ads仿真软件_ADS软件对倍频器的嵌入式电特性仿真 .pdfVIP

ads仿真软件_ADS软件对倍频器的嵌入

式电特性仿真

众所周知，在用倍频链实现高频、高稳微波振荡源的过程中，

倍频器倍频效率的高低不仅对简化电路和保持电路稳定性影响

较大，而且对整个电路杂散、谐波的抑制都起着重要作用。传统

的设计过程需要复杂的理论推导、大量的试验验证，或者依赖于

经验进行设计而在现实工程应用中，有时却需要一些特殊的倍

频器，如频率不是很常用，倍频次数又较高，采用外协加工，成

本和时间都不划算等。对于这些既没有相关的工程设计经验，又

无法获得倍频三极管器件完整的物理参数的情况，探索一个能快

速有效设计出高性能倍频产品的方法就显得十分有必要了。在Ａ

ＤＳ射频仿真软件的帮助下，以ＡＴ４２０８６（三极管）５倍

频器（将１１４．８ＭＨｚ倍到５７４ＭＨｚ）为例，可以较完

整地研究各种外围条件对倍频效率的影响。

２仿真方法

当把倍频器单独看成为嵌入式器件时，在某个三极管的特定

静态工作点下，倍频器两端的输入阻抗特性、输入端的激励电平

对倍频效率都呈现出一种特殊的规律（比如说倍频器的激励电平

并不是越高越好，有时高的激励电平反倒比低电平激励时产生的

谐波幅度低）。因此，如何确定正确的直流工作点、输出端ＬＣ

谐振回路和有效的激励电平是设计中面临的关键问题。鉴于这种

情况，设计时可以充分利用现代射频设计工具来进行仿真以加快

研发过程并设计出性能较好的倍频产品。

利用ＡＤＳ仿真软件中相应的功能模块ＳｍＺ１、ＳｍＺ２

（注意：ＳｍＺ１、ＳｍＺ２模块输出的是共轭值，由于设计时

应该赋给倍频电路真值以模拟真实环境，所以要将结果取共轭），

可以比较容易地处理仿真时电路外围环境阻抗问题，对于倍频的

前级（比如放大电路），可以在软件中先建立放大电路原理图，

然后设置ＳｍＺ１模块（测得输出阻抗，也就是倍频器输入的环

境阻抗）并运行仿真以得到结果。同理，还应对倍频的后级电路

做类似处理以得到倍频输出端的环境阻抗。这里所讲的后级电路

一般是指带通滤波电路，对于大部分外购的滤波器，其输入、输

出端口都要求在５０Ω匹配条件下，因此，可以把５０Ω假设成

倍频器的输出环境阻抗直接带入倍频电路进行仿真。但这样的问

题是：实际滤波器的滤波特性是在５０Ω匹配的环境下测得的，

而并不一定是它的输入输出端口就正好是５０Ω，特别是对带通

滤波器，其端口一般呈容性，而在调试修正电路里还应考虑如何

在保证仿真有效性的前提下，对其进行端口的失配现象进行补偿。

利用嵌入法的设计思路是：把倍频电路本身看成一功能单元，

其工作时的外围环境阻抗可以由输入输出两端的负载来指定。另

外，为了便于观察激励电平的影响，可选用ＡＤＳ中单音频率源

作为输入端（该源也可人为指定环境阻抗）。倍频电路可按照三

极管倍频经典电路搭建。图１所示是其倍频仿真电路原理图。在

图１中，对于ＬＣ回路，由于倍频电路中ＬＣ回路器件可以有很

多不同的组合，因此，它的选择也颇有讲究，具体的做法除可以

参考相关文献外，也可以用ＡＤＳ上的电路优化功能，来让软件

来选择一组较为合适的取值。

本设计是以两端５０Ω环境阻抗为例进行的，若具体情况不

是５０Ω或含有虚部，可以双击终端模块直接修改输出阻抗值的

大小。格式为：（５０＋ｊ＊２４）Ω。

在此虽然用的是很简单的电路模型，但是，这并不影响利用

ＡＤＳ对倍频特性进行仿真。

３仿真实验及结果验证

让软件进行多次的仿真实验，可以使设计人员通过生成的实

验数据在很短时间内找到合适的输入激励电平。表１是笔者截取

的一段数据。由于主要关心五次谐波，所以，为了便于观察，将

其制成表格，并将其邻近的四、六次谐波也列了出来。

表1不同激励电平时的谐波功率值

激励电平（dBm）输出5次谐波功率（dBm）输出4次谐波

功率（dBm）输出6次谐波功率（dBm）11-2.*****.1-*****.7-

*****.65-6.21.8155.1-20XX年5.51.5-3175.73.6-6.8185.532.5-

9194.93.9-*****.44.2-*****.35-5221.45-2.423-1.550

从谐波分析结果图表上可清楚的看到：当激励电平为１７ｄ

Ｂｍ的时，三极管ＡＴ４２０８６的倍频效率是最高的（见图２），

为５．７２７ｄＢｍ。而在其邻近的其它电平激励下，倍频后的

５次谐波输出都相对低