ADS微波混频器电路的设计与仿真(3)
发射机结构图
在通信系统中，微波混频器是通信系统特别是无线通信收发机中的关键部件之一，也是其他微波测量系统中的关键部件之一。通信系统带宽与动态范围一般由系统内混频器模块的性能决定，影响着全部系统的性能[8]。通常的，我们对于混频器的设计要求要本着低噪声、大动态范围和低变频损耗的原则[9]。其中低噪声是指要保证传输的信号要有良好的信噪比，使所需要的信号不会被电路产生的噪声干扰；大动态范围是为了功率范围内的其他信号对所需要信号的增益、频率产生较小的影响。混频器性能中噪声系数、变频损耗等参数对于整个系统能否正常工作，达到设计要求起着决定性作用。近年来，随着通信遥感、电子对抗战争、雷达与制导、电子天文等领域技术的进步，对系统接收模块的体积与性能等要求不断提高，混频器的工作频段已经逐渐扩展到了毫米波、亚毫米波等频段，这也是对当代通信系统的设计者们提出了新的要求[10]。
1.2 微波混频器的分类
混频器是一种可以将不同频率的信号相乘从而实现频率变化的三端口器件它通常由三部分构成：本地振荡器、滤波器、非线性器件 [11]。由二极管和晶体管组成的非线性器件非线性器件可以起到将信号相乘生成多次谐波的结果,而滤波可以帮助我们找到我们想要的某一个频率。
非线性器件不同，混频器的类型也就不同，从这一角度我们可以把混频器分成有源混频器和无源混频器两种。有源器件混频器中利用晶体管或是场效应管，作为它结构中的关键器件。虽然它电路结构和设计方法比较复杂，它可以在干扰较小的情况下得到4～6dB的增益。场效应管混频器是有源混频器中的典型器件。它具有较强的抗干扰能力，较高的输入阻抗，较大的动态范围并且交调干扰小、输入阻抗高。目前只要使用的混频器一般是无源器件，无源混频器使用二极管构成关键的非线性器件。对于微波各个工作阶段来说段，二极管混频器结构简便，可以很好的完成集成化，性能参数好工作时也比较稳定。无源器件在工作时，自身会产生一定的变频损耗[12]。
还有另一种常用的区分方法，参照电路拓扑结构特点的不同，我们将混频器分为非平衡的微波混频器和平衡型的微波混频器。其中，单管混频器是典型的非平衡型混频器中的一种。按照混频器工作原理的不同，平衡型混频器有单平衡型、双平衡型以及双双平衡型几种[13]。
在本文中将会对这四种典型的混频器进行简单的介绍。
1.2.1 单管混频器
单管混频器
由图1-3所示，射频信号 fs和本振信号 fL从混频器的输入端口输入，而中频信号 fI从输出端口输出，供后续端电路进行进一步处理。图 1-3 中，单管混频器由耦合器、匹配枝节、微波混频管共同构成。在上图中，射频输入信号和本振信号从的1口和2口这两个输入端口进入耦合模块，经过微波传输线的匹配，在定向耦合模块中加载到微波混频器的非线性混频器件上。系统耦合度、系统隔离度方向性是耦合器重要的技术指标。射频微波输入信号和本振信号需要在一定程度上相互隔离，这样能很好的保证系统的稳定性；同时，通过定向耦合器的作用，耦合器四分之一工作波长耦合段传输两个信号在定向的作用下微波电路中相应的能量。
耦合器的方向性表现为耦合端口耦合的输入信号功率与本振端口本振信号输入的功率之比的大小。而耦合器的耦合隔离度一般在十五分贝到二十分贝范围内。为了避免其他信号影响其隔离度，还会使用连接电路的匹配负载等方法。
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