，运用软件的HARMONIC BALANCE仿真器中的参数扫描（Sweep）功能和扫描控制器进行仿真，得到三阶交调图和最理想的本振功率。通过ADS对射频混频器的仿真，得到了混频器的一些重要性能指标，大大提高了设计效率，缩短设计周期，并对混频器的参数进一步优化，提高了混频器性能。

ADS；混频器；输出功率；驻波比

1 引言

混频器是射频系统中用于频率变换的部件，具有广泛的应用领域，其具有可以将输入信号频率升高或降低而不改变原信号的特性。混频器是一个三端口器件，其中两个端口输入，一个端口输出。混频器采用非线性或时变参量元件，它可以将两个不同频率的输入信号变为一系列不同频率的输出信号，输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及谐波，易于对信号进行后续的调整和处理。本文利用ADS软件设计变频混频器的方法，设计与仿真接收系统的混频器。

混频器分为有源和无源两种：有源器件混频器采用晶体管或场效应管作为非线性器件；无源器件混频器采用二极管作为非线性器件。根据上面的双通道零中频结构，混频器的射频信号和本振信号是同一个端口输入，满足这一条件的混频器只有无源器件混频器中的单端混频器和单平衡混频器。单端混频器只采用一个二极管作为非线性器件，结构简单、经济，但性能较差。单平衡混频器采用两只二极管作为非线性器件，借助电路的对称性和二极管性能的一致性，使本振调幅噪声抵消，中频输出功率增强，性能比单端混频器有了很大的改善。

ADS（Advanced Design System）软件由Agilent公司开发，可以支持从模块到系统的设计，能够完成射频和微波电路设计、通信系统设计、射频集成电路设计和数字信号处理设计，该软件还可以完成时域和频域、数字和模拟、线性和非线性、电磁和数字信号处理等多种仿真[1]。

2 混频器的设计与仿真

混频器对输入RF小信号而言是线性网络，其输出中频信号与输入射频信号的幅度成正比。但是当输入信号幅度逐渐增加时，与线性放大器一样，也存在着非线性失真问题。因此在设计时，需要考虑混频器的1dB压缩点、三阶互调截点、线性动态范围等质量指标。

本混频器由90°混合3dB耦合器、两个二极管低通滤波器和匹配网络构成，射频频率为3.6GHz，本振频率为3.8Hz。使用ADS软件创建射频混频器的电路如图1所示。

图1 混频器电路

该原理图由微带分支定向耦合器、低通滤波器和两个二极管及其匹配电路组成。为了了解混频器的性能指标，分别利用S参数仿真元件和S参数仿真元件面板上的驻波比控件VSWR对混频器的输出信号和输入驻波比进行仿真。仿真结果如图2和图3所示。

图2 输出信号的功率谱

图3 输入驻波比

由于射频功率为3.6GHz，本振功率为3.8GHz，从Vout的仿真结果可以看出中频输出为200MHz以及各次谐波。从图3可知，端口1的驻波系数很小，也就是射频端口的反射很小，这体现了单平衡混频器的优点。

3 混频器的优化

混频一般通过混频二极管实现频率的变换，混频器的作用很大[2]，因此本文主要采用ADS软件对接收电路中的混频部分进行性能上的优化设计。混频器的变频损耗为射频输入功率与可用本振输入功率之比[4]，因此本振信号的输入功率一定影响整个系统的输出功率。运用HARMONIC BALANCE仿真器中的参数扫描（Sweep）功能可以得到最理想的本振功率。输出信号随本振功率变化的曲线如图4所示。

图4 输入信号随本振功率的变化

如果混频器输入两个射频信号fRF1和fRF2，它们的三阶互调分量2fRF1-fRF2与本振混频后也位于中频带宽内[3]，就会对有用中频产生干扰，因此需要对混频器进行三阶交调分析。利用ADS软件的测量方程控件来测量输出三阶交调点、输出中频成分的功率、混频器转换增益和输入三阶交调点。它们的测量方程分别为：

再利用软件中的扫描控制器进行仿真，就可以得到三阶交调图，如图5所示。

图5 三阶交调图

4 结语

通过ADS对射频混频器的仿真，得到了混频器的一些重要性能指标，大大提高了设计效率，缩短了设计周期，并对混频器的参数进一步优化，提高了混频器性能。

[1] 黄玉兰. ADS射频电路设计基础与典型应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2010.

[2] 范博. 射频电路原理与实用电路设计[M]. 北京：机械工业出版社，2007.

[3] 陈利. 2. 4 GHz 收发系统射频前端的ADS设计与仿真[J].现代电子技术，2009（19）：23-26.

ADS Optimization and Simulation of UHF RF Receiving System

ZHANG Cui-fang
（Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan030006,China）

The RF system, The mixer can transform the high frequency input signal into lower frequency output signal, In order to more easily to adjust and process signal. Usually by frequency mixing diode to transform frequency, this paper mainly use the ADS software to perform the mixing part of receiving circuit,Using the Scan (Sweep) function parameters of the HARMONIC and scanning controller to simulation, get the fi rst three into the fi gure and the most ideal vibration power. improve the design eff i ciency greatly, shorten the design cycle, and the parameters of the mixer further optimization to improve the mixer performance.

ADS; mixer; output power; standing wave ratio

TN62

A

1681-1070（2011）10-0028-03

2011-07-23

张翠芳（1982—），女，山西省长治市人，就职于山西建筑职业技术学院，正在攻读太原科技大学在职研究生，研究方向为电气工程及自动化。