第四章-镜频抑制和谐波混频器教材
有源正交镜像抑制上变频混频器仿真v1.8
有源正交镜像抑制上变频混频器仿真v1.8摘要：一、引言二、正交镜像抑制上变频混频器原理三、仿真软件v1.8的特点四、仿真过程及结果分析五、结论正文：一、引言随着现代通信技术的快速发展，正交镜像抑制上变频混频器在无线通信系统中得到了广泛应用。
它具有较高的线性度、灵敏度和可靠性，是射频电路设计中不可或缺的部分。
本文将介绍正交镜像抑制上变频混频器的原理，以及一款用于仿真的软件v1.8。
二、正交镜像抑制上变频混频器原理正交镜像抑制上变频混频器是一种基于正交技术的有源混频器，其主要特点是输入信号和本振信号相互正交，从而抑制镜像频率。
在工作过程中，输入信号与本振信号经过混频后，会产生基带信号和镜像信号。
通过正交技术，基带信号相互抵消，从而达到抑制镜像信号的目的。
三、仿真软件v1.8的特点这款仿真软件具有以下特点：1.高度的模块化：软件中包含了各种射频、中频、基带模块，方便用户搭建不同的电路拓扑。
2.丰富的算法库：提供了多种算法，如线性插值、FFT、IFFT等，满足各种信号处理需求。
3.图形化界面：直观地展示电路结构和参数设置，便于用户调整和优化。
4.灵活的仿真模式：支持时域、频域等多种仿真模式，满足不同需求。
5.结果分析功能：提供多种分析工具，如眼图、星座图、频谱分析等，方便用户对仿真结果进行深入研究。
四、仿真过程及结果分析在软件中搭建正交镜像抑制上变频混频器电路，设置相应的参数，如本振频率、输入信号频率、混频器带宽等。
运行仿真后，可以得到基带信号和镜像信号的幅度、相位等参数。
通过对比仿真结果和理论分析，可以验证正交镜像抑制上变频混频器的效果。
五、结论本文介绍了正交镜像抑制上变频混频器的原理，并推荐了一款实用的仿真软件v1.8。
通过这款软件，设计师可以快速验证正交镜像抑制上变频混频器的设计方案，并根据仿真结果进行优化。
Ka波段镜像抑制谐波混频器设计_黄锦沛
1
1. 1
混频器的原理分析
谐波混频原理 本次设计使用反向并联二极管对实现四次谐波 =
混频，其模型如图 1 所示，假设信号为 VS （ t ） VS cosωS t，LO 信号为 VL （ t ）
= VL cosωL t， 其中 ωS
和 ωL 分别为 RF 和 LO 信号的角频率，VS 和 VL 分别 为 RF 和 LO 信号的幅度，且∣ VL ∣ ＞＞ | Vs ∣。
]
（ 10 ）
TL6 构成 RF 匹配网路， RF 带通滤波器回收闲频， 提高隔离度。 TL7 和 TL8 是 LO 匹配网络， LO 带通 滤波器回收闲频，提高隔离度。本次选用的带通滤 波器 寄 生 通 带 在 3 倍 中 心 频 率 处， 因 此 TL9 为 1 /4 λ3LO 开路线，避免在工作中 3 ω L 能量对功率源的 IF 隔离 影响。TL10 和 TL11 都为 1 /4 λ RF 长，提高 RF度。IF 低i D 为二极管反向饱和电流， 那么流过二极管 对的电流 i 和时变电导 g（ t） 可用第一类 n 阶修正贝 塞尔函数
［2 ］
分别表示为
∞
(
)
i = i1 + i2 = 2 i D sinh（ αv（ t） ） = 2 i D ∑ 2 I2n +1 （ αv（ t） ） cos（ 2 n + 1 ） ω L t
对于混频单元 1 ， 其 RF 输入信号为 V S1 （ t ） ， 镜 LO 输入信号 V L 1 （ t） 可以分别 频输入信号为 V I1 （ t） ， 表示为 cos ω S t － π （ 6） 2 2 槡 VI V I1 （ t） = cos ω I t － π （ 7） 2 2 槡 VL V L1 （ t） = cosω L t （ 8） 2 槡 混频单元 1 输出的 RF 和镜像频率对应的混频产物 V IF1 （ t） 和 V IM1 （ t） 分别为 V S1 （ t） = VS
第四章镜频抑制和谐波混频器介绍
m n i (t ) f (vLO 1 vi1 ) vLO 1 vi1
m ,n m ,n
m ,n
m ,n
m n m n vLO vRF [(1) 1]
m ,n
m+n 只能为奇数
§ 4.4 谐波混频器
RF ? LO 8GHz RF:15GHz 二次谐波混频
IF 1GHz
17GHz RF:31GHz 33GHz
偶次谐波混频 四次谐波混频
镜频电压： vi Vi cos[(i )t ]
本振电压：vLO VLO cos[(LO )t ] 中频: ωIF= ωRF- ωLO= ωLO- ωRF
20
非线性电阻v-i特性如下
i f (v) a0 a1v a2v .... an v
2
n
21
对信号: 信号在混频器1中混频
。 。 。
偶次谐波混频性能 1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净 2.隔离度 3.变频效率 4.噪声特性 镜频噪声
本振噪声 优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号， 在毫米波接收机中广泛采用。
如何实现奇次谐波混频？
Байду номын сангаасI2
IF
RF LO I1
m n I1 f vLO vRF vLO vRF
中频滤波器 Ka频 段4 次谐波 混频器
RF:35GHz LO:9GHz
2 LO / 4
RF
wlo
§ 4.5 镜频抑制混频器
一、什么是镜频 对于一个给定的本振信号ωLO ，有两个不同的 射频信号ωLO+ ωIF和ωLO－ωIF 可以产生相 同的中频信号ωIF 。其中一个是我们所期望 的射频信号，而另一个就是我们所说的镜频。
镜频抑制混频器
镜频抑制混频器应用ADS设计混频器．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°。
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：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：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。
精品文档-电视技术(第三版)(肖运虹)-第4章
(1) 全频道电子调谐器是指既能接收甚高频(VHF)信号， 又能接收特高频(UHF)信号的调谐器。
第4章 高 频 调 谐 器
(2) 全增补电子调谐器是指不但能接收标准电视频道(VHF 和UHF)节目，而且还能接收有线增补电视频道节目的调谐器。
图4-2 高频调谐器的幅频特性 (a) 黑白电视的高频特性;(b) 彩色电视的高频特性
第4章 高 频 调 谐 器
3. 噪声系数小、功率增益高 放大器噪声系数NF表示输入端信号信噪比与输出端信号信 噪比的比值，即
输入端信噪比 NF 输出端信噪比
噪声系数可理解为:信号通过放大器后，“信噪比”变坏了 几倍。 如果NF=1，则输入端信噪比与输出端信噪比相同，表示 放大器本身不产生附加噪声，这是理想化的。 实际上，NF总是 大于1的。 整个电视接收输出信噪比的好坏，主要取决于高频调 谐器高放级噪声系数的大小。 多级放大器总的噪声系数为
第4章 高 频 调 谐 器
第4章 高 频 调 谐 器
§4.1 高频调谐器的功用及性能要求 §4.2 高频调谐器的功能电路 §4.3 电子调谐器 §4.4 频道预置器 §4.5 高频调谐器常见故障分析 习题四
第4章 高 频 调 谐 器
§4.1 高频调谐器的功用及性能要求 4.1.1 高频调谐器的作用和组成
R'0 2π f0L
由此可知，欲想有较高的Qfz，R0′值必须很大，而
R
' 0
1
1
1
Rc Rsr
实际上，由于天线内阻Rc(75 Ω)及高放管工作时输入阻抗 Rsr(100~250 Ω左右)都较小，当它们并接在输入回路两端时， 势必造成R0′很小，导致选择性变差。
镜频抑制混频器设计――参考.
◇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。
第4章 (34)教材配套课件
图4-9 调制器的并联谐振回路
41
因此，欲使调制波不发生畸变，其最大可容许调制带宽 (即调制信号占据的频带宽度)必须小于Δf, Δf为
(4.2.13) 实际上，对调制器带宽的要求取决于具体的应用。 此外，
还要求有一定的峰值相位延迟Δjm，与之相应的驱动峰值调
制电压为
(4.2.14)
42
对于KDP晶体，为得到最大的相位延迟所需要的驱动功 率为
33
4.2.2 电光相位调制 电光相位调制的原理图如图4-7所示，电光相位调制器
由偏振器和电光晶体组成。 偏振器的偏振方向平行于晶体 的感应主轴x′(或y′)，此时入射到晶体的线偏振光不再分解沿 x′、y′的两个分量，而是沿x′(或y′)轴一个方向偏振，故外加 电场不改变出射光的偏振状态，仅改变其相位，相位的变化 为
26
若取Δjm=1 rad，则J1(1)=0.44，J3(1)=0.02， =0.045，即
三次谐波为基频波的5%。 在这个范围内可近似为线性调制， 因而有
(4.2.7)
式中，Δjm作为线性调制的判据。 此时J1(Δjm)≈ Δjm,代入
式(4.2.5)得
(4.2.8)
27
故为了获得现行调制，要求调制信号不宜过大(小信号调制)， 那么输出光强调制波就是调制信号U=Um sinωmt的线性复现。
(4.2.4)
25
利用贝塞尔函数将上式中的sin(Δjm sinωmt)展开得
(4.2.5)
可见，输出的调制光中含有高次谐波分量，使调制光发生畸 变。 为了获得线性调制，必须将高次谐波控制在允许的范 围内。 设基频波和高次谐波的幅度值分别为I1和I2n+1，则高 次谐波与基频波成分的比值为
混频器原理
混频器原理作者：本站来源： 发布时间：2008-8-13 18:16:39 减小字体增大字体混频器原理工作频率混频器是多频工作器件，除指明射频信号工作频率外，还应注意本振和中频频率应用范围。
噪声系数混频器的噪声定义为：NF=Pno/Pso Pno是当输入端口噪声温度在所有频率上都是标准温度即T0=290 K时，传输到输出端口的总噪声资用功率。
Pno主要包括信号源热噪声，内部损耗电阻热噪声，混频器件电流散弹噪声及本振相位噪声。
Pso为仅有有用信号输入在输出端产生的噪声资用功率。
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。
1dB压缩点在正常工作情况下，射频输入电平远低于本振电平，此时中频输出将随射频输入线性变化，当射频电平增加到一定程度时，中频输出随射频输入增加的速度减慢，混频器出现饱和。
当中频输出偏离线性1dB时的射频输入功率为混频器的1dB压缩点。
对于结构相同的混频器，1dB压缩点取决于本振功率大小和二极管特性，一般比本振功率低6dB。
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1dB压缩点。
双音三阶交调如果有两个频率相近的微波信号fs1和fs2和本振fLO一起输入到混频器，由于混频器的非线性作用，将产生交调，其中三阶交调可能出现在输出中频附近的地方，落入中频通带以内，造成干扰，通常用三阶交调抑制比来描述，即有用信号功率与三阶交调信号功率比值，常表示为dBc。
因中频功率随输入功率成正比，当微波输入信号减小1dB时，三阶交调信号抑制比增加2dB。
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。
电子线路-非线性部分(第四版)谢嘉奎-第4章振幅调制-解调与混频电路讲课讲稿
v O ( t ) V m c0 c t o M a V s m c Ω 0 o cc t o s t s
V m c0 c o t 1 2 M s a V m c0 o c Ω ) t s 1 2 M (a V m c0 o c Ω ) t s
单音调制时调幅信号的频谱：由三个分量组成：
(7)
所以，输出调幅波电流的数学表达式为
i I m 0 ( 1 M a cΩ o ) cs to c t s
(8)
式中：Im0 = a1Vcm ：调制前载波电流振幅；
Im0(1 + Ma cos t) ：调幅波电流振幅；
若负载M 为aLC2a调2aV谐1回m路k，aV V 谐mm 振0 在Mfac：，调谐幅振度电。阻
(2)
其中，c = 2fc：载波角频率； fc：载波频率，c >> 。
若同时作用在一个非线性器件 i = f(v) 上，有
Vcmcos ct + V cos t
(3)
将非线性器件的输出电流用三角函数展开
i a 0 a 1 v a 2 v 2 a 3 v 3
(4)
将式(3)代入式(4) ，取前三项，则
1．电路组成模型
vO (t) [[[V v A c m (tc) V 0 m k A av A M M v( A t)(tc )]c v V m v c( o t)(c tts )]A ]co cts
式中，AM ：相乘器乘积系数； A：相加器的加权系数，且 A = k，AM AVcm = ka。
(6)
若负载为 LC 调谐回路， ，2 ，2c 均远离 c，去
掉它们及直流分量，则式(6)可写为
ia1Vcm cocsta2Vcm V[cocs(Ω)tcosc (Ω)t] a1Vcm cocst2a2Vcm VcocstcoΩs t
高频电子课程设计晶体管混频器
目录目录 (1)第一章混频器的工作原理分析 (2)第一节三极管混频器的工作原理及组成框图 (2)第二节三极管混频器的工作波形及变频前后频谱图 (4)第二章晶体管混频器的电路组态及优缺点 (5)第一节三极管混频器的电路组态及其优缺点 (5)第二节三极管混频器的技术指标 (6)第三章自激式变频器电路工作原理分析 (9)第一节自激式变频器工作原理分析 (9)第二节自激式变频器与他激式变频器的比较 (10)第四章心得体会 (11)第一章混频器的工作原理分析第一节三极管混频器的工作原理及组成框图1.1 组成框图变频（混频）是将高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率。
通常指将高频信号的载波频率从高频变为中频,同时必须保持其调制规律不变。
具有这种功能的电路称为混频电路或变频电路，亦称为混频器或变频器。
一般变频器应由四部分组成，即输入回路、非线性器件、带通滤波器和本机振荡器组成，如图1-1所示，图中本机振荡器用来提供本振信号频率f L。
输入高频调幅波s v，与本振等幅波L v，经过混频后输出中频调幅v。
输出的中频调幅波与输入的高频调幅波的调制规律完全相同。
亦即波i变频前与变频后的频谱结构相同，只是中心频率由f s改变为f i，亦即产生了频谱搬移。
图1-1 晶体管混频器的组成框图混频器工作原理：晶体三极管混频器的原理性电路如图1-2所示，在发射结上作用有三个电压，即直流偏置电压BB v 信号电压s u 和本振电压L u 。
为了减小非线性器件产生的不需要分量，一般情况下，选用本振电压振幅U U SM LM ，也就是本振电压为大信号，而输入信号电压为小信号。
在一个大信号L u 和一个小信号s u 同时作用于非线性器件时，晶体管可近似看成小信号的工作点随大信号变化而变化的线性元件，如图1-5所示。
1t 时刻，在偏压BB v 和本振电压L u 的共同作用下，它的工作点在A 点，此时s u 较小。
因此，对s u 而言，晶体管可以被近似看成工作于线性状态。
镜频抑制混频器的分析与直接解调短波单边带接收机的设计装调
镜频抑制混频器的分析与直接解调短波单边带接收机的设计装调无43 孙忆南 倪彧章一、前言随着通讯设备的小型化，集成化与数字化，传统的多次变频式接收机，由于电路复杂，中频通路难以集成，存在镜频干扰、组合干扰，需要在射频前端添加镜频抑制滤波器，提高了设备成本，难以做到小型化。
而使用零中频接收机，存在本振泄露，动态范围偏小等问题。
两者的折中是低中频接收机，部分解决了上述两种设计的不足。
由于中频很低，所以镜像频率的抑制不能在射频前端完成，一种方案是采用镜频抑制混频器。
本文讨论了一种基于RC 网络分相滤波器的镜频抑制混频器，并分析了其参数的偏差对于镜频抑制比的影响。
然后，使用这种镜频抑制混频器设计制作了一个直接解调型短波单边带接收机。
二、镜频抑制滤波器在信号的变频过程中，镜象干扰是影响电路性能的一个很主要的问题，而要实现镜象抑制，就要求较高频率的中频，使用多次变频，同时对镜频抑制滤波器的要求较高，这样就对电路的集成实现带来了很大的困难。
一种可行的方法，即利用低中频和镜频抑制混频器的方法，在将信号降到低中频的同时，去除镜像干扰信号。
其实现框图如下：图1其中，Vlo 是本振信号，Vin 是射频输入信号，Vout 是去除了镜像干扰信号的低频有用信号。
+90表示移相90度。
数学推导如下：（射频输入信号为用单频信号，对应的镜像信号频率为）0w w +101w w −101201cos[()]cos[()]in V A w w t A w w t =++−（为本振频率，为信号的频率，前一项是有用信号，后一项是镜像干扰信号）0w 1w0111012101210112011310112011cos()11(cos()cos[(2)])(cos()cos[(2)])2211(sin[(2)]sin())(sin[(2)]sin())2211(cos[(2)]cos())(cos[(2)]cos())22Loc V w t V A w t w w t A w t w w t V A w w t w t A w w t w t V A w w t w t A w w t w ==++++−=+−+−+=−++−−+1311cos()out V V V A w t =+=t 从中我们可以看到，如果我们可以保证移相90度的准确性，以及相乘和移相后的输出信号和的幅度是一样的话，那么镜像干扰信号就可以被完全的去掉了。
应用ADS软件设计镜像抑制混频器
镜像抑制混频器概述近年来，随着微波器件与技术的快速发展，在雷达和通信等领域，接收系统普遍采用了低噪声放大器作为前级，大大降低了系统的噪声系数，提高了灵敏度。
混频器对接收系统的影响和作用似乎越来越小，事实并非如此。
对于单边带系统，特别是中频较低的单边带系统来讲，镜像噪声会对噪声带来很大影响。
所谓镜像信号边带是有用信号边带相对于本振信号对称的另一个边带，它与本振混频后产生的中频信号与信号边带产生的中频信号相同。
对于单边带系统，当低噪声放大器频带较宽，且中频不高时，镜像噪声会通过混频器进入系统，造成系统噪声系数恶化。
因此，在低噪声放大器频带较宽，且中频不高的单边带系统中，必须使用镜像抑制混频器。
镜频抑制度表示对镜像噪声的抑制程度，镜频抑制度β定义为：'G G =β其中G 信号边带增益G ’镜像边带增益则微波接收机噪声系数与镜频抑制度的关系为：11log(10)(β+=dB M 其中M(dB)微波接收机噪声系数的恶化量表1为镜频抑制度与噪声系数恶化量的数据表1M(dB)0.050.20.5 1.0 2.0 3.0β(dB)19.3613.279.14 5.87 2.330镜像抑制混频器设计1镜像抑制混频器的主要技术指标信号频率 3.6GHz本振频率 3.8GHz中频频率200MHz噪声系数15dB镜像抑制度15dB2镜像抑制混频器的组成镜像抑制混频器电原理图如图1。
3dB正交耦合器射频端口ＶS 同相功率分配器平衡混频器 １平衡混频器 ２本振ＶL ＶL1ＶL23412ＶS1ＶS2Ｚ0＝503dB中正交耦合5678频输出电路下边带中频输出上边带中频输出图1由图1可知镜像抑制混频器由两个平衡混频器、一个射频正交耦合器、一个中频正交耦合器和一个同相功率分配器组成。
3平衡混频器设计我们采用移相90°的平衡混频器，它由这几部分组成：3dB 支节耦合器混频二极管阻抗匹配网络射频短路线和中频滤波器。
用ADS 软件的S 参数仿真功能很容易设计出幅度和相位满足要求的3dB 支节耦合器。
Ka频段宽带镜频抑制谐波混频器的设计
Ｆ Ｎ ａ ｇ —Ｆａ ｇ ，ＨＵ ＮＧ Ｊａ Ｅ ｉ Ｉ ｉ Ａ Ｆｎ ｎ Ａ ｉｎ ，Ｆ ＮＧ Ｌｎ ，Ｘ Ａ０ Ｗｅ —Ｈｏ ｇ ｎ
（ ． ｃｏｌ ｆ ｌ ｔ ｎｃＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｕ ｉｅｓｙ ｏ ｌｃ ｏ ｉ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｆ ｈｎ ， １ Ｓｈ ｏ ｏ ｅ ｒ ｉ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ｎｖｒｉ ｆ ｅｔ ｎｃ ｃｅ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙｏ ｉａ Ｅ ｃｏ ｎ ｉ ｔ Ｅ ｒ ｎ ｏ Ｃ
ｔ ａ ０ Ｂ ｏ ｅ ＧＨｚ Ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ，ｗ ｅ Ｆ ｉ ｆ ｅ ｔ ０ ＭＨｚ． ｈ ｎ ２ ｄ ｖ ｒ４ Ｆ ｂｎ ｗｄ ｈ ｈ ｎ Ｉ Ｓｉ ｄ ａ ｘ ７
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｉｉ ｅｅ — ａｅｍｉ ｒ ｉ ａｅ—ｒ ｅｔ ｎｍ ｘｒｓｂ—ｈ ｒ ｏ ｉ ｍｉ ｒ ｓｂ—ｈ ｒ ｎｃｍｉ ｙｗ ｒ ｓ ｍ ｌｍ ｔ ｗ ｖ ｘ ； ｍ ｇ ｅ ｃ ｏ ｉｅ；ｕ ｌ ｒ ｅ ｊ ｉ ａｍ ｎｃ ｘ ； ｕ ｅ ａｍｏｉ ｘ —
的 １２ １４ 从而克服 了直 接采用毫米波本振 源 ／ 或 ／， 带来的困难 ， 降低了射频接 收机 的技术难度和系统
成本。
收稿 日期 ：０ ６－ ５－ ９ ２ ０ ０ ０ ；修 回 日期 ：０ ６—１ ２０ Ｏ一１ ２
Ａ ｓ ａ ｔＴ ｅｄ ｓ ｎａ ｄｉ ｐｅ ｎａｉ ｆ ａ—ｂ ｎ ｙ ｒ ｎｅｒｔ ｕ ｂ ｔ ｃ ：ｈ ｅｉ ｎ ｌ ｒ ｇ ｍ ｍｅ ｔ ｏ ｏ Ｋ ｔｎ ａ ａ ｄｈ ｂ ｄ ｉｔ ａ ｄｓｂ—ｈ ｒ ｏ ｉ ｉ ｇ Ｉｅ— ｉ ｇ ｅ ａｍ ｎｃ ｍａｅ—ｒｊ ｅｃ
毫米波频段虽有性能优 良的混频器件 ， 高性 但 能的本 振源实 现难 ， 本 高。采用 亚谐 波 混频器 成 （ｕ — ａ ｏｉ ｍｘｒ可将本振频率降为基波频率 ｓｂ ｈｒ ｎ ｉ ） ｍ ｃ ｅ
实验镜频抑制混频器实施方案
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，在各端口匹配地条件下，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°，考虑到传输相同地路径不影响相对相位关系.通过定向耦合器，加到D1，D2上地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.由一般混频电流地计算公式，并考虑到射频电压和本振电压地相位差，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式中地混频器地电流为：∑∑∞-∞=∞++=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 地关系，可以求出中频电流为：]2)cos[(41,1πωω+-=+-t I i L s IF主要地技术指标有：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地比较；3、动态范围，这是指混频器正常工作时地微波输入功率范围；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地路径和输入文件名 ◇ 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，并双击编辑其中地属性，，这是微带线基板地参数设置，其中地各项地物理含义，可以参考ADS地帮助文档.◇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传输线地线宽w＝0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm 传输线地线宽为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具体是有定义地，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，修改里面地属性，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，看端口地耦合度.图4结果如下图所示图5 输出端口间地相位差同样地办法可以看到输出端口地相位差、输入端口地隔离度、输入端口地回波损耗等.图6 输出端口地相位差图7 输入端口地回波损耗图8 输入、输出端口地隔离度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.◇在出现地“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设计完整地电路图图11 完整地电路图把混频器地电路图分解为如下图所示地8个部分，下面分别说明一下这8个部分具体地情况.图12第一部分第二部分第三部分就是上面设计出来地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，具体操作是这样地，先在类“Devices-Diodes”里面，选择，并双击修改里面地属性，建立二极管模型，具体地参数设计参考下图13.图13 选择，并在相应地位置把器件放好，其中DIODE1，和DIODE2都是引用了刚才设计地二极管模板“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”，用来做输出负载地.“Term”是在“Simulation S-Param”中获得地..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仿真地规范要求.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标准地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.对话框里面输入“dBm(Vif)”点击“Ok”就可以显示中频输出地频谱分量.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地基础上，稍微把仿真器修改一下就可以得到噪音系数地仿真结果，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.◇在新出现地“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频率地变化在上面噪音仿真地基础上，做如下改动：◇修改变量如下图所示：◇把射频输入端地功率源换成一个“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.输入“plot_vs(nf(2),HB_NOISE.RFfreq)最后地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，然后做下面地修改◇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”进行仿真在新出现地“DataDisplay”窗口中，选择，双击，在“advance”里面加入“dBm(Vif)”，，并修改坐标最后地仿真结果如下图所示图352.9功率－三阶交调系数◇在上面地基础上，修改下面地参数◇变量◇把仿真器中地一项改掉，其他不变，就是加入了一个扫描变量◇最后仿真地结果是图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、二极管地输入、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定向耦合器地仿真，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地.后面是介绍一个低通滤波器地设计和仿真，这是比较简单地，用于输出中频滤波.后面是分别设计和仿真了这个Mixer地频谱、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，电路地原理图都是不变地，改变地只是端口地配置、仿真器地配置还有变量地配置.其中有几个规律.对于用来仿真Mixer地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”.仿真器地配置中，一般Freq[1]是本振频率，Freq[2]是射频频率，Order一般是要大于1地或者就是变成线性电路仿真了，Sweep是加入扫描变量地选项，只能扫描直接变量，表达式不能扫描，另外计算噪音地时候要选上“Nolinear”，Noise[1]噪音输入频率是射频，分析地频率是中频.Noise[2]选择输出节点是“Vif”.这是一般地配置情况，具体地可以参考上面地章节.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地这个功能有点缺陷，可能会造成器件之间地连线出问题，建议不要这样处理，可以把文件先做一个备份，然后把备份地名字改掉，这样方面，而且可靠.版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.y6v3A。
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两者相位差180º ，相互抵消，无输出信号。 B端合成： VLOVRF cos[( IF )t ] 混频器１中频信号
IF )t ] 混频器2中频信号移相90º VLOVRF cos[( 因两者相位相同，同相相加，输出为 2VLOVRF cos[(IF )t ]
24
对镜频 镜频在混频器1中混频
在镜频抑制混频器电路中，我们将利用电桥使 射频信号和镜频产生不同的相移从而分离他们。 1，2为两相同的混频单元，通常是单平衡或双平 衡混频器。
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▲镜频抑制混频器工作原理
本振 镜频 信号 假定为低本振情况
信号电压：vRF VRF cos[( RF )t ]
写成 VRF sin[(RF )t ]也可，在这只关心相对相位
本振噪声 优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号， 在毫米波接收机中广泛采用。
如何实现奇次谐波混频？
I2
IF
RF LO I1
m n I1 f vLO vRF vLO vRF
m n I 2 f vLO vRF vLO vRF
m n i (t ) f (vLO 1 vRF1 ) vLO 1 vRF1
m,n
只考查中频，m=1，n=1
vLO1 vRF1 VLO cos[(LO )t ] VRF cos[(RF )t ]
中频电流：
i1 (t ) VLOVRF cos[(RF LO )t ] VLOVRF cos[(IF t )]
m, n
m, n
I I1 I 2 m n m n vLO vRF vLO vRF
m,n m,n
m n m n vLO vRF [(1) 1]
m,n
m+n 只能为偶数
RF ? LO 8GHz RF:7GHz 9GHz RF:23GHz 25GHz 基波混频
2 LO / 4
RF
wlo
§ 4.5 镜频抑制混频器
一、什么是镜频 对于一个给定的本振信号ωLO ，有两个不同的 射频信号ωLO+ ωIF和ωLO－ωIF 可以产生相 同的中频信号ωIF 。其中一个是我们所期望 的射频信号，而另一个就是我们所说的镜频。
ωLO
ωLO－ ωIF ωLO+ ωIF
i2 (t ) VLOVRF cos[(RF LO )t 90] VLOVRF cos[(IF )t 90]
23
A端合成： 混频器1中频信号移相90º VLOVRF cos[(IF t ) 90]
混频器2中频信号
VLOVRF cos[(IF )t 90]
镜频电压： vi Vi cos[(i )t ]
本振电压：vLO VLO cos[(LO )t ] 中频: ωIF= ωRF- ωLO= ωLO- ωRF
20
非线性电阻v-i特性如下
i f (v) a0 a1v a2v .... an v
2
n
21
对信号: 信号在混频器1中混频
15
二、镜频抑制的重要性 √抑制镜频噪声 单边带系统如不抑制镜频噪声,整个混频器噪声系数 会增大3dB。 对接收来说，若接收下边带，则镜频处噪声会产生中 频噪声，同样在接收上边带时也会出现这种情况。 √抑制镜频干扰 对接收来说，若接收下边带，则镜频处的干扰会进 入到中频中，同样在接收上边带时也会出现这种情 况。
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信号在混频器2中混频
m n i (t ) f (vLO 2 vRF 2 ) vLO 2 vRF 2
只考查中频，m=1，n=1
m,n
VLO cos[(LO )Fra bibliotek 90] VRF cos[(RF )t ]
中频电流：
vLO 2 vRF 2
16
三、镜频抑制的主要方法 √采用镜频抑制滤波器 我们可以利用滤波器将信号与镜频 分开，但在某些应用领域，这两个信号 频率靠得很近，利用滤波器实现起来很 困难。 本振
镜频 信号 滤波特性
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√镜频抑制混频器
优点： 1.对镜频抑制是自动的。
2.便于集成，如SOC中。
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四、镜频抑制混频器电路结构
m n i (t ) f (vLO 1 vi1 ) vLO 1 vi1
单平衡混频器
混频性能
频谱
变频效率
隔离度 噪声性能
混频性能 频谱
变频效率
隔离度 噪声性能
90度型和180型单平衡混频器性能 比较 90度型端口匹配好，隔离度不好
180度型隔离度好，端口匹配不好
双平衡混频器
混频性能 频谱
变频效率
隔离度 噪声性能
单平衡混频器实例
180度型
LO RF IF
I1
I2
m ,n m n
m
v LO
m ,n
m
vRF [(1)
1]
m+n 只能为奇数
§ 4.4 谐波混频器
RF ? LO 8GHz RF:15GHz 二次谐波混频
IF 1GHz
17GHz RF:31GHz 33GHz
偶次谐波混频 四次谐波混频
。 。 。
偶次谐波混频性能 1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净 2.隔离度 3.变频效率 4.噪声特性 镜频噪声
I1 f vLO vRF vLO
I 2 f vLO vRF vLO
I I 2 I1 v LO
m ,n m
m
vRF
n
m ,n
m
vRF
vRF
n
n
m ,n
vRF
n
n
v LO
IF 1GHz
奇次谐波混频 三次谐波混频
。 。 。
奇次谐波混频性能 1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净 2.隔离度 3.变频效率 4.噪声特性 镜频噪声
本振噪声 优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号， 在毫米波接收机中广泛采用。
中频滤波器 Ka频 段4 次谐波 混频器
RF:35GHz LO:9GHz