混频器开题报告

太原理工大学信息工程学院

本科毕业论文（设计）开题报告

微波混频器设计

学生姓名导师姓名

专业

报告日期

班级

指导教

师意见

签字年月日

专业(教

研室)主

任意见

年月日系主任

意见

年月日

1.选题意义

混频器是通信系统中超外差接收机中的核心部件。在无线电通信系统（特别是广播电视系统）中，接收机应该能接收来自各个发射台的信号，而且到达接收机的信号是非常微弱的，一般为为微伏数量级。这样微弱的信号是不能直接解调的，需要将信号放大，然而高频、宽带条件下，增益达60-120dB的放大器要稳定工作是很难实现的。因此，在超外差接收机中，是把来自于不同发射台不同频率的高频已调信号，通过混频器搬移到某一固定的中频频带上，例如调频收音机为465kHz，调频收音机为，然后使用窄带的中频放大器放大，窄带的中频放大器容易做到很高的增益，从而使接收机的灵敏度和选择性得到保障。

中频分为低中频和高中频两种，低中频就是中频频率低于接收信号的频率，高中频就是中频频率高于接收信号的频率。一般民用接收设备如收音机‘电视机等采用低中频：在通信设备中，为了避免某些干扰，有时采用高中频。

混频器有广泛的用途，它不仅用于通信接收机，也是频率合成器等电子设备中的重要组成部分，用混频器可以实现频率加、减运算功能。

2.国内外研究现状概述

混频器是在第二次世界大战中，伴随着雷达接收机而产生的。为了增加雷达的作用距离，人们试图从三个途径进行分析研究：

首先，增大发射功率，加大发射功率固然可以增大雷达作用距离，但是随着发射功率逐渐增加，

不但需要付出昂贵的代价，而且超大功率的电磁波将使空间污染，影响人类健康。

其次，增大天线面积。由于天线面积加大，加强了接收微弱信号的能力，即提高了接收系统的灵敏度，从而使雷达的作用距离增大。但天线面积的增大，将给加工与伺服系统带来很大的困难，与此同时也需付出昂贵的代价。

第三，降低接收机中混频器的噪声系数。因为要增大雷达作用距离就必须提高接收机的灵敏度，即尽力减少接收机内部的噪声，这是提高整机灵敏度的关键。因此采用此方法是既经济又有效的方法。所以，人们对混频器进行了各种理论探讨与科学实验。但由于当时微波半导体器件发展缓慢，影响了混频器的发展。

直至五十年代中期，晶体管技术与外延单晶生长技术的不断发展，给混频器的发展提供了物质基础。到六十年代，表面势垒二极管和隧道二极管问世后，人们对混频器的研究才得到了迅速的发展。

随着混频器技术的发展，混频器的理论也得到了很大的发展。由用幂级数法‘贝塞尔函数法分析小信号对非线性器件的作用，发展到用开关函数法分析大信号对非线性器件的作用，使理论和实践更加接近。后来，用信号流图法分析混频器，就更加直观、清晰了。

混频器的基本功能是作频率变换（又称变量技术）。随着频率合成技术的发展，它已不仅用作超外差接收机前端的混频器，而且还可以用来作乘法器（即倍频器）、除法器（分频器）。双平衡混频器在锁相技术中还可作鉴相器使用。因此，混频器的研制已发展成为一种专门技术。国外已有专门生产各种混频器的专业工厂，可根据用户提出的具体指标，在一定时间内提供合格的产品。

3.主要研究内容

各种微波混频器的工作原理与参数、组成结构，并对其特点及应用领域进行阐述

一、混频器分类及其特点

■下混频器都设计成为线性时变工作状态

■混频电路类型

I. 无源混频器

1) 单二极管混频电路

2) 二极管平衡混频电路

3) 双平衡类型的二极管环形混频器

II. 有源混频器

1) 三极管混频电路

2) 单平衡混频电路

3) 吉尔伯特单元(Gilbert Cell)混频电路

无源混频器

①通常由非线性器件或开关元件构成，电路简单

②不能提供变频增益，作为下变频的接收机电路为了得到更小的噪声系数，在前级一般要加

LNA，由此会引起更多的互调失真。

③无源混频器的变压器通常会限制混频器的最高工作频率，从而影响带宽，且集成度差，体积

较大

④优点：电路简单

⑤缺点：

1) 如果在射频输入信号含有直流分量，本振信号直接馈通到输出端;

2) 输出频谱十分丰富，不能提供任何隔离，也不能提供混频增益。除了产生所需的混频结果

外，还含有大量的组合频率分量。

有源混频器

①有源混频器的应用更为广泛，特别是在射频集成电路（RFIC）中。

②可以提供混频增益，采用有源平衡－非平衡转换电路，易于集成。

③在有源混频器中，通常把射频电压转成电流信号，本振开关控制电流信号。

④优点：

1) 通过端接适当负载，可以获得一定的电压增益；

2) 对本振的振幅要求降低；

3) 端口的隔离度更好，更适于低电压工作。

⑤缺点：

需要一定的偏置电流，带来了直流功耗和射频电压的直流分量，线性度也受到了限制。

二、工作原理如图：

混频原理

三、混频器基本电路结构

四、混频器的典型参数

①工作频率混频器的工作频率是指输入或输出射频信号的频率

②变频损耗

混频器的变频损耗定义为混频器射频输入端口的微波信号功率与中频输出端信号功率之比。主要由电路失配损耗，二极管的固有结损耗及非线性电导净变频损耗等引起。

③镜像频率

④噪声频率

⑤交调失真

⑥隔离度混频器隔离度是指各频率端口间的相互隔离，包括本振与射频，本振与中频，及射频与中频之间的隔离。隔离度定义为本振或射频信号泄漏到其它端口的功率与输入功率之比，单位dB。

⑦动态范围动态范围是指混频器正常工作时的微波输入功率范围。其下限因混频器的应用环境不同而异，其上限受射频输入功率饱和所限，通常对应混频器的1 dB压缩点。

⑧本振功率混频器的本振功率是指最佳工作状态时所需的本振功率。原则上本振功率愈大，动态范围增大，线性度改善（1 dB压缩点上升，三阶交调系数改善）。

五、混频器应用领域

混频器是微波集成电路接收机系统中必不可少的部件。在微波通信、雷达、遥感、遥控、侦查与电子对抗系统，以及微波测量系统中，将微波信号用混频器降到中低频来进行处理。

4.拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性论证等）

晶体二极管的伏安特性曲线是非线性的，完全可以利用它作混频器件。二极管混频器与三极管相比较，具有动态范围大，噪声小，组合频率分量少，结构简单和工作频率高等优点。采用肖特基二极管的混频电路，工作频率可高到微波频段。因此，二极管混频电路在高质量的各种接收机和测量仪器中得到了广泛的应用。但是二极管混频器也有一个重要的缺点，那就是没有混频增益（混频增益小于1）

I.二极管平衡混频器

在混频器中，信号频率与本振频率混合后经非线性变换，除产生需要的中频外，同时也