基于变容二极管的和频上变频器原理仿真

周铁戈

选择1SV101型变容二极管（PSpice中的名称为D1SV101，位于\LIBRARY\PSPICE\JDIODE.OLB）。对于1SV101，9V时电容约为12-14pF，3V时电容约为28-32pF，工作频率50MHz。

图1给出了和频上变频器的理论模型，此模型可以在PSpice中进行仿真。图中V1是偏置电压，设置为6V，V2（VSIN，位于LIBRARY\PSPICE\SOURCE.OLB）是信号源，V3是泵浦源，V4是负载。采用一个正弦电压源作为负载的意义在于只有频率与它一致的电流才能被吸收功率，而别的频率都不会。V2、V3和V4的频率分别为2.5MHz、17.5MHz和20MHz。由门雷-罗威关系可知，此时变频增益应该为负载频率除以信号源频率，即20/2.5=8。

图1 和频上变频器理论模型

在PSpice中采用Time domain方式进行仿真，图2给出的是参数设定，设置的总时间比较长，可以适当减小。

图2 仿真参数设定

图3给出了仿真得到的V2、V3和V4的瞬时功率随时间变化的曲线，瞬时功率并不是我们想要的，需要求出平均功率。

图3  V2、V3和V4瞬时功率随时间变化的曲线

图4给出的是平均功率，图5给出的是放大后的曲线，可以读出V2的平均功率约为-1.8uW（对图3做傅里叶变换得到的频率为0Hz的值为1.82uW），负数表示V2向外送出能量。V3的平均功率约为-13.3uW（对图3做傅里叶变换得到的频率为0Hz的值为13.6uW），也是向外送出能量。V4的平均功率约为13.6uW（对图3做傅里叶变换得到的频率为0Hz的值为14.5uW），V4吸收能量。

V4的功率除以V2的功率：14.5/1.82=7.97，符合由门雷-罗威关系得到的和频上变频器的增益。对此感兴趣的同学可在网上搜索参量放大、门雷罗威关系等进行学习。

图4 平均功率

图5 平均功率（放大后）