微波混頻電路仿真設(shè)計(jì)

這期我們看一個(gè)電路仿真任務(wù)，頻譜線任務(wù)，也叫諧波平衡（Harmonic Balance）：

譜線任務(wù)可用于模擬頻域中的高度非線性電路。計(jì)算譜線執(zhí)行的是諧波平衡 (HB) 分析。 HB 分析求解動態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，并產(chǎn)生給定頻率的正弦函數(shù)的傅立葉系數(shù)。通常，我們可以為 HB 分析定義許多獨(dú)立的激勵(lì)頻率（音調(diào)）。根據(jù)這些基本頻率的數(shù)量 n，我們稱之為 n 音分析。這個(gè)分析中考慮的頻率，是用戶指定的特定數(shù)量諧波的混頻頻率?？紤]的諧波越多，結(jié)果越接近實(shí)際混合效果。

使用這個(gè)任務(wù)的兩個(gè)必備條件是AC電壓源和探針，我們可以先從簡單的線性電路開始學(xué)習(xí)。點(diǎn)擊電壓源，可以設(shè)置HB的個(gè)數(shù)和每個(gè)的系數(shù)，然后有兩個(gè)振幅相位，AC和HB，AC是給AC任務(wù)的，我們就看HB任務(wù)。

添加一個(gè)頻譜線任務(wù)，可以設(shè)置多個(gè)頻率點(diǎn)以及諧波個(gè)數(shù)。注意這類的頻點(diǎn)數(shù)量要和上面電壓源要的Maximum Number Of Harmonics（默認(rèn)為2）個(gè)數(shù)一致，所以我們這里放兩個(gè)頻率：

這類的計(jì)算方式有兩種，一個(gè)是“鉆石”法，一個(gè)是“方形”法。鉆石是指菱形，詳情可見幫助。簡單說就是，鉆石法讓每個(gè)頻率的諧波個(gè)數(shù)都是右下角設(shè)置的Harmonics；方形法是可以分別定義每個(gè)頻率的諧波個(gè)數(shù)。

回到我們簡單的電路，我們的電壓源默認(rèn)設(shè)置了HB系數(shù)[1]為1，[0]是0，所以只用到任務(wù)中的第一個(gè)頻率，就是100。更新任務(wù)得到：

所以探針的電壓和電流波形是100GHz的正弦，電流幅值0.02A，電壓源電壓幅值為1V，這個(gè)就是默認(rèn)設(shè)置的那個(gè)HB振幅。然后我們還看了三個(gè)諧波頻率，200，300和400：

驗(yàn)證Prms: VmIm/2=10.02/2=10mW

再試一種情況，三個(gè)諧波，用后面兩個(gè)，電壓為0.5：

那么任務(wù)中也要三個(gè)頻率：

這樣的電壓電流就是330GHz的一個(gè)頻點(diǎn)（150+180）：

當(dāng)然如果三個(gè)系數(shù)都是1那就三個(gè)頻率相加了。這個(gè)線性電路較簡單，我們簡單了解這個(gè)任務(wù)都能干什么就行。下面我們看一個(gè)復(fù)雜一點(diǎn)的案例。

自帶案例混波器：

里面有非線性的二極管，以SPICE模型導(dǎo)入。簡單的 LC 諧振電路用于在輸出端濾除所需的 IF 頻率。

先看低頻振蕩頻率LO，用的第一個(gè)頻率系數(shù)，振幅為參數(shù)ULO=2Sqr(2501e-3exp(LOlevel/10*Log(10)))，就是10dBm：

再看射頻頻率，用的是第二個(gè)系數(shù)，振幅是URF，等于1dBm?？碫alue是0.709，所以LO大概是RF的三倍。

查看任務(wù)，兩個(gè)頻率925MHz和970MHz:

更新任務(wù)得到結(jié)果；

先看電壓電流，可見有了諧波，可添加marker：

時(shí)域調(diào)制波形：

可見確實(shí)以45MHz的IF頻率為主（1/2.3e-8約為45e6）；放大可見其他高頻因素：

如果我們增加諧波數(shù)，可見更多諧波：

小結(jié)：

1）頻譜任務(wù)需要AC電壓源和探針。

2）電壓源中諧波個(gè)數(shù)要與任務(wù)中頻率個(gè)數(shù)相同。

3）頻譜任務(wù)支持復(fù)雜非線性電路，可分析混合器、調(diào)制電路等等。