平衡混频器设计
平衡混频器实验报告
平衡混频器实验报告平衡混频器实验报告引言：混频器是无线通信系统中常用的一种电路器件，用于将多个不同频率的信号进行混合，以实现信号的调制和解调。
平衡混频器是一种常见的混频器类型，其特点是具有较好的抗干扰能力和较低的失真度。
本实验旨在通过搭建平衡混频器电路并进行实际测试，验证其性能和特点。
一、实验目的本实验的主要目的是：1.了解平衡混频器的基本原理和工作方式；2.掌握平衡混频器的搭建方法和调试技巧；3.验证平衡混频器在实际应用中的性能和特点。
二、实验原理平衡混频器是通过两路输入信号与一个局部振荡信号进行混合，利用非线性元件的非线性特性，产生新的频率分量。
平衡混频器由两个对称的非线性元件和一个局部振荡信号组成。
其中，非线性元件常用二极管或场效应管，局部振荡信号通常由射频信号源提供。
三、实验器材和元件1.信号源：射频信号源、局部振荡信号源；2.混频器：平衡混频器电路板；3.示波器：用于观察输入和输出信号波形。
四、实验步骤1.搭建电路：按照实验电路图连接射频信号源、局部振荡信号源和平衡混频器电路板。
2.调试电路：调整射频信号源和局部振荡信号源的频率和幅度，观察输入和输出信号的波形。
3.记录数据：记录不同频率和幅度下的输入和输出信号波形，并进行分析和比较。
4.分析结果：根据实验数据，分析平衡混频器的性能和特点。
五、实验结果与分析1.输入信号波形：通过示波器观察输入信号波形，可以看到两路输入信号的幅度和频率。
2.输出信号波形：通过示波器观察输出信号波形，可以看到混频后产生的新的频率分量。
3.频率响应：改变射频信号源和局部振荡信号源的频率，记录不同频率下的输出信号幅度，绘制频率响应曲线。
4.幅度响应：改变射频信号源和局部振荡信号源的幅度，记录不同幅度下的输出信号幅度，绘制幅度响应曲线。
5.非线性失真度：通过观察输出信号波形的畸变情况，分析平衡混频器的非线性失真度。
六、实验结论1.平衡混频器能够将多个不同频率的信号进行混合，产生新的频率分量。
二极管平衡混频器实验报告
二极管平衡混频器实验报告1. 引言1.1 研究背景在射频电路中，混频器是一种用于将两个不同频率的信号进行混合的重要器件。
二极管平衡混频器是一种常用的混频器结构，其性能对于无线通信系统的设计至关重要。
1.2 实验目的本实验旨在研究二极管平衡混频器的工作原理和性能，并通过实际实验验证其性能指标。
2. 实验原理2.1 二极管平衡混频器原理二极管平衡混频器利用非线性的二极管特性，将两个输入信号进行非线性混合，产生混频后的输出信号。
其基本原理如下： 1. 输入信号经过滤波器进行滤波，以降低输入信号的噪声和杂散分量。
2. 输入信号经过平衡网络，将两路输入信号平衡地输入到二极管。
3. 二极管由于非线性特性，将两路输入信号进行混频，产生混频后的信号。
4. 混频后的信号通过输出滤波器滤波，以去除混频带来的杂散和谐波等不需要的信号。
5. 最终得到混频后的输出信号。
2.2 二极管平衡混频器的工作原理二极管平衡混频器通常采用双平衡混频器结构，其基本原理如下： 1. 输入信号经过两个平衡网络分别输入到二极管的两个端口，使得二极管两端的电压具有相同的振幅和相位。
2. 当输入信号的频率满足混频器的局部振荡频率时，二极管的非线性特性会将两个输入信号进行混频，产生混频后的输出信号。
3. 输出信号经过输出滤波器滤波，得到所需的混频输出。
3. 实验仪器与材料•信号发生器•二极管•滤波器•示波器•负载电阻•连接线等4. 实验步骤1.搭建二极管平衡混频器电路，按照实验要求连接信号发生器、滤波器、示波器和负载电阻等。
2.调整信号发生器的输出频率和幅度，使得输入信号满足混频器的局部振荡频率要求。
3.调整滤波器的参数，使得输出信号的杂散和谐波降至最低。
4.测量并记录输出信号的幅度、相位等性能指标。
5.分析实验结果，验证二极管平衡混频器的性能。
5. 实验结果与分析5.1 实验数据根据实验步骤所得到的实验数据如下：输入信号频率（MHz）输出信号幅度（dBm）输出信号相位（°）100 0.5 0200 0.3 45300 0.2 905.2 分析与讨论根据实验数据可得到二极管平衡混频器的输出信号随输入信号频率的变化曲线。
X波段平衡混频器
文献综述
模型建立
生成版图
加工、测试
谢谢
模块设计
模型建立
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电路概念模型
模块设计
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报告检查
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3dB分支线电桥
模块设计
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重新设计
3dB分支线电桥
仿真结果
模块设计
模型建立
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重新设计
五阶微带低通滤波器
模块设计
模型建立
报告检查
重新设计
五阶微带低通滤波器
仿真结果
模块设计
模型建立
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匹配电路
模块设计
模型建立
报告检查
重新设计
匹配电路
仿真结果
模块设计
模型建立
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电桥数据导入模块
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再次仿真
模块设计
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整体电路---原理图
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原理图仿真
文献综述
模型建立
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第一次对单平衡混频器 的试探性、练手设计是 合格的，得到了老师的 肯定，为接下来的利用 环形桥设计混频器打下 了良好基础。
文献综述 模型建立
报告检查
重新设计
第二 次设 计
设计指标 射频频率： 9.41GHz ±100MH z 本振射频 隔离度： 大于10dB
本振频率： 9.3GHz
变频损耗： 小于15dB
17
HFSS设计 环形桥
模块设计
模型建立
射频实验报告： 混频器(单平衡)
课程实验报告
《集成电路设计实验》
2010- 2011学年第 1 学期
班级：
混频器（单平衡）实验名称：
指导教师：
姓名学号：
实验时间：2011年5月23日
一、实验目的：
1、了解基本射频电路的原理。
2、理解基本混频器的工作原理并设计参数。
3、掌握Cadence的运用，仿真。
二、实验内容：
1、画出混频器的原理图。
2、仿真电路：仿真出混频器的的输入、输出频谱，输出增益，1dB压缩点。
Gain=8dB，NF<8dB，IIp3=0dBm，IP1dB=-10dBm。
三、实验结果
1、混频器原理图为：
2、仿真平台的建立
3、混频管参数
设置差分管参数如下，漏端电阻R=600，隔直电容1pF，晶体管W=32u，L=400n，nr=4，m=2
4、仿真参数
设置端口初始化仿真参数frf=800MHz，prf=-40dBm，flo=850MHz，plo=20dBm，Vbias=1.5V，采用PSS和Pac仿真：
3、仿真结果
（1）增益
运行spacture,得到电压转换增益为8.8dB，在输入功率-8dBm以下保持不变，如下：
（2）线性度
1、查看PSS结果，得到输入1dB压缩点IP-1=-6.5dBm，
2、得到IIP3=3.8dBm
3、噪声
仿真Pnoise，得到输出变频DSB噪声在50MHz约为12.5dB，
4、心得体会
这次实验让我可以开始熟练的使用PSS、pnoise等仿真，同时也更为深刻的了解到了Cadence的运用。
在以后的实验中我会更努力的做好实验的。
5.8GHz WLAN CMOS双平衡混频器的设计
是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。无线
局域 网的 最 大 优 点 就 是 实 现 了网 络 互 联 的可 移 动
性， 它的通信范 围不受环境条件的限制 ， 网络的传输
范 围被 大 大 拓 宽 ， 过 ２ 经 ０多年 的发 展 ， 线 局 域 网 无
射频分量。Ｍ ３～Ｍ ６构成开关级 电路 ， 本振信号从
０ 引 言
无 线局 域 网 （ ｒｌ ｓ ｏａＡｅ ｅ ｏ ， ．Ｎ Ｗｉ ｅ ｃｌ ｒａＮ ｔ ｒ Ａ ） ｅ ｓＬ ｗｋ
１ 电路设计与仿真
本设计采用双平衡吉尔伯特结构 ， 其电路拓扑 如图 １ 所示。采用双平衡结构的有源变频器可以获 得较高的变频增益和较低 的噪声系数 ， 提高本振和 射频 的隔离度 ， 而且输出能有效地抑制直流 ， 本振和
赵 亮，黄风义，蒋东铭，朱玉峰，沈 懿
（ 东南大学信息科学与工程学院射频 与光 电集成电路研究所 ，南京 ２０９ ） １ ６ ０
摘
要 ：介绍了基于０ １ ｔ Ｍ Ｓ ． ｔ Ｃ Ｏ 工艺的 ８２ １ａ ８ｍ ０ ． 无线局域网（ Ｌ Ｎ 有源双平衡混频器的设计方 ｌ Ｗ Ａ）
法。该混频器射频（Ｆ ， Ｒ ）本振（ｏ 和中频（ ’ Ｌ） Ⅱ） 信号频率分别为 ５８Ｇ ｚ４６Ｇ ｚ ． Ｈ 。仿真结 ． Ｈ ，。 Ｈ 和１２ ｚ Ｇ 果显示 ： １８ 在 ． Ｖ电压下 变频增益为４２ｄ ， ． Ｂ 单边带噪声系数为 １．３Ｂ ｌ Ｂ ７ ０７ｄ ， ｄ 压缩点为 一１． ｄ ， ３１ Ｂ 三 ８
Ｚ Ｈ Ｌａ ｇ ＨＵ ＮＧ ｅ ｇｙ ， ＪＡ ｉｎ ， Ａ Ｆ ｎ －ｉ Ｉ ＮＧ ｏ ｇｍｉｇ Ｚ －ｅ ｇ Ｓ Ｅ Ｙｉ Ｄ ｎ － ｎ ， ＨＵ Ｙｕｆｎ ， Ｈ Ｎ
课程设计二极管双平衡混频器说明书
摘要在这次设计中，我主要负责二极管双平衡混频器，单失谐回路斜率鉴频器和低频功率放大器的设计。
要求完成各单元电路设计及仿真，利用Multisim开发软件完成整机电路设计；通过实际电路方案的分析比较，参数计算，元件选取，仿真测试等意见反馈环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图；掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法。
通过这次课程设计，是学生加强对通信电子线路的理解，掌握文献资料检索，设计方案论证比较，以及设计参数计算等能力环节。
进一步提高分析解决实际问题的能力，提高解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化。
关键词：通信调频仿真 Multisim目录摘要 (I)目录...................................................................... I I一、前言 (1)二、设计指标 (2)2.1 工作频率范围 (2)2.2 灵敏度 (2)2.3 选择性 (2)2.4 频率特性 (2)2.5 输出功率 (2)三、系统总述 (2)四、单元电路设计与仿真 (4)4.1 二极管双平衡混频器 (4)4.2单失谐回路斜率鉴频器 (5)4.3低频功率放大器 (6)4.4高频谐振放大器电路 (8)4.5 中频谐振放大器电路 (9)4.6本机振荡器 (10)五、整机电路设计图 (11)六、高频实验平台整机联调设计指标 (12)6.1、分级安装与调试 (12)6.2、整机联调时常见的故障分析 (12)6.3、调频接收机实验步骤 (13)七、设计总结 (14)八、参考文献 (15)一、前言近些年信息通信领域中，发展最快和应用最广的就是无线通信技术。
无线通信的终极目标是实现任何人在任何时间，任何地点接收和发送任何信息。
平衡混频器设计
平衡混频器设计
2012.4.18
设计指标：
设计一个下变频的单平衡混频器，利用定向耦合器来完成信号的合成，平衡二极管完成信号的检测。
工作频率为约9.5GHz，IF=9.5GHz，LO=9.3GHz，IF=0.2GHz。
信号隔离度>18dB,输入信号驻波比<2,变频损耗<24dB。
设计步骤：
1：微带耦合器（90度或180度）——方向性和隔离度；
2：低通滤波器——滤波特性；
3：平衡二极管（输入匹配网络）——VSWR<2；
4：HB谐波平衡仿真——变频损耗、噪声（单、双）范围、动态范围、变频增益、三阶交调失真。
一、耦合器制作：
微带电路：
隔离度和方向性：
相位分析：180度的定向耦合器
二、低通滤波器制作：
滤波特性：
三、单平衡二极管输入匹配网络
输入匹配
四、综合HB调试：
将定向耦合器、低通滤波器和单平衡二极管组成的电路组合起来：
电路的输入端口隔离度和VSWR都很好：
混频器的HB测试：
认为LO源有5次高阶，而RF源有一次或两次
Vout是不加低通滤波器，而Vout1是加了低通滤波器的，当输入LO power为7DBM时输出为1.048DBM左右，所以变频损耗大约为6DBM。
平衡同步混频器课程设计报告
平衡同步混频器课程设计报告一、引言平衡同步混频器是电子电路中的一种重要器件，它可以将两路信号进行混频，同时保持输入输出之间的相位差为0度或180度。
在通信、雷达、广播、测量等领域中有着广泛的应用。
本文将介绍平衡同步混频器的基本原理、设计要点以及实验结果。
二、基本原理平衡同步混频器由一个平衡混频器和一个同步环路组成。
平衡混频器是一种典型的双平衡混频器，它有两个输入端口和一个输出端口。
同步环路由相位锁定环路和参考振荡器组成。
参考振荡器提供精确的本地振荡信号，相位锁定环路监测并调节输入信号和本地振荡信号的相位差，保证输入输出之间的相位差为0度或180度。
三、设计要点平衡同步混频器的设计要点包括：平衡混频器的设计、同步环路的设计以及整体电路的优化。
平衡混频器的设计需要考虑两路输入信号的平衡性和混频器的线性度，同时需要选择合适的混频器器件和匹配网络。
同步环路的设计需要选择适当的相位检测器、低通滤波器和锁相环滤波器，以实现快速、准确的相位锁定。
整体电路的优化需要考虑信号的幅度和相位失真、杂散和噪声等因素，通过合理的电路布局和参数选择，优化整体电路性能。
四、实验结果为了验证平衡同步混频器的性能，我们进行了实验并得到了以下结果：在输入信号频率为1GHz，本地振荡信号频率为1.01GHz时，输出信号频率为10MHz，输出幅度为-12dBm，相位差为0度。
在输入信号频率为1.5GHz，本地振荡信号频率为1.49GHz时，输出信号频率为10MHz，输出幅度为-14dBm，相位差为180度。
实验结果表明，平衡同步混频器在频率范围内具有良好的混频性能和相位锁定性能。
五、结论平衡同步混频器是一种重要的电子电路器件，它在通信、雷达、广播、测量等领域中有着广泛的应用。
本文介绍了平衡同步混频器的基本原理、设计要点以及实验结果，可以为相关领域的工程师和科研人员提供参考。
在实际应用中，需要根据具体的需求进行电路设计和参数选择，以实现最佳的性能和可靠性。
基于CMOS模拟开关实现平衡混频器
基于CMOS模拟开关实现平衡混频器1 引言近年来，无线通信技术得到了迅猛地发展。
它对收发信机前端电路提出的新要求是：高线性，低电压，低功耗，高度集成。
混频器作为无线通信系统射频前端的核心部分之一，其性能的好坏将直接影响整个系统的性能。
从频域角度看，混频器是频谱的线性搬移。
实现频谱搬移的基本方法是将两个信号相乘。
混频器利用器件的非线性特性来实现信号载波频率的变化，产生输入频率的和频和差频分量。
文章基于Gilbert 乘法器平衡混频器的工作原理，提出了一个新型混频器的结构，采用COMS 开关实现了一种平衡混频器，根据实测其性能完全满足工程需要且有低成本、高线性度、大动态等优点。
2 单平衡混频器的工作原理常用有源单平衡混频器为Gilbert 单平衡混频器，其实质为一可变互导乘法器，见图1 所示。
它由三部分组成，一是由本振信号VLO(t)激励的差分对管Q2、Q3; 二是输出电流受射频信号VRF(t)控制的晶体管Q1;三是中频负载RL。
如图1 所示。
Q1 是射频小信号线性放大器(也称输入跨导级);差分对Q2、Q3 在本振大信号作用下可看作轮流导通的双向开关;当双端输出时，输出电流i 是两电流i2和i3 的差。
图1 单平衡混频器原理图为保证Q1 工作于放大区，必须加上偏置电路给它设置合适的工作点。
设其直流工作点电流是ICQ1在信号VRF(t)作用下，Q1 的集电极电流为(设Re短路)由以上分析，有源单平衡混频器是通过本振开关电路(Q2、Q3) 对跨导级电路(Q1) 形成的射频电流信号进行开关调制, 实现混频功能。
负载级电路把混频产生的中频电流信号转换成电压信号。
3 CMOS 模拟开关实现平衡混频器吉尔伯特单平衡混频器的基本结构框图如图2 所示，组成单元为放大器、开关和负载。
混频器的最终输出等于输入信号与一个开关函数相乘，此开关函数与本振信号频率相同。
图2 单平衡混频器等效电路综上所述，得到一混频器设计思路一一寻找一个放大器，然后在输出之前，寻找一合适位置，设一开关级，使用平衡结构，再通过选择合适的负载输出信号。
微波混频器的设计与应用
微波混频器的设计与应用微波混频器是一种关键的射频电路元件，广泛应用于通信系统、雷达、卫星通信等领域。
本文将探讨微波混频器的设计原理、常见类型及其在通信系统中的应用。
设计原理微波混频器的设计原理基于非线性元件的特性，常用的非线性元件包括二极管和场效应管。
在微波混频器中，输入信号与局部振荡信号通过非线性元件进行混频，产生包含原始信号频率之差的新频率成分。
通过适当的滤波和放大，可以提取所需的中频信号。
常见类型1. 单平衡混频器（SB Mixer）：单平衡混频器采用一个二极管或场效应管，具有简单的结构和较低的成本。
然而，其性能受到器件的非线性和失调的影响较大。
2. 双平衡混频器（DB Mixer）：双平衡混频器采用两个对称的非线性元件，具有良好的抑制杂散信号的能力和较高的转换增益，适用于高要求的通信系统。
3. 集总混频器（MMIC Mixer）：集总混频器集成了多个微波电路元件于一体，具有小尺寸、低功耗和高可靠性的特点，适用于微波集成电路的应用。
应用微波混频器在通信系统中具有重要的应用价值，主要体现在以下几个方面：1. 频率转换：微波混频器可以实现信号的频率转换，将高频信号转换为中频信号，以便进行后续的信号处理和解调。
2. 调频解调：微波混频器可以将调频信号解调为基带信号，用于语音、数据等信息的传输和处理。
3. 射频前端：微波混频器作为射频前端的重要组成部分，起到信号放大、滤波和混频的作用，提高通信系统的性能和灵敏度。
总结微波混频器作为通信系统中的关键元件，具有重要的设计原理和广泛的应用场景。
不同类型的微波混频器在性能和应用方面存在差异，工程师需要根据具体的需求选择合适的混频器类型，并结合其他射频电路元件进行系统设计与优化。
平衡混频器课程设计
平衡混频器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握平衡混频器的基本概念，理解其工作原理和电路组成；2. 使学生了解平衡混频器在通信、广播等领域的应用，认识到其在现代电子技术中的重要性；3. 引导学生掌握平衡混频器的主要性能参数，学会分析其性能优缺点。
技能目标：1. 培养学生能够运用所学知识，正确搭建和调试平衡混频器电路；2. 提高学生运用平衡混频器解决实际问题的能力，例如：设计简单的接收机电路；3. 培养学生通过实验和数据分析，优化平衡混频器性能的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术学科的兴趣，激发他们探索未知、追求创新的精神；2. 引导学生树立团队合作意识，培养他们在实验和讨论中互相学习、共同进步的良好习惯；3. 使学生认识到科技发展对社会进步的重要性，增强他们的社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为电子技术学科的基础课程，以理论与实践相结合的方式进行教学。
学生特点：本课程面向高中年级学生，他们对电子技术有一定的基础知识，具有较强的求知欲和动手能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动思考、积极参与。
同时，关注学生的个体差异，因材施教，使每个学生都能在课程中取得良好的学习成果。
通过本课程的学习，期望学生能够掌握平衡混频器的基本知识，提高电子技术实践能力，培养良好的团队协作和创新能力。
二、教学内容1. 平衡混频器基本原理：介绍平衡混频器的工作原理，分析其相较于传统混频器的优势，探讨其在高频信号处理中的应用。
教材章节：第三章第三节“平衡混频器原理及其应用”2. 平衡混频器电路组成：讲解平衡混频器的电路结构，分析各个部分的功能和作用，引导学生掌握电路元件的选型和连接方法。
教材章节：第三章第四节“平衡混频器电路分析与设计”3. 平衡混频器性能参数：介绍平衡混频器的性能指标，如转换增益、线性度、动态范围等，使学生能够评估和优化混频器性能。
采用ADS的CMOS双平衡混频器设计_崔宇平
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通用元器件
2 仿真结果及分析
本次设计的混频器的射频信号输入频率范围 在2.4~2.5GHz。 仿 真 时 选 取2.5GHz、 -30dBm 的 射 频 输 入 信 号 ， 2.25GHz、 5dBm 的 本 振 信 号 作 为 示 例， CMOS管采用基于TSMC (台积电) 的0.25μm工 艺的Bsim3_Model的V3.1模型， 使用Agilent 公司的 ADS2008进行仿真， 以下为仿真结果及分析。
[2] 高兴国，戴宇杰 ，张 小 兴 ，吕 英 杰. 2.4GHz CMOS双 平 衡 混 频 器 的 设 计 与 仿 真[J]. 南 开 大 学 学 报(自 然 科 学 版)， 2008，41(5):11-14.
作者简介
崔 宇 平 (1985-)， 男 ， 内 蒙 古 自 治 区 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 主要研究方向： 接收机射频前端。
图9 中心频率850MHz， 带宽2MHzNFLM时频测试 作者简介
朱康生， 助理工程师， 研究方向： 频率合成。
引入及借助ADS软件对元件及电路参数的适当选取， 使该混频器的增益及线性度较文献[1]、 [2]均有明显的 改进， 并可满足当前大部分无线通信的要求。 笮
参考文献
[1] 池 懿 ，王 文 骐 ，曾 令 海.2. 4 GHz CMOS双 平 衡 混 频 器 的 设 计[J]. 上 海 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ). 2005，11(5):451454.
图3 混频器输出频谱
表1所列为混频器单边带与双边带噪声系数。 当混频器输出有用信号只存在于本振信号的一侧， 用单边带 (SSB) 噪声系数来表征； 与之相对应的， 若接收信号是均匀辐射谱， 有用信号存在于两个边 带上， 则需用双边带 (DSB) 噪声系数表示， 在天 文或遥感使用较多。 由于镜像噪声的影响， 单边带 噪声系数一般要高出3dB， 故为了参数美观， 大部 分混频器在不做特殊说明的情况下仅将双边带噪声 系数标示出来， 而实际应用中大部分是需要单边带 噪声系数作为重要参考的， 这是大家需要注意的。
3.8GHz单平衡微波混频器的设计与仿真
微 波 混 频 器 的 电 路 形 式 主 要 有 单 端 混 频
器、单平衡混频器和 双平 衡混频 器三种。单端
混频 器 结 构 简 单 ，但 噪 声较 大 ， 性 能较 差 ， 主 要应 用 在接 收 信 号 强 ， 性能要求不高的电路中。 单 平 衡 混 频 器 是 用 两 只 参 数 相 同 的 二 极 管 构成 的混 频 器 ， 具 有 性 能 好 、结 构 简 单 的特 点 ， 故 有 广 泛 应 用 。 其 电路 结 构 如 图 ｌ所 示 。 双 平衡 混 频 器 在 单 平 衡 混 频 器 基 础 上再 增 加一 对 参 数 相 同 的 二 极 管 组成 ， 结 构 较 单 平衡 混 频 器 复杂 ，
器分 别进 行 仿 真 优 化 ， 最 终 对 整 个 电路 给 出仿
看 主要包含以下参数指标：变频损耗 、噪声系
数 、 隔 离度 、 带 宽 、 动 态 范 围 、三 阶 交 调点 、 ｌ ｄ Ｂ 功 率 压 缩 点 和 端 口驻 波 系 数 等 。
通带最大衰减值 、阻带最 小衰减值等。本设计
电子技术 ● Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
３ ． ８ Ｇ Ｈ ｚ 单平衡微 波混频器 的设 计与仿真
文／ 曹 志 翔
混 频 器 是 微 波 集 成 电 路 收 发 系统的 重要 组 成模 块 ，其 广泛应 用 于 无 线 通 信 、 雷 达 以 及 电 子 对 抗 系统 中。混 频 器主 要 利用二 极 管 的非 线性 特 征， 实现射 频频 率 与 本征 频率 的 加减 。本 文设计 了 用于３ ． ８ Ｇ Ｈ ｚ的 单 平 衡 混 频 器， 完 成混 频 器 电路 中的 ３ ｄ Ｂ定 向 耦 合 器 、 低 通 滤 波 器 、 二 极 管 和 匹 配 电 路 的 设 计 。 本 文 描 述 了 基 于 Ａ ｇ ｉ ｌ ｅ ｎ ｔ公 司 的 Ａ Ｄ Ｓ 软 件 进 行 混 频 器 电 路 的 设 计 、仿 真 和 优 化 方法 ， 仿 真 结 果 满足设 计要 求 ，对单 平 衡 微 波 混 频 器 的 研 究 具 有 重 要 的 参 考价 值 。
混频器设计及仿真
,cos ,cos t V v t V v LO LO LO RF RF RF ωω==DL RF R R vi i +=-2232)(22141πω-+=-t K R R v i i LO DL RF实验名称：混频器设计及仿真一、实验目的1、理解和掌握二极管双平衡混频器电路组成和工作原理。
2、理解和掌握二极管双平衡混频器的各种性能指标。
3、进一步熟悉电路分析软件。
二、实验原理混频器作为一种三端口非线性器件，它可以将两种不同频率的输入信号变为一系列的输出频谱，输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及其谐波。
两个输入端分别为射频端RF 和本振LO 。
输出端称为中频端IF 。
基本原理图如图：本实验采用二极管环形混频器如图：由于RF LOV V >>,二极管主要受到大信号LO V 控制，四个二极管均按开关状态工作， 将二极管用开关等效，开关函数表示为：)(1t K LO ω，因此在LO v 正半周期间开关闭合，上下回路方程为：0)(,0)(233322=---+-=---+L D LO RF L D LO RF R i i R i v v R i i R i v v ，求得： ， 与之相应的开关函数)(1t K LO ω，因此一般形式为： ，与之相应的开关函数)(1t K LO ω，因此一般形式为：，同理分析得在LO v 负半周期间有：专业：信息对抗（12083511） 学生姓名：刘美琪（12083103） 实验名称：混频器设计及仿真)(22132t K R R v i i L DL RFω+=-)(22132t K R R v i i L DL RFω+=-所以通过L R 的总电流为：...]3cos 34cos 4[cos 22)()(3241+-+-=---=t t t R R V i i i i i LO LO LO D L RF o ωπωπω所以知：双平衡混频器的输出电流中仅包括 的组合频率分量，而抵消了RF LO ωω,即p 为偶数的众多组合频率分量。
混频器单平衡混频器教学课件
总结与展望
本课程介绍了混频器的定义、单平衡混频器的作用和工作原理、电路结构、优缺点和实际应用。 期望能对大家有所帮助，感谢您的观看。
单平衡混频器实际应用
通信系统
• 单平衡混频器经常 用于平面射频电路 和通信系统中。
• 在多路收发信号开 始时，用于混频和 转频。
雷达系统
• 在雷达系统中，单 平衡混频器用于解 调和接收雷达信号。
• 使雷达系统的分辨 率更高，检测到具 有更高分辨率的目 标。
无线电制造
• 单平衡混频器也被 广泛用于生产无线 电和电视设备中。
接口
混频器通常具有多种输入和 输出接口，如XLR、1/4英寸 插口、RCA插孔等。
单平衡混频器的作用
混合信号
单平衡混频器可用于混 合两个频率不同的信号， 因此在电视和广播等领 域有着广泛的应用。
减少噪音
单平衡混频器可以通过 减少无用信号和噪音的 干扰，提高接收端电路 的信噪比。
放大信号
单平衡混频器还可以用 来放大和提高某些信号 的强度。
混频器的工作原理
1
三介质理论
混频器的工作基于三介质理论，包含本地振荡信号、输入信号和差分信号三个介 质。
2
非Байду номын сангаас性元件
通过使用非线性元件，如二极管或晶体管，混频器将输入信号增强和频移。
3
混频
最后一个阶段是混频，将本地振荡信号和处理后的输入信号合并，形成差分输出 信号。
单平衡混频器电路结构
平衡输入
单平衡混频器具有平衡输入 结构，通过两路相同的信号 同时输入，减少了噪声和歪 曲。
混频器单平衡混频器教学 课件PPT
混频器设计
IF port
PORTF P=1 Z=50 Ohm Freq=3.6 GHz Pwr=-20 dBm RF port
RF:tone2,3.6GHz
PORT_PS1 P=2 Z=50 Ohm PStart=0 dBm PStop=20 dBm PStep=2 dB LO port
LO:tone1,即_FREQH1 由非线性频率定义,即 3.8GHz
-200 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 Frequency (GHz) 4.2 4.4 4.6 4.8
输出端耦合度
输出端相位差
bridge return loss and isolation
0
-10
-20
DB(|S[2,1]|) 3db bridge
-30
DB(|S[1,1]|) 3db bridge
PORT2 P=2 Z=50 Ohm Fdelt=0.01 GHz Pwr1=10 dBm Pwr2=10 dBm
测三阶截断点
添加图表,添加测量项:
截断点频率 (阶数=3) 阶数= ) 基波频率 (阶数=1) 阶数= )
三音激励, 三音激励,测截断点
Tone1,h1 tone2,h2 tone3,h3 阶数=h1+h2,与h3无关 注: 阶数 , 无关
扫描LO频率 扫描 频率
测输出功率
-20
3.8 GHz -30.464 dBm
IF output power
基波0.2GHz 基波 的输出功率
-40
DB(|Pcomp2[PORT_3,1_-1,1]|) (dBm) test2 DB(|Pcomp2[PORT_3,2_-1,1]|) (dBm) test2
平衡混频器设计
应用ADS 设计混频器1． 概述图1为一微带平衡混频器,其功率混合电路采用3dB 分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2为隔离臂，1到3、4端口以及从2到3、4端口都是功率平分而相位差90°。
图1设射频信号和本振分别从隔离臂1、2端口加入时，初相位都是0°，考虑到传输相同的路径不影响相对相位关系。
通过定向耦合器,加到D1，D2上的信号和本振电压分别为： D1上电压 )2cos(1πω-=t V v s s s 1—1)cos(1πω-=t V v L L L 1—2D2上电压)cos(2t V v s s s ω= 1—3)2cos(2πω+=t V v L L L 1—4可见，信号和本振都分别以2π相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为2π型平衡混频器。
由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压的相位差，可以得到D1中混频电流为：∑∑∞-∞=∞-+-=m n L s m n t jn t jm I t i ,,1)]()2(exp[)(πωπω同样，D2式中的混频器的电流为：∑∑∞-∞=∞++=m n L s m n t jn t jm I t i ,,2)]2()(exp[)(πωω当1,1±=±=n m 时，利用1,11,1-++-=I I 的关系，可以求出中频电流为:]2)cos[(41,1πωω+-=+-t I i L s IF主要的技术指标有：1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数）;2、变频增益，中频输出和射频输入的比较;3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围;4、双频三阶交调与线性度；5、工作频率；6、隔离度;7、本振功率与工作点。
设计目标：射频:3.6 GHz ，本振：3。
8 GHz ，噪音：〈15.2。
具体设计过程2.1创建一个新项目◇ 启动ADS◇ 选择Main windows◇ 菜单－File －New Project ，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名 ◇ 点击“ok ”这样就创建了一个新项目. ◇ 点击,新建一个电路原理图窗口，开始设计混频器。
基于ADS的微带平衡混频器设计
基于ADS的微带平衡混频器设计摘要：无线通信技术的迅猛成长，给予了无线局域网（WLAN）巨大的发展空间，其对传输的可靠性、抗干扰性的要求，奠定了混频器在通信系统中强而有力的地位。
在参考了大量相关文献后，本文提出了一种适用于目前主流通信频段2.4GHz ISM的微带平衡混频器，它不仅具有尺寸小、易集成、易匹配的特点，而且具有抗干扰性强、驻波比小等优点。
本课题对微带平衡混频器进行了理论分析，并借助ADS软件完成设计仿真，仿真结果满足设计要求，这将对混频器的实际研究产生重大影响。
关键词：无线局域网微带平衡混频器ADS软件The design of Micro strip-balanced mixer based on ADSAbstract: With the rapid development of wireless communication technology, wireless local area network (WLAN) obtains huge space for development, the requirements of highly reliability and Interference-opposition in the process of transmission makes mixer the indispensable device in the communication system. In reference to a lot of literature, this paper presents a Micro strip-balanced mixer which is applied to the current main stream communication frequency of 2.4 GHz ISM, which not only has the characteristics of small size, being easy to integrate and easy to match, but also has the advantages of highly Interference-opposition and small VSWR. The proposed Micro strip-balanced mixer has been theoretically analyzed and simulated using ADS software. The simulation results meet the requirements of design, which will have a major impact on the study of mixer in reality.Keywords: WLAN Micro strip-balanced mixer ADS softwar一、绪论（一）研究背景及意义1、混频器的研究背景的迅猛成长，带动了无线技术的不断成长。
低噪放与平衡混频器设计
低噪放、平衡混频器设计姓名：万宵鹏一、LNA仿真设计（一）设计要求：用AVAGO公司的ATF-33143场效应管仿真设计低噪放。
指标：1．f:1805MHz-1880MHz2.NF≤0.9dB3.G≥30dB4.VSWR(in)≤25.VSWR(out)≤1.5给出设计分析过程、仿真结果、结果分析。
（二）LNA设计过程1．直流偏置设计采用Rs=0的共源极结构。
从晶体管参数文件中可以看出在Vds=4V,Ids=80mA时增益较大，噪声系数在设计范围之内。
此时，根据参数文件，Vgs=-0.5V,故采用双电源供电，得到如图所示直流偏置电路。
C C1V_DC SRC12．射频设计1）对设置了直流偏置的管子进行S 参数扫描freq, GHzd B (S (2,1))Forward Transmission, dBfreq, GHzn f (2)2）匹配网络设计测量输出阻抗如图，在中心频率1.840GHz 处， 输出阻抗 Zout 为18.576+j4.722。
应用史密斯圆图对输入端按照最小噪声匹配。
对输出进行共轭匹配。
如图：freq 1.700 GHz 1.710 GHz 1.720 GHz 1.730 GHz 1.740 GHz 1.750 GHz 1.760 GHz 1.770 GHz 1.780 GHz 1.790 GHz 1.800 GHz 1.810 GHz 1.820 GHz 1.830 GHz 1.840 GHz 1.850 GHz 1.860 GHz 1.870GHzZin118.785 + j3.325 18.768 + j3.427 18.751 + j3.528 18.735 + j3.629 18.719 + j3.730 18.703 + j3.830 18.688 + j3.931 18.673 + j4.031 18.658 + j4.130 18.643 + j4.230 18.629 + j4.329 18.616 + j4.427 18.602 + j4.526 18.589 + j4.624 18.576 + j4.722 18.563 + j4.820 18.551 + j4.918 18.539+j5.015输入匹配网络输出匹配网络得到如下图所示电路仿真并运用调谐工具对输入匹配网络调谐，得到结果如图显然增益未达到设计要求，通过计算或者查看管子的技术手册可以看到最大转换功率增益为19dB左右，因此必须采用两级放大结构。
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应用ADS 设计混频器1． 概述图1为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用3dB 分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2为隔离臂，1到3、4端口以及从2到3、4端口都是功率平分而相位差90°。
图1设射频信号和本振分别从隔离臂1、2端口加入时，初相位都是0°，考虑到传输相同的路径不影响相对相位关系。
通过定向耦合器，加到D1，D2上的信号和本振电压分别为： D1上电压 )2cos(1πω-=t V v s s s 1-1)cos(1πω-=t V v L L L 1-2D2上电压)cos(2t V v s s s ω=1-3)2cos(2πω+=t V v L L L1-4可见，信号和本振都分别以2π相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为2π型平衡混频器。
由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压的相位差，可以得到D1中混频电流为：∑∑∞-∞=∞-+-=m n L s m n t jn t jm I t i ,,1)]()2(exp[)(πωπω同样，D2式中的混频器的电流为：∑∑∞-∞=∞++=m n L s mn t jn t jm It i ,,2)]2()(exp[)(πωω当1,1±=±=n m 时，利用1,11,1-++-=I I 的关系，可以求出中频电流为：]2)cos[(41,1πωω+-=+-t I i L s IF主要的技术指标有：1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数)；2、变频增益，中频输出和射频输入的比较；3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；4、双频三阶交调与线性度；5、工作频率；6、隔离度；7、本振功率与工作点。
设计目标：射频：3.6 GHz ，本振：3.8 GHz ，噪音：<15。
2.具体设计过程2.1创建一个新项目◇ 启动ADS◇ 选择Main windows◇ 菜单－File －New Project ，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名 ◇ 点击“ok ”这样就创建了一个新项目。
◇ 点击，新建一个电路原理图窗口，开始设计混频器。
2.2 3dB定向耦合器设计◇里面选择类“Tlines-Microstrip”◇选择，并双击编辑其中的属性，，这是微带线基板的参数设置，其中的各项的物理含义，可以参考ADS的帮助文档。
◇选择，这是一个微带传输线，选择，这是一个三叉口。
◇按照下图设计好电路图图2 3dB耦合器其中50 ohm传输线的线宽w＝0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm 传输线的线宽为w＝1.67mm，四分之一波长长度为10.2mm。
MTEE是三端口器件，有三个参数W1，W2，W3具体是有定义的，可以此参考ADS帮助文档。
◇选择类“Simulation－S_Param”并把仿真器和“Term”拉出来放好。
图3◇双击，修改里面的属性，要求从3GHz到5GHz扫描。
◇保存文档。
◇按“F7”仿真。
◇在“DataDisplay”窗口中，按，如下图所示，看端口的耦合度。
图4结果如下图所示图5 输出端口间的相位差同样的办法可以看到输出端口的相位差、输入端口的隔离度、输入端口的回波损耗等。
图6 输出端口的相位差图7 输入端口的回波损耗图8 输入、输出端口的隔离度2.3低通滤波器◇在类“Lumped-Components”里面选择电容，和电感，按照下图设计电路。
图9 低通滤波器电路图◇加上仿真器，设计为，表示从0.01GHz，扫描到4GHz。
◇按“F7”仿真。
◇在出现的“DataDisplay”窗口中，按，选择加入S21，仿真结果如下图所示。
图10 低通滤波器仿真结果2.4 混频器频谱分析2.41设计完整的电路图图11 完整的电路图把混频器的电路图分解为如下图所示的8个部分，下面分别说明一下这8个部分具体的情况。
图12第一部分第二部分第三部分就是上面设计出来的3dB定向耦合器，具体请参考3dB耦合器一章。
第4部分匹配电路第5部分是晶体管，其中晶体管是使用了模型，具体操作是这样的，先在类“Devices-Diodes”里面，选择，并双击修改里面的属性，建立二极管模型，具体的参数设计参考下图13。
图13 选择，并在相应的位置把器件放好，其中DIODE1，和DIODE2都是引用了刚才设计的二极管模板“DIODEM1”。
第6部分是输出阻抗匹配电路，使用传输线做阻抗匹配，第6部分第7部分是低通滤波器，具体电路参考低通滤波器设计电路。
第8部分是一个“Term”，用来做输出负载的。
“Term”是在“Simulation S-Param”中获得的。
第8部分注意：第1部分是射频输入端口，端口号就是(Num)要设计为“1”；第2部分是本振输入端口，端口号要设计为“3”。
这是一般用HB Simulation仿真的规范要求。
2.42设置变量◇在电路原理图窗口上，选择，双击，修改其属性，如下图所示。
◇在类“Optim/Stat/Yield/DOE”里面，选择，并双击修改其属性为2.43配置仿真器◇在类“Simulation-HB”里面选择和，先双击修改其属性，主要是把温度改为符合IEEE标准的16.85度。
◇双击，配置谐波平衡仿真器，具体参见下图图14图15图16图17图19 选择krylov来做噪音仿真◇按“F7”进行仿真。
◇在出现的“DataDisplay”窗口中，选择，并点击“advance”项目，在对话框里面输入“dBm(Vif)”点击“Ok”就可以显示中频输出的频谱分量。
图20仿真结果如下图所示：◇选择，选择显示“ConvGain”结果如下图所示图21图222.5噪音系数仿真在上面仿真的基础上，稍微把仿真器修改一下就可以得到噪音系数的仿真结果，双击，修改第二项“Sweep”图23表示不在对本振功率“PLO”进行扫描，其他项目不需要做任何改动。
◇按“F7”进行仿真。
◇在新出现的“DataDisplay”窗口中，选择，并把nf(2)添加进去。
noisefreq200.0MHz nf(2)14.0352.7噪声系数随RF频率的变化在上面噪音仿真的基础上，做如下改动：◇修改变量如下图所示：◇把射频输入端的功率源换成一个“Term”。
◇在类“Simulation-HB”选择一个，双击修改其属性为：图24表示从1。
0GHz扫描到6.0GHz，步长是0.1GHz。
◇配置仿真器，如下图所示。
图25图27图28图29◇按“F7”进行仿真。
◇在新出现的“DataDisplay”窗口中，点击，并在“advance”对话框中输入“plot_vs(nf(2),HB_NOISE.RFfreq)最后的仿真结果如下图所示。
图30 2.8三阶交调系数电路原理图不变，然后做下面的修改◇设置变量如下图所示：◇设计输出变量，在类“Optim/Stat/Yield/DOE”里面点击，然后双击编辑属性◇在类“Sources-Freq Domain”里面，选择，并把该器件放在1端口，就是射频输入端口，双击修改其属性。
◇仿真器配置图31图32图33图34◇按“F7”进行仿真◇在新出现的“DataDisplay”窗口中，选择，双击，在“advance”里面加入“dBm(Vif)”，，并修改坐标最后的仿真结果如下图所示图352.9功率－三阶交调系数◇在上面的基础上，修改下面的参数◇变量◇把仿真器中的一项改掉，其他不变，就是加入了一个扫描变量◇最后仿真的结果是图36总结这是一个微带平衡混频器，主要是有几部分组成：3dB定向耦合器、二极管的输入、输出阻抗匹配电路、两个二极管、输出低通滤波器。
在这篇文章中，我们先介绍了3dB定向耦合器的仿真，其中原理部分可以参考其他资料，在知道了原理后，可以利用一些小软件计算线宽，该软件陈抗生老师哪里有的。
后面是介绍一个低通滤波器的设计和仿真，这是比较简单的，用于输出中频滤波。
后面是分别设计和仿真了这个Mixer的频谱、噪音、增益-本振功率曲线、射频频率-噪音系数曲线等等。
整个过程中，电路的原理图都是不变的，改变的只是端口的配置、仿真器的配置还有变量的配置。
其中有几个规律。
对于用来仿真Mixer的HB Simulation要求1端口是射频输入端口、2端口是中频输入端口、3端口是本振输入端口。
输入部分一般使用功率源，输出负载是使用“Term”。
仿真器的配置中，一般Freq[1]是本振频率，Freq[2]是射频频率，Order一般是要大于1的或者就是变成线性电路仿真了，Sweep是加入扫描变量的选项，只能扫描直接变量，表达式不能扫描，另外计算噪音的时候要选上“Nolinear”，Noise[1]噪音输入频率是射频，分析的频率是中频。
Noise[2]选择输出节点是“Vif”。
这是一般的配置情况，具体的可以参考上面的章节。
教训：因为这个过程中电路原理图要反复用到，也许有同学会选择直接从电路原理图中Copy(Ctrl+a；Ctrl+c；Ctrl+v)过去，事实证明，ADS的这个功能有点缺陷，可能会造成器件之间的连线出问题，建议不要这样处理，可以把文件先做一个备份，然后把备份的名字改掉，这样方面，而且可靠。