基于ADS有源倍频器的仿真设计

郑州大学毕业设计（论文）题目：基于ADS微波有源倍频器仿真设计指导教师：周晓萍职称：副教授学生姓名：刘森学号：20062410114专业：电子信息工程1班院（系）：信息工程学院完成时间：2010年5月15日2010年月日基于ADS微波有源倍频器的仿真设计摘要：文章主要论述了利用ADS软件设计一种基于GaAsFET有源倍频器的设计。首先概述了FET倍频器原理及各部分作用意义，接着介绍了设计方法。该设计方法先推导了直流偏置电流公式，证明电流脉冲时间与导通角关系，确定适合的直流偏置，再着手匹配理论研究并结合实例对电路进行输入输出的匹配，然后根据滤波器理论及实际应用设计加入一个平行耦合滤波器进行滤波。文章给出了一个有源倍频器设计实例，并且用安捷伦公司的ADS软件进行仿真优化，通过对仿真优化的曲线、参数进行比较分析，得出最合适的结果最终完成了仿真测试。关键字：ADS有源倍频器FETAbstract：ThearticlemainlyelaboratedthedesignwhichhasusedtheADSsoftwaretomakeonekindoftheactivefrequencymultiplierbasedonGaAsFET.FirsthasoutlinedtheFETfrequencymultiplierprincipleandvariouspartoffunctionsignificance,thenintroducedthedesignmethod.Thisdesignmethodhasinferredthedirect-currentbiaselectriccurrentformulafirst，andprovetherelationofcurrentpulsetimeandthebreakoverangle，thendeterminationsuitablecocurrentbias，beginstomatchthefundamentalresearchandtounifytheexampleagaintocarryontheinputoutputtotheelectriccircuitthematch，thenaddparallelcouplingfilteraccordingtothefiltertheoryandthepracticalapplicationdesigntocarryonthefilter.Thearticlehasgivenanexampleofactivefrequencymultiplierdesign，AndmakesimulationandoptimizationsoftwarewiththeAgilentADS，Throughthecomparativeanalysissimulationofoptimizescurveandparameter，obtainthemostappropriateresulttocompletethesimulationtestfinally.Keywords：ADSActivefrequencymultiplierFET目录第1章引言..................................................................................................................11.1倍频器概述......................................................................................................11.2倍频器分类比较..............................................................................................11.3倍频器实现途径..............................................................................................2第2章设计原理..........................................................................................................42.1确定适合的静态工作点...................................................................................42.2具体电路的设计..............................................................................................62.2.1阻抗匹配...............................................................................................62.2.2滤波器...................................................................................................82.2.3滤波器设计..........................................................................................9第3章仿真设计实例.................................................................................................103.1直流偏置电路设计.........................................................................................113.2输入匹配电路的设计.....................................................................................133.3输出匹配电路的设计.....................................................................................163.4滤波器设计....................................................................................................173.4.1低通原型滤波器..................................................................................183.4.2微带滤波器.........................................................................................203.5结合目标对电流输入输出再次进行优化........................................................24第4章电路制作及其测试..........................................................................................264.1倍频器装配....................................................................................................264.2倍频器测试....................................................................................................27第5章结论................................................................................................................28致谢.....................................................................................................................29参考文献..............................................................................................................301第1章引言1.1倍频器概述微波倍频器是一种基本的微波电路。所谓倍频器是指能完成输入信号频率倍增功能的电子设备。原则上，非线性器件都能实现倍频，而利用半导体器件的非线性实现的倍频，即称为固态倍频器。当用一个正弦信号激励非线性器件时，便会在基频的谐波频率上产生功率。倍频电路的作用就是有效提取其中所需要的谐波信号，而将其基频和不需的谐波加以抑制。倍频器具有以下特点和应用:a)降低电子设备的主振频率。这对于那些工作频率较高而对稳定性要求又较严格的通信机和高频设备极为重要，因为晶振的频率越高，相对频率稳定度就越低。为了解决固态发信机中高的稳定度和高的输出频率之间的矛盾，常在主振级和输出级间采用多次倍频的技术。b)扩展工作频段。在电子对抗中需要宽频带的干扰和反干扰收、发设备，若用一个振荡器难以使它覆盖一个倍频程的频段，而采用倍频方式却能做到一个或多个倍频程的工作带宽。因此在电子设备中倍频成为很重要的一种技术手段。c)对于调相或调频发射机，利用倍频器可以加深调制度，以获得大的相移或频移。d)由于倍频器容易产生激励信号的各次谐波频率，所以倍频器成为频率合成器中不可缺少的一部分。e)利用倍频，可以制成毫米波、亚毫米波固态源，它们在射电天文、毫米波通信、雷达、军事侦察、监视、制导等方面得到广泛的应用。1.2倍频器分类比较固态倍频器按其倍频次数的高低可分为两类:一类是低次倍频器。单级倍频次数通常不超过5。这类倍频器是通过电容呈非线性变化的功率变容管作用或晶体三极管C类放大的非线性阻抗实现的。它的倍频效率较高(二极管二倍频效率在50%以上，三倍频可达40%)，输出功率较大。但是随着倍频次数增加，倍频效率和输出功率将迅速降低。如需高次倍频，必须做成多级倍频链，使其中每一级仍为低次倍频。另一类是高次倍频器。单级倍频次数可达10~20以上，倍频器件使用阶跃管，在高次倍频时，其倍频效率约为1/n，n为倍频次数。因为倍频次数高，故可由几十兆赫兹的石英晶体振荡器一级倍频至微波，得到很稳定的频率输出，但这种倍频器输出功率较小。倍频器按其工作原理又可分为两大类：一种是非线性电阻倍频。这类倍频器是利用双结型晶体管、场效应晶体管或二极管的非线性电阻效应把大幅度正弦波变成电流脉冲，再用选频回路将所需要的谐波选出，以完成倍频作用。另一种非2线性电抗倍频，亦称为“参量倍频”。其一是利用PN结(或金属一半导体结)电容的非线性变化得到输入信号的谐波，经滤波器选出需要的频率.变容二极管倍频器、阶跃二极管倍频器以及利用集电极非线性效应做成的三极管倍频器都是非线性电容构成的倍频器;其二是利用非线性电感构成的倍频器。如利用雪崩二极管雪崩渡越效应引起的非线性电感实现的倍频。对各种倍频类型的倍频