電子與信息工程畢業(yè)論文雙平衡二極管混頻器的分析與設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
已閱讀1頁(yè),還剩29頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、<p>  本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>  雙平衡二極管混頻器的分析與設(shè)計(jì)</p><p>  所在學(xué)院 </p><p>  專業(yè)班級(jí) 電子與信息工程 </p><p>  學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) &

2、lt;/p><p>  指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>  完成日期 年 月 </p><p><b>  摘要</b></p><p>  混頻器應(yīng)用于移動(dòng)通信和微波通信以及各種高精度的微波測(cè)量系統(tǒng)中的前端電路,是射頻系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)

3、鍵部分,其性能的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。本文用ADS軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)雙平衡二極管混頻器。最后通過(guò)仿真得到了二極管雙平衡混頻器的三階交調(diào)等參數(shù)。</p><p>  本文介紹了混頻器的發(fā)展?fàn)顩r、混頻二極管以及利用它們來(lái)實(shí)現(xiàn)混頻的優(yōu)缺點(diǎn)。給出了混頻器相關(guān)的概念和指標(biāo),還有各種不同結(jié)構(gòu)的混頻器電路及其指標(biāo)的差異。探討了二極管環(huán)形混頻電路的工作原理,通過(guò)分析和計(jì)算,得出最終輸出電流的組合頻率分量。按采用的非線性器件不

4、同,常用的混頻器有三極管混頻器、二極管混頻器和集成模擬乘法器構(gòu)成的混頻器,此外,還有采用變?nèi)荻O管等非線性元器件構(gòu)成的混頻器。其中,二極管混頻器主要應(yīng)用于工作頻率較高的無(wú)線電超外差式接收機(jī)(如米波段及微波接收機(jī))或儀器中。其優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,噪聲低,工作頻段寬,組合頻率少。它的電路形式有單管式、平衡式及環(huán)形式(也稱為雙平衡式)等。在此主要討論雙平衡二極管混頻器,對(duì)其電路進(jìn)行仿真分析。采用在輸出端加切比雪夫?yàn)V波器的方式濾除高次組合諧波;

5、根據(jù)輸出增益來(lái)確定最佳的本振輸入功率。最后給出雙平衡二極管混頻器的三階交調(diào)系數(shù)。</p><p>  關(guān)鍵詞:混頻電路;二極管環(huán)形混頻器;三階交調(diào);</p><p><b>  Abstract</b></p><p>  Mixers used in mobile communications and microwave communicat

6、ions, and various high-precision microwave measurement system in the front-end circuits, RF systems is a key part of its performance directly affects the performance of the whole system.This software is designed with the

7、 ADS, a double-balanced diode mixer.Finally, the simulation has been double-balanced diode mixer third-order intermodulation and other parameters. This article describes the development of the mixer, mixer diodes an&

8、lt;/p><p><b>  .</b></p><p><b>  目 錄</b></p><p><b>  第1章 緒論1</b></p><p>  1.1混頻器的產(chǎn)生和發(fā)展1</p><p>  1.2 論文的主要工作1</p&

9、gt;<p>  第2章 混頻器的工作原理及分類2</p><p>  2.1混頻的概述2</p><p>  2.2 混頻器的分類2 </p><p>  2.4 混頻器類型3</p><p>  第3章 混頻器的設(shè)計(jì)與仿真7</p><p>  3.1混頻器參數(shù)7</p>&

10、lt;p>  3.2雙平衡二極管混頻器的分析與設(shè)計(jì)8</p><p>  3.2.1 混頻器電路設(shè)計(jì)8</p><p>  3.2.2變量設(shè)置10</p><p>  3.2.3仿真器配置10</p><p>  3.3 肖特基二極管12</p><p>  3.4 中頻輸出端低通濾波器設(shè)計(jì)13<

11、;/p><p>  3.5混頻器本振功率的選擇18</p><p>  3.6 混頻器三階交調(diào)分析19</p><p><b>  結(jié)論25</b></p><p>  致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>  參考文獻(xiàn)26</b></p>&l

12、t;p><b>  第1章 緒論</b></p><p>  1.1混頻器的產(chǎn)生和發(fā)展 </p><p>  混頻器已被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信,微波通信,以及各種高精密微波前端電路測(cè)試系統(tǒng),射頻系統(tǒng)是其性能的關(guān)鍵部分,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。通信工程和無(wú)線電技術(shù),被廣泛用于調(diào)制系統(tǒng)中,輸入基帶信號(hào),通過(guò)轉(zhuǎn)換進(jìn)入高頻率的調(diào)制信號(hào)。在解調(diào)過(guò)程中,收到的信號(hào)調(diào)制高頻頻

13、率也將受到相應(yīng)的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換。特別是在超外差接收器,混頻器被廣泛使用,如AM廣播接收器將有一個(gè)535KHz調(diào)幅信號(hào),可用1000Hz的本振將其變頻為465KHz的中頻信號(hào)。在為了提高發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率,多級(jí)發(fā)射器的穩(wěn)定性。以較低的頻率作為主振蕩器晶體振蕩器,產(chǎn)生一個(gè)非常穩(wěn)定的高頻主振信號(hào),然后通過(guò)加,減,乘,除法運(yùn)算轉(zhuǎn)化成無(wú)線電頻率,所以必須使用混頻器電路,如轉(zhuǎn)讓發(fā)送和接收頻道的電視轉(zhuǎn)換,衛(wèi)星通信上行,下行頻率轉(zhuǎn)換等,必須使用混頻器。因此

14、,混頻器電路是電子技術(shù)和無(wú)線電專業(yè)應(yīng)用必須掌握的關(guān)鍵電路。雙平衡混頻器在相位檢測(cè)技術(shù)也有應(yīng)用。因此,該混頻器已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)專門(mén)的技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。</p><p>  混頻器是在第二次世界大戰(zhàn)中,伴隨著雷達(dá)接收機(jī)而產(chǎn)生的。在戰(zhàn)爭(zhēng)中為了增加雷達(dá)的作用距離,人們?cè)噲D從三個(gè)途徑進(jìn)行分析研究。 </p><p>  首先,增加傳輸功率。增加傳輸功率可以增加雷達(dá)范圍,但隨著發(fā)射功率的逐漸增加,不

15、僅成本高昂,而且超大功率會(huì)造成空間的電磁污染,影響人體健康。 </p><p>  第二,增加天線的面積。由于天線尺寸的增加,增強(qiáng)了弱信號(hào)接收能力,從而提高了系統(tǒng)的接收靈敏度,使雷達(dá)的距離增加。但是,天線的面積,加工和伺服系統(tǒng)增加將使系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜,制造困難,且要付出高昂的成本。 第三,降低混頻器的接收器噪聲系數(shù),以提高雷達(dá)的范圍。采用低噪聲接收機(jī)可提高靈敏度,因此,盡量減少內(nèi)部的接收器的噪聲。因此,這種方

16、法既經(jīng)濟(jì)又有效的方式。</p><p>  按采用的非線性器件不同,常用的混頻器有三極管混頻器、二極管混頻器和集成模擬乘法器構(gòu)成的混頻器,此外,還有采用變?nèi)荻O管等非線性元器件構(gòu)成的混頻器。其中,二極管混頻器主要應(yīng)用于工作頻率較高的無(wú)線電超外差式接收機(jī)(如米波段級(jí)微波接收機(jī))或儀器中。其優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,噪聲低,工作頻段寬,組合頻率少。</p><p>  1.2 論文的主要工作<

17、/p><p>  本論文主要工作先了解混頻器的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用。學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí):混頻器相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)。S參數(shù)。微波技術(shù)(微波電路)和高頻電子線路混頻器異同。半導(dǎo)體原理相關(guān)方面的內(nèi)容。深入了解混頻器的原理,作用及設(shè)計(jì)方法以及了解半導(dǎo)體二極管特性及混頻器的分類。 </p><p>  對(duì)于仿真

18、軟件學(xué)習(xí):ADS學(xué)習(xí)。最后使用ADS軟件設(shè)計(jì)混頻器,使用ADS軟件對(duì)混頻器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,仿真。 </p><p>  第2章 混頻器的工作原理及分類</p><p><b>  2.1混頻的概述</b></p><p>  混頻,又稱變頻,也是一種頻譜的線性搬移過(guò)程,它是使信號(hào)自某一個(gè)頻率變換成另一個(gè)頻率。完成這種功能的電路稱為混頻器(或變

19、頻器)。</p><p>  混頻原理及特點(diǎn):混頻是頻譜的線性搬移過(guò)程。在前面的分析已知,完成頻譜的線性搬移功能的關(guān)鍵是要獲得兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積,能找到這個(gè)乘積項(xiàng),就可完成所需的線性搬移功能。設(shè)輸入到混頻中的輸入已調(diào)信號(hào)和本振電壓分別為:這兩個(gè)信號(hào)的乘積為</p><p><b>  2-1</b></p><p>  若中頻,上式經(jīng)帶通濾波器

20、取出所需邊帶,可得中頻電壓為</p><p><b>  2-2</b></p><p>  由此可得完成混頻功能的原理框圖,如圖 2.1 (a)所示。也可用非線性器件來(lái)完成,如圖 2.1 (b) 所示。</p><p>  圖(a) 混頻功能的原理框圖</p><p>  圖(b) 非線性器件混頻功能的原理框圖<

21、;/p><p>  2.2 混頻器的分類</p><p>  混頻器分兩大類,即混頻和變頻。是由單獨(dú)的振蕩器提供本振的混頻電路稱為混頻器。為了簡(jiǎn)化電路,振蕩和混頻功能由一個(gè)非線性器件(用同一晶體管)完成的混頻電路稱為變頻器。有時(shí)也將振蕩器和混頻器兩部分結(jié)合起來(lái)稱為變頻器。變頻器是四端網(wǎng)絡(luò),混頻器是六端網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際實(shí)用中,通常將“混頻”與“變頻”兩詞混用,不再加以區(qū)分。</p>&

22、lt;p>  混頻技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛,混頻器是超外差接收機(jī)的關(guān)鍵部分。直接式接收機(jī)是高頻小信號(hào)檢波(平方律檢波),工作頻率變化范圍大時(shí),工作頻率對(duì)高頻通道的影響比較大(頻率越高,放大量越低,反之超外差技術(shù)后,將接收信號(hào)混頻到一固定中頻,放大量基本不受接收頻率的影響,這樣,頻段內(nèi)信號(hào)的放大一致性較好,靈敏度可以用良好的濾波電路。采用超外差接收后,調(diào)整方便,放大量、選擇性主要由中頻部分決定,且中頻較高頻信號(hào)的頻率低,性能指標(biāo)容易得到滿

23、足。混頻器在一些發(fā)射設(shè)備(如單邊帶通信機(jī))中也是必不可少的。在頻分多址(FDMA)信號(hào)的合成、微波接力通信等系統(tǒng)中也是有其重要地位。此外,混頻器也是許多電子設(shè)備、測(cè)量?jī)x器(如頻率合成器、頻譜分析儀等)的重要組成部分。 </p><p><b>  2.4 混頻器類型</b></p><p>  圖3.7.1晶體管混頻電路原理圖。 圖中調(diào)諧于輸入信號(hào)的載頻, 調(diào)諧于中頻

24、, 本振與VBB0迭加后作為偏置電壓。 </p><p>  圖2.2 晶體管混頻電路原理圖</p><p>  由于振幅很小, 振幅較大, 所以可視為線性時(shí)變工作狀態(tài)。采用上節(jié)的分析方法, 參照式可以看到, 中含有的組合頻率分量為:</p><p>   | 2-3<

25、/p><p>  其中中頻電流分量為:</p><p>   2-4</p><p>  上式中是的振幅, 是晶體管跨導(dǎo)中的基頻分量振幅??闪钍街? , 對(duì)進(jìn)行積分而求出, 而跨導(dǎo)</p><p><b>  2-5</b></p>&

26、lt;p>  若定義混頻跨導(dǎo)即中頻電流振幅II與輸入信號(hào)振幅Us之比, 則有: </p><p>  若回路總諧振電導(dǎo)為, 則可以求得混頻電壓增益 </p><p>  給混頻電路提供的本振信號(hào)可以由單獨(dú)的振蕩電路產(chǎn)生, 也可以由混頻晶體管本身產(chǎn)生。由一個(gè)晶體管同時(shí)產(chǎn)生本振信號(hào)、實(shí)現(xiàn)混頻的電路通常稱為變頻器。圖3.7.2給出了一個(gè)典型收音機(jī)變頻器電路。在圖2.3中, 輸入信號(hào)和本振信

27、號(hào)分別加在晶體管的基極和發(fā)射極上, 輸出中頻信號(hào)由連接集電極的諧振回路取出。本振電路是由晶體管、振蕩回路(L4C6、C7、C8)和反饋電感L3組成的變壓器耦合反饋振蕩器。 雙聯(lián)可變電容作為輸入回路和本振回路的統(tǒng)一調(diào)諧電容, 使得在整個(gè)中波波段內(nèi), 本振頻率均與輸入載頻同步變化, 二者之差恒等于中頻。 </p><p>  圖2.3 變頻器電路</p><p>  變頻器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,

28、節(jié)省元器件, 缺點(diǎn)是本振頻率容易受信號(hào)載頻的牽引, 無(wú)法兼顧使振蕩與混頻都處于最佳工作狀態(tài), 且一般工作頻率不高。</p><p> ?。?).二極管混頻電路</p><p>  圖2.2(a)是二極管平衡混頻電路原理圖, (b)是其等效電路。由圖可見(jiàn), 若忽略輸出電壓的反饋?zhàn)饔? 則加在兩個(gè)二極管上的電壓分別是:</p><p>  

29、 2-6</p><p>  由于很小, 很大, 故二極管工作在受控制的開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)。若不考慮輸出回路電壓的反饋?zhàn)饔? 采用分析方法, 流過(guò)兩個(gè)二極管的電流可分別寫(xiě)成:</p><p><b>  2-7</b></p><p><b>  輸出回

30、路電流</b></p><p><b>  2-8</b></p><p>  將式代入, 可求得i中的組合頻率分量為和 其中中頻電流分量為: 式中和分別是信號(hào)的振幅和二極管電導(dǎo)??紤]到輸出電壓的反饋?zhàn)饔? 實(shí)際中頻電流要比上式小一些。</p><p>  雙平衡(環(huán)形)混頻電路可看成是由兩個(gè)二極管平衡混頻電路組成。在正半周, 二極

31、管V1、V2導(dǎo)通, 對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)函數(shù)為; 在負(fù)半周, 二極管V3、V4導(dǎo)通, 對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)函數(shù)為。 由圖可求得輸出回路電流</p><p><b>  2-9</b></p><p>  代入, 可求得i中的組合頻率分量為 其中中頻電流分量為:</p><p>  圖2.4 二極管平衡混頻電路原理圖</p><p>  

32、平衡混頻電路與環(huán)形混頻電路輸出的無(wú)用組合頻率分量均比晶體管混頻電路少, 而環(huán)形電路比平衡電路還要少一個(gè)分量, 且增益加倍。 </p><p>  二極管平衡與環(huán)形電路也可廣泛用于調(diào)幅、 檢波等其它方面, 但主要仍用于混頻, 這是因?yàn)槠湓鲆嫘∮?, 但工作頻率很高的特點(diǎn)。 </p><p>  圖2.5 二極管環(huán)形混頻電路原理圖 </p><p>  第3章 混頻

33、器的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>  ADS(Advanced Design System)先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)是安捷倫科技有限公司(Agilent)為適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)研發(fā)生產(chǎn)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一款EDA軟件。軟件迅速成為工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域EDA軟件的領(lǐng)先者,因?yàn)閺?qiáng)大的功能、豐富的模板支持外加高效準(zhǔn)確的仿真能力(尤其在射頻微波領(lǐng)域),從而而得到了廣大IC設(shè)計(jì)工作者的認(rèn)可。 ADS軟件是高頻設(shè)計(jì)的工業(yè)領(lǐng)先者。它支持系統(tǒng)和射頻設(shè)計(jì)師開(kāi)發(fā)所有類型

34、的射頻設(shè)計(jì),從簡(jiǎn)單到最復(fù)雜。通過(guò)從頻域和時(shí)域電路仿真到電磁場(chǎng)仿真的全套仿真技術(shù),ADS讓設(shè)計(jì)師全面表征和優(yōu)化設(shè)計(jì)。單一的集成設(shè)計(jì)環(huán)境提供系統(tǒng)和電路仿真器,以及電路圖捕獲、布局和驗(yàn)證能力,因此不需要在設(shè)計(jì)中停下來(lái)更換設(shè)計(jì)工具。</p><p><b>  3.1混頻器參數(shù)</b></p><p><b>  1.變頻增益</b></p>

35、<p>  變頻增益是混頻器的輸出信號(hào)強(qiáng)度與輸入信號(hào)強(qiáng)度的比值。變頻增益可用變頻電壓增益和變頻功率增益來(lái)表示??啥x變頻功率增益為輸出中頻信號(hào)功率 與輸入高頻信號(hào)功率之比,即</p><p><b>  3-1</b></p><p>  通常用分貝數(shù)表示變頻增益,有</p><p><b>  3-2</b>

36、;</p><p>  變頻增益表征了變頻器把輸入高頻信號(hào)變換為輸出中頻信號(hào)的能力。增益越大,變換的能力越強(qiáng),故希望變頻增益大。</p><p><b>  2.三階交調(diào)系數(shù)</b></p><p>  三階交調(diào)的簡(jiǎn)稱是三階交調(diào)截取點(diǎn)IP3(Third-order Intercept Point),多載波通訊系統(tǒng)中包括微波和射頻,三階交調(diào)截取點(diǎn)

37、IP3是一個(gè)衡量線性度或失真的重要指標(biāo)。交調(diào)失真對(duì)模擬微波通信來(lái)說(shuō),會(huì)產(chǎn)生鄰近信道的串?dāng)_,對(duì)數(shù)字微波通信來(lái)說(shuō),會(huì)降低系統(tǒng)的頻譜利用率,并使誤碼率惡化;因此容量越大的系統(tǒng),要求IP3越高,IP3越高表示線性度越好和更少的失真。IP3通常用兩個(gè)輸入音頻測(cè)試,這里所指的音頻與我們?cè)诘皖l電子線路的音頻有區(qū)別,實(shí)際上是兩個(gè)靠的比較近的射頻或微波頻率。</p><p>  圖3.1 三階交調(diào)增益曲線</p>&

38、lt;p>  3.2雙平衡二極管混頻器的分析與設(shè)計(jì)</p><p>  利用ADS2009設(shè)計(jì)C波段微帶鏡像抑制混頻器,分析混頻器的非線性特性?;祛l器技術(shù)指標(biāo)如下所述。</p><p>  信號(hào)頻率(RF):3.6GHz</p><p>  本振頻率(LO):3.8GHz</p><p>  中頻頻率(IF):200MHz</p&

39、gt;<p>  3.2.1 混頻器電路設(shè)計(jì)</p><p>  混頻器的完整電路如圖3.1所示。將其分成8部分,下面針對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。</p><p>  3.1 完整混頻電路</p><p>  第1部分 射頻信號(hào)輸入端口。在“Sources-Freq Domain”中加入單音頻信號(hào)源,按照?qǐng)D3.2所示進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。</p>

40、<p>  第2部分 本振輸入信號(hào)端口。依照第一部分的方法,進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì),如圖3.2所示。</p><p>  第3部分3dB定向耦合器。</p><p>  第4部分 晶體管,其中晶體管是使用了模型。</p><p>  3.2 輸入端電路圖</p><p>  5)在類“Devices-Diodes”中選擇控件,并雙擊修改屬性

41、,建立二極管模型,具體參數(shù)設(shè)計(jì)參考圖3.3。</p><p>  圖3.3 二極管模型參數(shù)</p><p>  6)第5部分 低通濾波器。</p><p>  7)第6部分 負(fù)載,用“Term”來(lái)做輸出負(fù)載,如圖4.2.4所示。利用菜單欄中控件,設(shè)置“vout”來(lái)標(biāo)注與負(fù)載相連的線。該設(shè)置在以后仿真結(jié)果輸出時(shí)使用。</p><p><b

42、>  圖3.4 負(fù)載電路</b></p><p><b>  3.2.2變量設(shè)置</b></p><p>  在電路原理圖窗口中選擇控件,雙擊修改其屬性,如圖4.2.5 所示。</p><p>  在類“Optim/Stat/Yield/DOE”中選擇控件,設(shè)置屬性為“ConvGain=dBm(mix(vif,{-1,1}))

43、-PRF”,如圖所示。</p><p><b>  圖3.5VAR設(shè)置</b></p><p>  圖3.6 MeasEqn設(shè)置</p><p>  3.2.3仿真器配置</p><p>  在類“Simulation-HB”中選擇控件和控件,先雙擊修改其屬性,主要把溫度改為符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的16.85C。</p&

44、gt;<p>  雙擊控件,配置諧波平衡仿真器,具體參數(shù)如圖3.7 所示。</p><p>  保存電路,單擊按鈕,進(jìn)行仿真。</p><p>  在出現(xiàn)的數(shù)據(jù)顯示窗口中,選擇控件,并單擊按鈕,在對(duì)話框輸入“dBm(vif)”,單擊OK可以顯示中頻輸出的頻譜分量,如圖3.7 所示,仿真曲線如圖 所示。</p><p>  圖3.7 仿真器屬性設(shè)置&

45、lt;/p><p>  圖3.8 中頻輸出頻率設(shè)置</p><p>  圖3.9 中頻輸出頻譜曲線</p><p>  3.3 肖特基二極管</p><p>  雙平衡混頻器設(shè)計(jì)中最重要的就是二極管的選擇,這里選擇肖特基二極管來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>  肖特基二極管是貴金屬A為正極,以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極,利用二者接觸

46、面上形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的半導(dǎo)體器件。因?yàn)榇罅康碾娮哟嬖谥鳱型半導(dǎo)體中,貴金屬中僅有極少量的自由電子,所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后,電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡,便組成了肖特基勢(shì)壘。 </p><p>  典型的肖特基整流管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是以N型半導(dǎo)體為基片,在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽(yáng)極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層

47、。用二氧化硅(SiO2)來(lái)去除邊緣區(qū)域的電場(chǎng),提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)電阻,其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層,其作用是減小陰極的接觸電阻。通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),N型基片和陽(yáng)極金屬之間便形成肖特基勢(shì)壘。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓時(shí),肖特基勢(shì)壘層變窄,其內(nèi)阻變小;相反,在肖特基勢(shì)壘的兩端加上反向偏壓時(shí),肖特基勢(shì)壘層則變寬,其內(nèi)阻就變大。 </p><p>  圖3.10 肖特

48、基二極管的伏安特性</p><p>  以上所述,肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與和PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管,而把金屬半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管,近年來(lái),采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問(wèn)世,這不僅可節(jié)省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數(shù)的一致性。 </p><p>  3.4 中頻輸出端低通濾波器設(shè)計(jì)</p><p>  混頻輸

49、出的中頻不僅包含了射頻和本振的和差頻,還包含了他們的高次組合諧波,為了得到200MHz的中頻輸出,需要加濾波器將高次組合諧波濾掉,因此需要中頻輸出端加低通率波器,這里采用設(shè)計(jì)向?qū)?lái)設(shè)計(jì)集總參數(shù)的切比雪夫低通濾波器。設(shè)計(jì)過(guò)程如下:</p><p>  在原理圖的Filter_Lowpass1中,選擇[DesignGuide]菜單>[Filter],彈出[Filter]對(duì)話 </p><p&

50、gt;  框,在對(duì)話框中選擇[Filter Conterol Window]項(xiàng)。[Fiter]對(duì)話框。</p><p>  單擊[Filter]對(duì)話框[OK]按鈕,關(guān)閉[Filter]對(duì)話框,同時(shí)將彈出濾波器設(shè)計(jì)向?qū)С跏即?</p><p>  口[Filter DesignGuide]。</p><p>  在[Fiter DesignGuide]窗口中,單擊工

51、具欄中的按鈕[ComponentPalette-ALL]列表下元</p><p>  件面板,[Filter DG-ALL]元件面板上列出了各種類型濾波器的設(shè)計(jì)向?qū)В傇?</p><p>  低通、高通、帶通、和帶阻濾波器設(shè)計(jì)向?qū)А?lt;/p><p>  在[Filter DG-ALL]元件面板上,選擇雙端口低通濾波器,插入原理圖的畫(huà)圖區(qū),然后單</p

52、><p>  擊按鈕,結(jié)束當(dāng)前命令。原理圖中的雙端口低通濾波器。 </p><p>  重新回到[Filter DesignGuide]窗口,單擊窗口中[Filter Assistant]按鈕,在[Filter </p><p>  DesignGuide]窗口中出現(xiàn)濾波器設(shè)計(jì)向?qū)?,[SmartConmpoent]項(xiàng)為DA_LCLowpassDT1,說(shuō)</p>

53、;<p>  明Filter_Lowpass1原理圖中現(xiàn)在出現(xiàn)了快捷元件項(xiàng)DA_LCLowpassDT1,設(shè)計(jì)向?qū)Ь褪怯?lt;/p><p>  來(lái)設(shè)計(jì)原理圖中的快捷元件DA_LCLowpassDT1。</p><p>  圖3.11濾波器設(shè)計(jì)向?qū)г姘?lt;/p><p>  圖3.12雙端口低通濾波器原理圖</p><p>  圖

54、3.13濾波器設(shè)計(jì)向?qū)е械脑O(shè)計(jì)選項(xiàng)</p><p>  下面對(duì)圖 中[Fiter DesignGuide]窗口的參量介紹如下。</p><p>  ·Source Impedances為源阻抗,源阻抗的默認(rèn)狀態(tài)為。.</p><p>  ·Load Impedances為負(fù)載阻抗,負(fù)載阻抗的默認(rèn)狀態(tài)為。</p><p>

55、  ·First Element為濾波器第一個(gè)元件的串聯(lián)方式,Parallel為并聯(lián)方式,Series為串聯(lián)方式,軟件的默認(rèn)狀態(tài)為Parallel并聯(lián)方式。</p><p>  ·Order(N)為濾波器的階數(shù),濾波器的階數(shù)與濾波器的元件數(shù)相同</p><p>  ·Repone Type為濾波器的響應(yīng)的方式,濾波器響應(yīng)的方式有最大平滑Maximally Fl

56、at(也稱為巴特沃斯)、切比雪夫Chebyshev、橢圓Elliptic和高斯Gaussian等,軟件默認(rèn)的濾波器響應(yīng)方式為最大平滑Maximally Flat</p><p>  ·AP(dB)為濾波器通帶的衰減。</p><p>  ·As(dB)為濾波器阻帶的衰減。</p><p>  ·Fp為濾波器通帶的頻率。</p>

57、;<p>  ·Fs為濾波器阻帶的頻率。</p><p>  圖4.3.4是初始狀態(tài),下面設(shè)置圖4.3.4中快捷元件DA_LCLowpassDT1的參數(shù)。</p><p>  ·Repone Type選為切比雪夫Chebyshev。</p><p>  ·AP(dB)選為0.5</p><p>  

58、·As(dB)選為60</p><p>  ·Fp選為220MHz</p><p>  ·Fs選為280MHz</p><p>  ·其余選項(xiàng)保持默認(rèn)狀態(tài)。</p><p>  單擊[Filter DesignGuide]窗口中的[Design]按鈕,軟件中的設(shè)計(jì)向?qū)瓿稍O(shè)計(jì)。</p>&

59、lt;p>  現(xiàn)在觀察[Filter DesignGuide]窗口,可以看到現(xiàn)在窗口中曲線已經(jīng)改變?yōu)閳D。</p><p>  圖3.14濾波器設(shè)計(jì)向?qū)е蟹现笜?biāo)的響應(yīng)</p><p>  在帶通濾波器的響應(yīng)是等幅值的波紋,在阻帶濾波器的衰減隨頻率的升高單調(diào)上升,這是切比雪夫低通濾波器。</p><p>  8.現(xiàn)在原理圖中的DA_LCLowpassDT1元件已

60、經(jīng)有了子電路,下面觀察子電路,觀察子電路的步驟如下。</p><p>  ·在原理圖中選中DA_LCLowpassDT1元件。</p><p>  ·然后單擊原理圖工具欄中的按鈕,進(jìn)入DA_LCLowpassDT1元件子電路,DA_LCLowpassDT1元件子電路。</p><p>  ·由圖3.15可以看出,滿足技術(shù)指標(biāo)的濾波器階數(shù)

61、為5,也就是濾波器階數(shù)為5,也就是濾波器有6個(gè)元件。</p><p>  在原理圖的工具欄中,單擊按鈕,由DA_LCLowpassDT1元件子電路退出,回到圖3.16所示的原理圖中。</p><p>  觀察原理圖的仿真結(jié)果</p><p>  下面在原理圖Filter_Lowpass1中設(shè)置仿真控件,來(lái)觀察DA_LCLowpassDT1元件的s參數(shù),DA_LCLo

62、wpassDT1元件的子電路為集總參數(shù)低通濾波器。</p><p>  打開(kāi)Filter_Lowpaddl1原理圖。</p><p>  在原理圖Filter_Lowpaddl1上選擇S參數(shù)仿真元件面板,在元件面板上選擇負(fù)載終端Term,將負(fù)載終端Term兩次插入原理圖中,定義負(fù)載Term1為輸入端口,負(fù)載終端Term2為輸出端口。</p><p>  在原理工具欄

63、中的按鈕,將底線(GROUND)兩次插入原理圖,讓兩個(gè)負(fù)載終端Term接地。</p><p>  在單擊工具欄中的按鈕,將原理圖中的負(fù)載終端Term和低通濾波器連接起來(lái)。</p><p>  圖3.15帶有負(fù)載終端低通濾波器原理圖</p><p>  在s參數(shù)仿真元件面板上,選擇s參數(shù)仿真控件SP插入原理圖的畫(huà)圖區(qū),對(duì)S參數(shù)仿真控件設(shè)置如下。</p>

64、<p>  ·頻率掃描類型選為線性Linear。</p><p>  ·頻率掃描的起始值設(shè)為0MHz。</p><p>  ·頻率掃描的終止值設(shè)為350MHz。</p><p>  ·頻率掃描的步長(zhǎng)設(shè)為20MHz。</p><p>  ·其余的參數(shù)保持默認(rèn)狀態(tài)。</p>

65、<p>  單擊S參數(shù)仿真控件設(shè)置窗口中的[OK]按鈕,完成對(duì)S參數(shù)仿真控件的設(shè)置,現(xiàn)在用于仿真的集總參數(shù)低通濾波器原理圖如圖4.3.6所示。</p><p>  現(xiàn)在可以所示的原理圖仿真了。在原理圖工具欄中單擊按鈕,運(yùn)行仿真,仿真結(jié)束后,數(shù)據(jù)顯示視窗自動(dòng)彈出。</p><p>  數(shù)據(jù)顯示視窗的初始狀態(tài)沒(méi)有任何數(shù)據(jù)顯示,用戶自己選擇需要顯示的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)顯示的方式,這里選擇的步

66、驟如下。</p><p>  ·在數(shù)據(jù)顯示視窗中,單擊數(shù)據(jù)顯示方式面板中的矩形圖標(biāo),插入數(shù)據(jù)顯示區(qū)。</p><p>  ·選擇矩形圖的橫軸為頻率,縱軸為用分貝(dB)表示的。</p><p>  ·在曲線上插入3個(gè)Marker,曲線如圖4.3.6所示,表示信號(hào)由端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)。</p><p> 

67、 圖3.16用于仿真的集總參數(shù)低通濾波器原理圖</p><p>  圖3.17低通濾波器數(shù)據(jù)顯示</p><p>  ·單擊工具欄中的,保存數(shù)據(jù)。</p><p>  由圖4.3.7可以看出,曲線在180MHz、220MHz和260MHz處的值如下。</p><p>  ·在180MHz,的值為-0.006dB。</

68、p><p>  ·在220MHz,的值為-0.500dB。</p><p>  ·在260MHz,的值為-51.944dB。</p><p>  3.5混頻器本振功率的選擇</p><p>  將端口2的單頻功率P_1Tone重新設(shè)置如下。</p><p>  ·P=dbmtow(LO_pwr

69、),表示單頻功率源輸出信號(hào)為變量LO_pwr。</p><p>  ·其他設(shè)置保持不變。</p><p>  端口2的單頻功率源如圖 3.18所示。</p><p>  在工具欄中選擇[VAR],插入原理圖,將本振功率設(shè)置為L(zhǎng)O_pwr=10,完成設(shè)置的變量控件[VAR]如圖3.19所示。</p><p>  圖3.18端口2的單頻

70、功率源 </p><p><b>  圖3.19變量控件</b></p><p>  在諧波平衡仿真元件面板上,選擇參數(shù)掃描[PARAMETER SWEEP]插入原理圖,對(duì)參數(shù)掃描控制器設(shè)置如下。</p><p>  ·掃描的變量設(shè)置為本振功率LO_pwr。</p><p>  ·掃描的仿真設(shè)置為HB

71、1。</p><p>  ·掃描的起始值為1.</p><p>  ·掃描的終止值為20.</p><p>  ·掃描的步長(zhǎng)設(shè)為1.</p><p>  設(shè)置完成的參數(shù)掃描控制器如圖 3.20所示。</p><p>  在原理圖的工具欄中單擊,運(yùn)行仿真。當(dāng)仿真結(jié)束后,數(shù)據(jù)顯示視窗會(huì)自動(dòng)彈出

72、,在數(shù)據(jù)顯示視窗中插入Vout的矩形圖,顯示Vout的仿真結(jié)果,并在Vout曲線的峰值處插入一個(gè)標(biāo)記marker,Vout的仿真結(jié)果如圖3.20所示。</p><p>  圖3.20參數(shù)掃描控制器</p><p>  圖3.21 輸出信號(hào)隨本振功率的變化</p><p>  由圖可以看出,Vout的輸出與本振功率有關(guān),當(dāng)本振功率為29dBm時(shí),Vout的輸出最大,為

73、-32.194dBm。</p><p>  3.6 混頻器三階交調(diào)分析</p><p>  將端口1的單頻功率源P_1Tone更換為多頻率源P_nTone,并對(duì)P_nTone設(shè)置如下。</p><p>  ·Freq[1]=(RF_freq-fspacing/2)GHz,這是多頻功率源的第一個(gè)基準(zhǔn)頻率。</p><p>  

74、3;Freq[2]=(RF_freq+fspacing/2)GHz,這是多頻功率源的第二個(gè)基準(zhǔn)頻率。</p><p>  ·P(1)=dbmtow(-20),這是第一個(gè)基準(zhǔn)頻率的功率源輸出功率。</p><p>  ·P(2)=dbmtow(-20),這是第二個(gè)基準(zhǔn)頻率的功率源輸出功率。</p><p>  ·其他設(shè)置保持不變。<

75、/p><p>  端口1的功率源設(shè)置如圖3.22所示。</p><p>  將端口2的單頻功率源P_1Tone重新設(shè)置如下。</p><p>  ·P=dbmtow(LO_pwr),表示單頻功率源輸出功率為變量LO_pwr。</p><p>  ·Freq=LO_freqGHz,表示本振頻率為變量LO_freq。</p&

76、gt;<p>  ·其他設(shè)置保持不變。</p><p>  端口2的單頻功率源如圖 3.22所示。</p><p>  圖3.22端口1的功率源 </p><p>  圖3.23 端口2的單頻功率源</p><p>  修改變量控件[VAR]如下。</p><p>  ·IF_freq

77、=RF_freq-LO_freq</p><p>  ·RF_freq=3.6</p><p>  ·LO_freq=3.8</p><p>  ·fspacing=0.2e-3</p><p>  ·LO_pwr=10</p><p>  修改完成的變量控件[VAR]如圖所示。

78、</p><p>  刪掉參數(shù)掃描控制器[PARAMETERSWEEP]。</p><p>  修改諧波平衡仿真控制器,對(duì)諧波平衡仿真控制器設(shè)置如下。</p><p>  ·Freq[1]=LO_freq GHz,這是諧波平衡仿真控制器的第一個(gè)基準(zhǔn)頻率。</p><p>  ·Freq[2]=(RF_freq+fspaci

79、ng/2)GHz,這是諧波平衡仿真控制器的第二個(gè)基準(zhǔn)頻率。</p><p>  ·Freq[3]=(RF_freq-fspacing/2)GHz,這是諧波平衡仿真控制器的第三個(gè)基準(zhǔn)頻率。</p><p>  ·Order[1]=3,表示諧波平衡仿真時(shí)第一個(gè)基波頻率的最大諧波次數(shù)為3。.</p><p>  ·Order[2]=3,表示諧

80、波平衡仿真時(shí)第二個(gè)基波頻率的最大諧波次數(shù)為3。.</p><p>  ·Order[3]=3,表示諧波平衡仿真時(shí)第三個(gè)基波頻率的最大諧波次數(shù)為3。</p><p>  諧波平衡仿真控制器如圖3.24所示。</p><p>  圖3.25變量控件 </p><p>  圖3.26諧波平衡仿真控制器</p>

81、<p>  在原理圖的工具欄中單擊.按鈕,運(yùn)行仿真。當(dāng)仿真結(jié)束后,數(shù)據(jù)顯示窗會(huì)自動(dòng)彈出,在數(shù)據(jù)顯示窗插入Vout的矩形圖,顯示Vout的仿真結(jié)果。</p><p>  更改橫軸取值范圍,Vout的仿真結(jié)果如圖3.27所示,圖中是中頻附近的各頻率成分。</p><p>  圖3.27 輸出信號(hào)功率頻譜</p><p>  在諧波平衡仿真元件面板上,選擇方程

82、控件[MeasEqn]插入原理圖中,對(duì)測(cè)量方程控件設(shè)置如下。</p><p>  ·IP3output=ip3_out(Vout,{-1.,1,0},{-1,2,-1},50),這是測(cè)量輸出三階交調(diào)點(diǎn)的測(cè)量方程。</p><p>  ·PIFTone=dBm(mix(Vout,{-1,1,0})),這是測(cè)量輸出中頻成分的功率測(cè)量方程。</p><p&

83、gt;  ·ConvGain=PIFTone+20,這是測(cè)量混頻器轉(zhuǎn)換增益的測(cè)量方程。</p><p>  ·IP3input=IP3output-ConvGain,這是測(cè)量輸入三階交調(diào)的測(cè)量方程。</p><p>  設(shè)置完成的測(cè)量方程控件如圖3.28所示。</p><p>  圖3.29測(cè)量方程控件</p><p> 

84、 在諧波平衡仿真元件板上,選擇參數(shù)掃描控制器[PARAMETER SWEEP]插入原理圖中,對(duì)參數(shù)掃描控制器設(shè)置如下。</p><p>  ·掃描的變量設(shè)置為本振功率LO_pwr。</p><p>  ·掃描的仿真設(shè)置為HB1。</p><p>  ·掃描的起始值設(shè)為1.</p><p>  ·掃描的終

85、止值設(shè)為40.</p><p>  ·掃描的步長(zhǎng)設(shè)為1.</p><p>  設(shè)置完成的參數(shù)掃描控制器如圖3.30所示。</p><p>  圖3.30參數(shù)掃描控制器</p><p>  在原理圖工具欄中單擊按鈕,運(yùn)行仿真。當(dāng)仿真結(jié)束后,數(shù)據(jù)顯示窗會(huì)自動(dòng)彈出,在數(shù)據(jù)顯示視窗中插入三階交調(diào)圖,三階交調(diào)如圖所示。</p>

86、<p>  由圖3.35和圖3.36可知,本振功率在20dBm以上時(shí),輸出中頻功率和變頻增益值較高,且變化比較平坦。但是由圖3.33和圖3.34可見(jiàn),輸入和輸出三階交調(diào)在本振功率為17dBm時(shí)最低。所以可取本振功率為19dBm左右時(shí)較合適。</p><p>  圖3.33 輸出三階交調(diào)隨本振輸入功率的變化曲線</p><p>  圖3.34 輸入三階交調(diào)隨本振輸入功率的變化曲線&

87、lt;/p><p>  圖3.35 變頻增益隨本振功率的變化曲線</p><p>  圖3.36 中頻輸出功率隨本振功率的變化曲線</p><p><b>  結(jié)論</b></p><p>  本文從混頻器件的發(fā)展歷史開(kāi)始,依次對(duì)混頻二極管、三極管混頻器的工作原理、主要指標(biāo)參數(shù)、各種混頻器基本電路形式、具體設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了論述

88、;并對(duì)半導(dǎo)體二極管和肖特基二極管進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本文對(duì)雙平衡二極管混頻器電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單的仿真設(shè)計(jì)分析。采用在輸出端加切比雪夫?yàn)V波器的方式濾除高次諧波組合;根據(jù)輸出增益來(lái)確定最佳的本振輸入功率。最后給出雙平衡二極管混頻器的三階交調(diào)系數(shù)。采用ADS軟件來(lái)對(duì)混頻器進(jìn)行仿真分析,可節(jié)省開(kāi)發(fā)成本,亦可根據(jù)結(jié)果進(jìn)行直接改進(jìn),縮短開(kāi)發(fā)周期。本文設(shè)計(jì)的二極管雙平衡混頻器組合分量較少,但三階交調(diào)系數(shù)并不理想,有待進(jìn)一步的改進(jìn)。</p>&

89、lt;p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p> ?。?]曾興雯.高頻電子線路[M].高等教育出版社,2004.</p><p> ?。?]馮新宇.ADS2009射頻電路設(shè)計(jì)與仿真[M].電子工業(yè)出版社,2010.</p><p> ?。?]劉長(zhǎng)軍.射頻通信電路設(shè)計(jì)[M].科學(xué)出版社,2005.</p><p&

90、gt;  [4]薛正輝.微波固態(tài)電路[M].北京理工大學(xué)出版社,2006.</p><p> ?。?]黃玉蘭.ADS射頻電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型應(yīng)用[M].人民郵電出版社,2010.</p><p> ?。?]唐朝京.?dāng)?shù)字微波通信技術(shù)[M].國(guó)防工業(yè)出版社,2002.</p><p> ?。?]趙春暉.微波技術(shù)[M].高等教育出版社,2007.</p>&l

91、t;p>  [8]沙湘月.電磁場(chǎng)理論與微波技術(shù)[M].南京大學(xué)出版社.2004.</p><p> ?。?]郭梯云.?dāng)?shù)字移動(dòng)通信[M].北京:人民郵電出版社,2001.</p><p>  [10]樊昌信,張甫翊,徐炳祥,等. 通信原理(第五版)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2001.</p><p> ?。?1][美國(guó)]A.麥羅拉.蜂窩移動(dòng)通信工程設(shè)計(jì)[M]

92、.北京:人民郵電出版社,1997.</p><p> ?。?2]何希才.?dāng)?shù)字移動(dòng)通信技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.</p><p> ?。?3][美國(guó)]William C.Y.Lee.移動(dòng)通信工程理論和應(yīng)用(第二版).北京:人民郵電出</p><p><b>  版社,2002.</b></p><p&g

93、t; ?。?4]啜鋼.移動(dòng)通信原理與應(yīng)用[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2002.</p><p> ?。?5]吳偉陵.移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2000.</p><p> ?。?6]王欣.基于VHF的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[L] </p><p>  http://172.16.99.198/kns50/classical/s

94、ingledbindex.aspx?ID=2 2006-06-12</p><p> ?。?7]Li Liu, Jianzhong Zhou, Xueli An, Yinghai Li. Improved Fuzzy Clustering Method </p><p>  Based on Entropy Coefficient and Its Application[J].

95、Lecture Notes in Computer </p><p>  Science, 2008(5264):11-20</p><p>  [18]Youngoo Yang. New predistortion linearizer using low-frequency </p><p>  even-order intermodulation com

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫(kù)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論