基于ADS的微波混频器设计分析

汤永康

摘 要：微波混频器设计时采用了ADS软件，ADS软件能够优化微波混频器中的电路，提高微波混频器的工作性能。微波混频器中采用了微电子技术、射频通信技术，运用ADS软件保障各项技术在微波混频器中的有效应用，促使微波混频器可以满足使用标准，因此，本文主要探讨ADS中微波混频器的相关设计。

关键词：ADS；微波混频器；设计

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

微波混频器设计中采用了单平衡混频器电路，此项电路设计时需以平面微带混合集成为基础，为了保障微波混频器设计的合理性，应该采用ADS软件完善设计，辅助安排电路的仿真，促使微波混频器能够达到技术指标，优化电路结构在微波混频器中的应用，表明ADS软件在微波混频器中的可靠性。

1 原理

微波混频器在使用时过滤掉不需要的频率分量，主要由信号输入、非线性器件、本地振荡器、滤波器以及输出中频信号几个模块构成，当两个不相同频率的高频电压加载到一个非线性器件上后，应该要经过非线性变换，流经混频器的电流中有差频分量、谐波、基波以及直流分量[1]，比如这些电流中的差频分量，属于微波混频器中有用的中频信号，此时就要利用微波混频器过滤掉除差频分量以外的电流信号，得出差频分量以后完成混频的过程。微波混频器使用ADS软件设计时要注意谐波平衡法的应用，分析混频器的非线性电路，简化混频器的电路设计。

2 优势

ADS软件下，微波混频器设计表现出了明显的优势，首先是ADS简化了微波混频器的电路，在简单电路下就能完成频率的集成，提高了混频器工作的稳定性；然后是微波混频器的工作带宽设计的频程大，维护好混频器的性能[2]；最后是微波混频器采用ADS软件设计后优化了各项指标，包括噪声系数、带宽以及动态范围等，保障微波混频器的使用性能。

3 设计

3.1 设计方案

基于ADS的微波混频器设计方案中，最先要规划整体电路的拓扑设计，微波混频器的主要组成有：定向耦合器、电感线、二极管、阻抗匹配电路、相移线、匹配负载和中频及直流通路[3]，ADS软件给出了拓扑设计，混频器中的微波信号经过定向耦合器从输入端口1进入，本振功率的入口是输入口2，定向耦合器在混频器中区分了本振口与信号口，设计出了适当的距离，耦合度设计为10dB，阻抗变换器安装到混频管到耦合器的四分之一位置，阻抗完成匹配之后，信号与本振功率就可以准确的加载到二极管，混频器中安装的二极管为复阻抗，直接在正常的工作频率下测量，ADS在电路设计方案中使用了两个混频管，在相位关系的条件下促使信号与本振都能等分加载到对应的二极管上，混合电路与耦合器连接时，需采用分支线和环形桥连接，保障电线连接的合理性。

3.2 电路设计

微波混频器的整个电路中涉及到大量的晶体管，晶体管要符合电路的要求，保障两者的匹配性。ADS软件中设计晶体管和电路结构，调整晶体管在电路中的位置及数量，提供微波混频器的电路图。ADS除了负责微波混频器的设计以外，还提供了总体电路仿真的设计操作，主要是输出微波混频器的电路频谱。ADS软件仿真了电路经过微波混频器前后的频谱，比较前后频谱可以发现，微波混频器中的电路设计可以得出中频段信号，频率为200M，混频器电路滤除了200M以外的频率分量，以便实现微波混频器的设计目标。微波混频器电路设计也存在着一些损耗，还需采用ADS仿真损耗，分析微波混频器端口处的输入驻波比，确保仿真中的变频损耗与驻波比都可符合混频器的需求。ADS软件仿真了微波混频器的电路，在此基础上组织电路和晶体管的排版设计，测试实物图，保障混频器电路的整体稳定性。

3.3 耦合器设计

微波混频器中安装了定向耦合器，其结构是四端口器件，设计时要考虑耦合度、隔离度[4]。本文以3dB定向耦合器为分析对象，分析ADS软件的仿真应用。3dB定向耦合器的仿真设计中，要求信号为正向传输方式，3dB正交耦合器设计时采用了集总参数正交耦合器，考虑到3dB耦合度的要求需要运用Lange耦合器实现规范设计，微波混频器工作频率在微波低端时，此时电磁波长比较大，传输线的芯片面积就会增大，如果是耦合器的中心频率是8GHz，利用0.15μmGaAs工艺设计时耦合长度应该比3.5mm高，弯曲结构也不会低于1.75mm，导致芯片尺寸超出设计的标准，集总参数正交耦合器改变了传统设计，采用对称结构的电路设计，同时运用奇偶模的分析完善电路设计，电路设计中偶模激励时可以用作磁壁，电路为开路状态，而奇模电路为电壁，电路是短路状态。

3.4 滤波器设计

滤波器是微波混频器中比较关键的设备，负责各个频率信号的分离和组合，微波混频器中采用的是低通滤波器，ADS软件设计时要注意滤波器指标的准确性。汇总滤波器设计时的指标，如：fc表示截止频率，f1～f2表示频率范围，LAr表示通带中可允许的最大插入衰减，fs表示LAr对应的阻带频率，ADS中输入设计参数，建立起设计滤波器的仿真模型，ADS仿真模型中可以按照微波混频器的实际需求改进设计，通过ADS仿真设计保障微波混频器中滤波器的合理性。

4 仿真

ADS软件为微波混频器的设计提供了仿真的条件，通过仿真了解到设计和实际使用的差距，进而解决设计中出现的问题。ADS仿真中模擬了微波混频器的频谱分量，以便输出理想的中频分量，确保中频分量中不会有其他混合的频率，还要在仿真条件下研究变频损耗，比较仿真结果提高微波混频器的工作水平。

5 结束语

ADS在微波混频器中起到了关键的作用，ADS软件确保微波混频器内电路设计的优化性。微波混频器设计中ADS提供了仿真电路，优化微波混频器的配置，ADS仿真结果中各项指标符合标准后才能落实设计工作，保障微波混频器设计的优质性和科学性。

参考文献：

[1]曹志翔.3.8GHz单平衡微波混频器的设计与仿真[J].电子技术与软件工程，2017（11）：94-95.

[2]罗光，徐锐敏.宽带微波单片正交混频器的设计[J].微波学报，

2016，32（S1）：287-290.

[3]龙中华.高线性微波混频器的研究与设计[D].电子科技大学，2013.

[4]吴琪乐.通过微波混频器实现频率转换[J].半导体信息，2012（05）

：22-25.