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（1）在原理图e4中，选择频域源Sources-Freq Domain元件面板，在射频输入端插入单频功率源P_1Tone。对单频功率源P_1Tone设置如下:
① P=dbmtow（-20），表示单频功率源输出信号的功率为-20dBm
② Freq=3.6GHz，该频率为射频频率
③射频功率源设置为端口1。

（2）在原理图中选择频域源Sources-Freq Domain元件面板，在本振输入端插入单频功率源P_1Tone。对单频功率源P_1Tone设置如下。

① P=dbmtow（0），表示单频功率源输出信号的功率为0dBm
② Freq=3.8GHz，该频率为本振频率
③本振功率源设置为端口2。

（3）在原理图的元件面板列表上，选择S参数仿真元件面板，然后选择负载终端Term插入原理图中，定义负载终端Term3为中频输出端口。

（4）将端口1、端口2及端口3接地。

（5）在原理图中插入谐波平衡仿真控制器HB1,双击HB1打开Harmonic Balance对话框，对谐波平衡仿真控制器进行设置。在Harmonic Balance对话框中对Frequency项的设置如图7.21所示。

图7.21 Harmonic Balance对话框中Frequency项的设置

对Frequency项的设置如下。

① Freq[1]=3.8GHz，表示谐波平衡仿真的第一个基准频率为3.8GHz

② Freq[2]=3.6GHz，表示谐波平衡仿真的第二个基准频率为3.6GHz

③ Order[1]=3，表示谐波平衡仿真时第一个基波频率的最大谐波阶数为3

④ Order[2]=3，表示谐波平衡仿真时第二个基波频率的最大谐波阶数为3

⑤ MaxOrder=4，表示谐波平衡仿真时最大混合阶数为4

（6）在Harmonic Balance对话框中对Noise项的设置如图7.22所示。

（a）勾选Nonlinear noise项

（b）设置Noise（1）

（c）设置Noise（2）

图7.22 Harmonic Balance对话框中Noise项的设置

（7）设置完成的谐波平衡仿真控制器如图7.23所示。

图7.23 谐波平衡仿真控制器

（8）单击原理图工具栏中的NAME节点按钮，在原理图中终端负载Term3与低通滤波器之间的连线，即在原理图的输出端插入节点Vif。

（9）用于仿真的原理图如图7.24所示。

图7.24 用于频谱和噪声仿真的原理图

2.输出信号的频谱和噪声

（1）在原理图的工具栏中单击仿真按钮，运行仿真。仿真结束后，在数据显示视窗用矩形图显示Vif，弹出Plot Trace & Attributes对话框，将其中Plot Options项中的X轴刻度和Y轴刻度进行调整，如图7.25（a）所示。用矩形图显示Vif如图7.25（b）所示，其中在200MHz处插入一个标记marker显示功率。射频频率为3.6GHz，本振频率为3.8GHz，中频输出Vif为
2OOMHz，图7.25（b）中显示了输出的2OOMHz中频及各次谐波。

（a）调整X轴刻度和Y轴刻度

（b）用矩形图显示Vif
图7.25 输出信号的功率谱

（2）在数据显示视窗用数据列表显示Mix，如图7.26所示。Mix给出了中频输出端口各次谐波和交调的频率。

① Mix（1）代表本振频率的谐波阶数。

② Mix（2）代表射频频率的谐波阶数。

图7.26 输出各次谐波和交调的频率列表

（3）在数据显示视窗用数据列表显示nf（3），如图7.27所示。nf（3）为端口3的噪声系数。

图7.27 端口3的噪声系数nf（3）

（4）在数据显示视窗用数据列表显示双边带噪声系数NFdsb和单边带噪声系数NFssb。在P1ot Traces & Attributes对话框中选择NFdsb和NFssb，如图7.28所示。NFdsb和NFssb数据列表如图7.29所示。

图7.28 Plot Traces & Attributes对话框

图7.29 双边带噪声系数和单边带噪声系数

二．本振功率对噪声系数和转换增益的影响

（1）将原理图e4另存为原理图e5。

（2）将端口2的单频功率源P_1Tone重新设置如下。

① P=dbmtow（LOpower），表示单频功率源输出的本振功率为变量LOpower

②其他设置保持不变。

（3）在工具栏中选择VAR插入原理图中，将本振功率设置为LOpower=0，完成设置的电路如图7.30所示。

图7.30 端口2的本振功率源和变量控件

（4）双击打开谐波平衡仿真控制器HB1，设置其中的Sweep项如下。

①扫描变量设置为本振功率LOpower

②扫描类型设置为Linear

③扫描的起始值设置为-10

④扫描的终止值设置为10

⑤扫描的步长设为1

设置完成的Sweep项如图7.31（a）所示，设置完成的谐波平衡仿真控制器HB1如图7.31（b）所示，扫描变量LOpower的设置也可以通过谐波平衡仿真元件面板上的参数扫描控制器PARAMETER SWEEP实现。

（a）设置对话框

（b）仿真控制器
图7.31 设置完成的谐波平衡仿真控制器

（5）单击原理图工具栏中的仿真按钮，运行仿真。仿真结束后，在数据显示视窗插入nf（3）的矩形图，nf（3）的仿真结果如图7.32所示。可以看出，当本振功率为2dBm时，3端口中频输出的噪声系数最小，为9.032 。

图7.32 噪声系数随本振功率的变化图

（6）在数据显示视窗插入Vif的矩形图，结果如图7.33所示。可以看出，当本振功率为0dBm时，中频输出为-33.191dBm，中频输出的结果与图7.25相同；当本振功率为0dBm时，中频输出没有达到峰值。

图7.33 输出信号随本振功率的变化

（7）编写测量方程，查看变频损耗Conversionloss。变频损耗测量方程为中频输出功率与射频输入功率之差，也称为变频增益ConvGain。在原理图的Optim/Stat/DOE元件面板上，选择MeasEqn图标插入原理图中，编写变频损耗测量方程如图7.34所示。

图7.34 变频损耗测量方程
① Conversionloss=dbm(mix(Vif,{-1,1}))-(-20)

（8）单击原理图工具栏中的仿真按钮，运行仿真。变频损耗随本振功率的变化如图7.35所示。当本振功率为0dBm时，变频损耗为
中频输出功率（-33.191dBm）-射频输入功率（-20dBm）=变频损耗（-13.191dB）

图7.35 变频损耗随本振功率的变化

三． 1dB功率压缩点

（1）将原理图e5另存为原理图e6。

（2）将端口1的单频功率源P_1Tone重新设置如下:
① P=dbmtow（RFpower），表示单频功率源输出射频功率为变量RFpower

②其他设置保持不变

（3）修改原理图中的变量控件VAR，将射频功率设置为RFpower=-20, 将本振功率设置为LOpower=5，完成设置的电路如图7.36所示。

图7.36

（4）在原理图Optim/Stat/DOE元件面板上，选择MeasEqn图标插入原理图中，编写变频增益测量方程和中频输出测量方程，如图7.37所示。

图7.37 变频增益和中频输出测量方程
① ConvGain=dbm（mix（Vif，{-1,1}））-（RFpower），这是变频损耗的测量方程
② P_IF=dbm（mix（Vif，{-1,1}）），这是输出中频成分的功率测量方程。

（5）在原理图Simulation-XDB元件面板上，选择增益压缩仿真控制器XDB插入原理图中，设置如图7.38所示。

Fundamental Frequencies:基本频率

Power tolerances:功率公差

Gain compression:(Enter the gain compression, the default is 1dB)

增益压缩:输入增益压缩，默认为1 dB。

图7.38 设置増益压缩仿真控制器XDB

（6）双击打开谐波平衡仿真控制器HB1,重新设置其中的Sweep项如下。
①扫描变量设置为射频功率RFpower
②扫描类型为Linear
③扫描的起始值设为-15
④扫描的终止值设为10
⑤扫描的步长设为1

设置完成的谐波平衡仿真控制器HB如图7.39所示。

图7.39 重新设置谐波平衡仿真控制器HB1

（7）单击╳失效图标，然后单击测量方程1，关闭变频损耗Conversionloss测量方程1。用于1dB功率压缩点仿真的原理图如图7.40所示。

图7.40 用于1dB功率压缩点仿真的原理图

（8）单击原理图工具栏中的仿真按钮，运行仿真。下面给出3种1dB功率压缩点的测试方法。

①在数据显示视窗，选择Eqn图标插入原理图中，编写增益公式gain，采用增益减小1dB读出1dB压缩点，如图7.41所示。在射频输入功率RFpower=-15dBm时，增益为-7.911dB；在射频输入功率RFpower=-3dBm时，增益为-8.923dB。-7.911dB-（-8.923dB）=l.012dB,为1dB功率压缩点。

公式： gain=HB.P_IF-HB.RFpower

图7.41 1dB功率压缩点

②在数据显示视窗，选择Eqn图标插入原理图中，编写线性增益输出功率公式line=HB.RFpower+gain[0]，采用IFpower与line的关系读出1dB压缩点，如图7.42和图7.43所示。在P1ot Trace & Attributes对话框中，选择e6项中的HB.P_IF，选择Equations项中的line，如图7.41所示。在图7.42中，当射频输入功率RFpower=-3dBm时，线性增益输出功率为-10.908dBm,中频输出功率为-11.918dBm,10.908dBm-（-11.918dBm）=1.01dB,为1dB功率压缩点。

图7.42 选择输出HB.P_IF和line

图7.43 1dB功率压缩点

③在数据显示视窗，选择Eqn图标插入原理图中，编写1dB压缩点公式XDB=line-HB.P_IF 。在数据显示视窗，选择1234图标插入原理图中，采用数据列表读出1dB压缩点，如图7.44所示。可以看出，在射频输入功率为-3dBm时，XDB=1.012dB,为1dB功率压缩点。

图7.44 1dB功率压缩点

四．三阶交调

（1）将原理图e6另存为原理图e7。

（2）将端口1的单频功率源P_1Tone更换为多频功率源P_nTone 。对P_nTone设置如下。

① Freq[1]=（RFfreq-fspacing/2）GHz，这是多频功率源的第一个基准频率

② Freq[2]=（RFfreq+fspacing/2）GHz，这是多频功率源的第二个基准频率

③ P[1]= dbmtow（-20），这是第一个基准频率的功率源输出功率

④ P[2]= dbmtow（-20），这是第二个基准频率的功率源输出功率

端口1的射频功率源设置如图7.45所示

图7.45 端口1的射频功率源

（3）将端口2的单频功率源P_1Tone重新设置如下

① P=dbmtow（LOpower），表示单频功率源输出功率为变量LOpower

② Freq=LOfreq GHz, 表示本振频率为变量LOfreq

端口2的本振功率源如图7.46所示。

图7.46 端口2的本振功率源

（4）修改变量控件VAR如下。

① LOpower=5

② RFfreq=3.6

③ LOfreq=3.8

④ IFfreq=RFfreq- LO_freq

⑤ fspacing=0.1e-3

Variables and Equations对话框如图7.47（a）所示，修改完成的变量控件VAR如图7.47（b）所示。

（a）Variables and Equations对话框

（b）变量控件

图7.47 设置变量控件

（5）修改谐波平衡仿真控制器。双击HB1打开Harmonic Balance对话框，在Harmonic Balance对话框中修改完成的Frequency项，如图7.48所示。

图7.48 设置谐波平衡仿真控制器中的Frequency项

（6）在Harmonic Balance对话框中，设置其中的Sweep项如下。
①去掉扫描变量
②其他设置不变。

设置完成的Sweep项如图7.49所示。

图7.49 设置谐波平衡仿真控制器中的Sweep项

（7）设置完成的谐波平衡仿真控制器控件如图7.50所示。

图7.50 谐波平衡仿真控制器控件

① MaxOrder=4，表示混频的阶数为4
② Freq[1]=LOfreq GHz，这是谐波平衡仿真的第1个基准频率
③ Freq[2]=（RFfreq+fspacing/2）GHz，这是谐波平衡仿真的第2个基准频率。
④ Freq[3]=（Rf_freq-fspacing/2）GHz，这是谐波平衡仿真的第3个基准频率。
⑤ Order[1]=3，表示第1个基波频率的谐波阶数为3
⑥ Order[2]=3，表示第2个基波频率的谐波阶数为3

⑦ Order[3]=3，表示第3个基波频率的谐波阶数为3

（8）由于增加了基波频率，需要修改测量方程。对变频损耗（Conversionloss）测量方程1和中频输出功率（P_IF）测量方程3进行修改；单击╳图标，然后单击测量方程2，关闭变频增益（ConvGain）测量方程2 。修改完成的测量方程如图7.51所示。

① Conversionloss=dbm (mix (Vif, {-1,1,0}))-（-20）, 这是变频损耗测量方程

② P_IF= dbm（mix（Vif，{-1,1,0}）），这是输出中频成分的功率测量方程

图7.51 测量方程

（9）在谐波平衡仿真元件面板上，选择三阶交调控件IP3out插入原理图中，设置如下

① IP3output=ip3_out (Vif, {-1,1,0}, {-1, 2,-1},50），这是测量输出三阶交调点的方程

② IP3input=IP3output-Conversionloss, 这是测量输入三阶交调点的方程

设置完成的三阶交调输出控件如图7.52所示。

图7.52 三阶交调控件

（10）删除增益压缩仿真控制器XDB。用于三阶交调仿真的原理图如图7.53所示。

图7.53 用于三阶交调仿真的原理图

（11）在原理图的工具栏中单击仿真按钮，运行仿真。

（12）仿真结束后，在数据显示视窗插入Mix的矩形图，如图7.54所示。

① Mix（1）代表LOfreq的谐波阶数

② Mix（2）代表RFfreq+fspacing/2的谐波阶数

③ Mix（3）代表RF_freq-fspacing/2的谐波阶数

举例1：{-1,1,O}的频率为LOfreq-（RFfreq+fspacing/2）

举例2：{-1,2,1}的频率为LOfreq+（RFfreq-fspacing/2）-2（RFfreq+fspacing/2）频率不能为负。

图7.54 谐波阶数与混频频率

（13）在数据显示视窗用矩形图显示中频输出Vif的仿真结果，如图7.55所示。

图7.55 中频输出功率

（14）对图7.55更改横轴取值范围，将Plot Options项中的X轴刻度和y轴刻度进行调整，在Plot Traces & Attributes对话框进行设置，如图7.56所示。

图7.56 Plot Traces & Attributes对话框

（15）更改横轴取值范围后的中频输出Vif仿真结果如图7.57所示，图中给出了中频附近的各频率成分。

图7.57 更改横轴取值范围后的中频输出功率

（16）在数据显示视窗，选择1234插入原理图中，采用数据列表读出变频损耗Conversionloss、中频输出功率P_IF、三阶交调输入点IP3input和三阶交调输出点IP3output, 如图7.58所示。

图7.58 用数据列表显示结果

（17）下面对本振功率逐行扫描。双击打开谐波平衡仿真控制器HB1，重新设置其中的 Sweep项如下。

①扫描变量设置为本振功率LOpower

②扫描的起始值设为0

③扫描的终上值设为15

④扫描的步长设为1

设置完成的Sweep项如图7.59所示。

图7.59 设置完成的Sweep项

（18）设置完成的谐波平衡仿真控制器HB1如图7.60所示。

图7.60 谐波平衡仿真控制器HB1

（19）单击原理图工具栏中的仿真按钮，运行仿真。仿真结束后，在数据显示视窗用矩形图显示变频损耗Conversionloss、中频输出功率P_IF、三阶交调输入点IP3input和三阶交调输出点IP3output曲线，如图7.61所示。可以看出，当本振功率为5dBm时与图7.58的数据相同，这时变频损耗最小，中频输出功率最大，三阶交调输入点最大，三阶交调输出点最大。

图7.61 对本振功率扫描得到的仿真结果

五．输入驻波比

（1）将原理图e4另存为原理图e9 。

（2）单击原理图中的╳图标，然后单击谐波平衡仿真控制器HB1，关闭谐波平衡仿真控制器。

（3）删除端口1的射频功率源和端口2的本振功率源。选择S参数仿真元件面板，在元件面板上选择负载终端Term,2次插入原理图中，定义负载终端 Term1为射频输入端口，负载终端Term2为本振输入端口。

（4）在S参数仿真元件面板上，选择S参数仿真控件SP插入原理图的画图区，对S参数仿真控件SP设置如下。

①频率扫描类型选为线性Linear

②频率扫描的起始值设为3.4GHz

③频率扫描的终止值设为4.2GHz

④频率扫描的步长设为0.1GHz

（5）在S参数仿真元件面板上，选择驻波比控件VSWR1和VSWR2插入原理图的画图区，VSWR1用来测试1端口的驻波比，VSWR2用来测试2端口的驻波比。

（6）S参数仿真控件SP、驻波比控件VSWR1和VSWR2 如图7.62所示。

图7.62 S参数仿真控件和驻波比控件

（7）用于驻波比仿真的原理图如图7.63所示。

图7.63 用于驻波比仿真的原理图

（8）单击原理图工具栏中的仿真按钮，运行仿真。仿真结束后，在数据显示视窗中插入VSWR1和VSWR2的矩形图，如图7.64所示。可以看出，端口1和端口2的驻波系数很小，表明射频端口和本振端口的回波损耗很小，这是单平衡混频器的优点。

图7.64 驻波比曲线