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镜像抑制混频器仿真设计实验

发布时间:2014-07-01

  随着微波器件与技术的快速发展,在雷达和通信等领域,接收系统普遍采用了低噪声放大器作为前级,大大降低了系统的噪声系数,提高了灵敏度。混频器对接收机的影响和作用似乎越来越小,但事实并非如此。所谓镜像信号边带是有用信号边带相对于本振信号对称的另一个边带,它与本振混频后产生的中频信号与信号边带产生的中频信号相同。当低噪声放大器频带较宽且中频不高时,镜像噪声会通过混频器进入系统,造成系统噪声系数恶化。此时,镜像抑制混频器的设计至关重要。

 

实验内容
  利用ADS2009设计C波段微带镜像抑制混频器,分析混频器的非线性特性。混频器的设计技术指标如下所述:信号频率(RF):3.6 GHz,本振频率(LO):3.8 GHz,中频频率(IF):200MHz,噪声系数:<15dB;镜像抑制度:15dB。
(a)创建完整的混频器电路。混频器完整的电路图如图1所示。将其分为8个部分:第一部分为射频信号输入端口;第二部分为本振输入信号端口;第三部分为前面设计的3dB定向耦合器;第四部分为匹配电路,上下两路对称分布;第五部分为晶体管,其中晶体管使用了模型。第六部分为传输线阻抗匹配电路;第七部分为低通滤波器;第八部分为输出负载,在端口处设置“vif”进行标记。在设置好各部分参数后,进行“Simulation-HB”谐波平衡仿真器配置。

(b)输出频率、变频增益、噪声系数、三阶交调系数分析。通过仿真后,在数据窗口中依次调出“dBm(vif)”和“ConvGain”,我们可以得到混频器输出的中频输出频谱分量以及变频增益,曲线如图2所示。在前面仿真的基础上,修改仿真器参数,可得到噪声系数的仿真结果。重新配置仿真器进行仿真后,我们在数据显示窗口中可得到噪声系数曲线。电路原理图不变,重新设置变量、修改仿真器配置并进行仿真后,我们可以在数据显示窗口中调出“dBm(vif)”,最后得到三阶交调系数。从图中可以看出,各项指标都满足要求。

功能效果
  本次虚拟仿真实验我们学习了如何设计和分析一个微带平衡混频器,其主要由几部分组成:3dB分支定向耦合器、二极管的输入、输出阻抗匹配电路、两个二极管、输出低通滤波器。分别设计和仿真了该混频器的频谱、增益-本振功率曲线、噪声系数、三阶交调系数曲线等。


实验视频