混频器设计
混频与鉴频器的设计
混频与鉴频器的设计混频器和鉴频器是无线通信系统中非常重要的组件，它们分别用于信号的混频和鉴频。
混频器的主要作用是将高频信号和低频信号相乘，从而将高频信号转换成中频或基带信号，以便进行信号处理。
而鉴频器则用于将调制信号解调为原始信号。
混频器的设计通常需要考虑以下几个方面：1.混频器的工作频率范围：混频器的工作频率范围决定了它在不同应用中的适用性。
设计中需要选择合适的转换技术和电路拓扑，以确保混频器在所需的频率范围内具有良好的性能。
2.混频器的转换损耗：混频器在信号转换过程中会引入一定的转换损耗，也就是信号的功率损失。
设计中需要通过合适的电路参数和材料选择来降低转换损耗，并提高混频器的效率。
3.混频器的非线性特性：混频器在工作时会引入非线性失真，例如互调失真和交调失真。
这些失真会导致频谱扩展和杂散分量增加，对无线通信系统的性能造成影响。
因此，设计时需要选择合适的电路结构和优化电路参数，以减少非线性失真。
4.混频器的隔离度和带外抑制：混频器在混频过程中会引入一些杂散分量，它们可能会干扰其他无线设备或频段的信号。
设计中需要通过增强隔离度和带外抑制能力，以降低对其他信号的干扰。
鉴频器的设计也需要考虑类似的因素，同时还需要关注以下几点：1.鉴频器的解调效率：鉴频器的解调效率决定了解调后的信号质量。
设计中需要选择合适的解调方法和电路参数，以提高鉴频器的解调效率。
2.鉴频器的带宽和选择性：鉴频器通常需要适应不同带宽的信号，例如窄带和宽带信号。
设计时需要选择合适的电路结构和调整电路参数，以实现所需的带宽和选择性。
3.防止锁定和抗混叠：鉴频器设计需要考虑避免频率偏移和频率混叠的问题。
通过合适的信号处理技术和滤波器设计，可以提高鉴频器的抗干扰能力。
4.鉴频器的抗噪声性能：鉴频器中通常存在一定的噪声，例如热噪声和杂散噪声。
设计时需要选择合适的放大器和滤波器来提高鉴频器的抗噪声性能。
总体而言，混频器和鉴频器的设计需要综合考虑频率范围、转换损耗、非线性特性、隔离度、带宽、选择性、解调效率、抗锁定和抗噪声性能等因素。
混频器设计与应用技术
混频器设计与应用技术混频器(Heterodyne Mixer)是一种常用于射频(RF)和微波(microwave)电路中的器件，用于将不同频率的信号进行混频处理。
本文将介绍混频器的设计原理、主要类型以及广泛应用的技术。
一、混频器设计原理混频器的设计原理基于频率混合的特性，利用非线性元件，如二极管或场效应晶体管(FET)，将两个不同频率的信号进行混合。
通过混频器的非线性特性，原始信号的频率被转换成新的频率，即中频(intermediate frequency, IF)。
二、混频器的主要类型1. 非平衡混频器非平衡混频器是最简单和常见的混频器类型之一。
它通常由一个二极管和匹配网络组成。
非平衡混频器具有较低的转换增益和较高的转换损耗，适用于一些要求简单性能的应用场景。
2. 平衡混频器平衡混频器是由两个对称的非线性电路组成，可以抵消输入信号中的互调失真。
平衡混频器具有较好的抗互调能力和较高的转换增益，适用于一些性能要求较高的应用场景。
3. 双平衡混频器双平衡混频器是在平衡混频器的基础上增加了额外的平衡结构，可以进一步提高抗互调能力和转换增益。
双平衡混频器通常用于一些对性能要求非常高的应用，如通信系统中的高动态范围接收机。
4. 有源混频器有源混频器是将放大器与混频器集成在一起的混频器。
它具有较高的增益和较低的噪声性能，适用于需求较高的射频接收机和通信系统。
三、混频器的应用技术1. 超外差接收技术超外差接收技术是混频器的一种重要应用技术，用于将接收到的射频信号转换成中频信号进行后续处理。
通过使用合适的混频器和滤波器，可以实现高灵敏度、高选择性的无线通信接收系统。
2. 雷达系统混频器在雷达系统中广泛应用。
雷达系统通过发射和接收射频信号来探测目标。
混频器用于将接收到的回波信号和本振信号进行混频处理，提取出目标的距离、速度和角度等信息。
3. 通信系统在通信系统中，混频器用于频率转换、频谱分析和信号调制等关键步骤。
实验七混频器的仿真设计
混频器电路旳主要技术指标 • 变频损耗 • 噪声系数 • 端口隔离度 • 驻波比 • 动态范围 • 三阶交调系数 • 镜频克制度 • 交调失真
电流在工作点用泰勒级数展开：
i f (E0 UL cosLt US cosSt)
f (E0 UL cosLt) f '(E0 UL cosLt)US cosSt
Байду номын сангаас
1 2!
f
''(E0
UL
cos Lt )(U S
cos St )2
…
定义二极管旳时变电导g(t)为
g
t
= di dv
= v=E0 +ULcosLt
i2 gnVs cos(nL s )t
i1 gnVs cos(nL s )t n
输出： i i2 i1 2gnVs cos 2i 1L s t
n为偶数旳高次谐波电流被完全抵消，只剩余奇次谐波电 流(n=2i+1)，所以电路本身抵消了二分之一高次谐波电流 分量。
3、镜像回收混频器 (a)给出了分支线电桥旳信号和本振输入端都放置了平行耦合 镜像带阻滤波器，在该处它们镜像开路。因为该处距二极管 约为λSg／4, 因而在两个二极管输入接点处镜像信号被短路到 地。(b) 在接近连接二极管端口处有一耦合微带线作带阻滤波 器，该滤波器由两段1/4镜频波长旳短线构成，一段终端开路， 另一段与主传播线平行，形成平行耦合微带线。位置要调整 到刚好使镜频和本振二次混频后旳中频和一次混频旳中频同 相叠加，可回收镜频能量，提升混频器性能。
《混频器原理与设计》课件
3
LO-RF隔离度
LO-RF隔离度是指本振信号和射频信号
本振抑制度
4
之间的隔离程度。
本振抑制度是指混频器抑制本振信号的
能力。
5
拍频抑制度
拍频抑制度是指混频器抑制拍频信号的 能力。
第五章：混频器实验
实验装置
混频器实验通常需要使用特定的 实验装置和信号发生器。
操作步骤
混频器实验需要按照一定的步骤 进行，确保实验结果的准确性。
2 双晶体混频器电路设
计
双晶体混频器电路通常具 有更高的转换增益和更好 的本振抑制效果。
3 集成混频器电路设计
集成混频器电路具有体积 小、功耗低和可靠性高的 特点。
第四章：混频器性能指标
1
转换增益
转换增益是指混频器输入信号和输出信
端口匹配
2
号之间的功率差异。
端口匹配是指混频器输入和输出端口的频器实验结果进行分析，验 证混频器的性能指标。
第六章：混频器应用案例
航天器通信系统
混频器在航天器通信系统中 起到信号处理和频率变换的 关键作用。
葡萄酒品质检测
混频器可以用于葡萄酒品质 检测中的频率选择和信号处 理。
新能源电车智能充电系 统
混频器在新能源电车智能充 电系统中用于频率变换和充 电控制。
第二章：混频器的工作原理
简介
混频器将两个不同频率的信号进 行混合，产生新的频率差信号。
基本原理
混频器利用非线性元件的特性， 将输入信号进行非线性变换。
本振抑制
混频器通过抑制本振信号，避免 对输入信号的干扰。
第三章：混频器电路设计
1 单晶体混频器电路设
计
设计单晶体混频器电路时 需要考虑元件特性和稳定 性。
通信电子中的混频器设计与实现
通信电子中的混频器设计与实现混频器是通信电子系统中常用的重要组件，它能够将两个不同的信号混合在一起，并产生新的频率信号。
混频器的应用范围很广，从基于微波的通信电子系统到基于射频的调制解调器都需要使用混频器。
本文将从混频器的基础知识、工作原理和设计实现三个方面来介绍混频器。
基础知识混频器的核心组件是二极管，它能够将两个信号进行非线性混合，产生一个包含原信号频率之和和差的新信号。
在混频器中，一个信号称为本振信号，另一个信号称为射频信号。
本振信号的频率在混频器中是固定的，而射频信号的频率是需要混频的信号。
混频器的输出信号称为中频信号，它的频率通常在几十千赫兹到几百兆赫兹之间，这是通讯电子系统能够处理的频率范围。
混频器的工作原理混频器的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 在混频器的输入端口，本振信号和射频信号经过耦合器相结合。
2. 二极管的非线性特性会导致信号的幅度被混合在一起。
3. 混频器的输出信号将包含频率为本振频率、射频频率、本振频率加上射频频率和本振频率减去射频频率的信号。
4. 混频器为了提高输出信号质量和频率准确度，会在输出信号上添加一个滤波器。
设计实现混频器的设计需要考虑多种因素，包括本振频率选择、二极管特性评估、匹配和精度要求等。
以下是一些常见的混频器设计技巧：1. 选择合适的二极管：二极管的选择与设计的频段密切相关，必须对二极管的特性进行评估并选择适当的二极管。
2. 频率匹配：为了提高混频器的效率，必须使输入端口和输出端口的阻抗相互匹配。
本振和输入信号之间的匹配非常重要，以保证最好的混频效率。
3. 滤波器选择：滤波器用于过滤混频器输出信号中的杂散信号。
同时，选择更好的滤波器将提高混频器输出信号的质量和频率准确度。
4. 精度控制：混频器在设计和调试过程中需要进行精度控制。
意味着必须对本振和射频的频率进行准确的测量，并针对结果进行必要的校准，以获得最好的混频结果。
总结混频器是通信电子系统中常用的重要组件，它扮演了将射频信号转换为中频信号的重要角色。
混频器电路设计
混频器电路设计
混频器电路是一种广泛应用于通信、雷达、测量等领域的电路，主要功能是将两路不同频率的信号合并成一路，以获得混频信号。
混频器电路的设计主要涉及以下几个方面：
1. 混频器类型选择：混频器电路通常可以选择三种类型的混频器，即互补式、抑制式和反向式混频器。
不同类型的混频器具有不同的性能特点和优缺点，需要根据具体应用场景选择。
2. 设计频率选择：混频器的输入频率范围和输出频率范围需要根据具体应用需求确定，同时考虑到混频器的增益和带宽等参数。
3. 传输线设计：混频器电路中的传输线设计对混频器的性能有很大影响。
传输线具有传输延时、传输损耗等参数，需要合理选择设计参数来优化混频器电路的性能。
4. 滤波器设计：混频器电路常常需要加入滤波器，去除不需要的频率分量，保留所需频率分量，以提高混频器电路的选择性和干扰抑制能力。
5. 电路布局与封装：混频器电路的布局和封装方式对混频器电路的性能和可靠性有很大影响，需要合理设计和选择。
综上所述，混频器电路的设计需要综合考虑电路类型、频率、传输线、滤波器及电路布局等因素，以达到优化性能、选择性和干扰抑制能力的目的。
混频器的设计(RFID)
混频器的基本介绍定义：变频，是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。
具有这种功能的电路称为变频器（或混频器）。
混频器是一个3端口器件，其中两个端口输入，一个端口输出。
混频器采用非线性或时变参量元件，可以将两个不同频率的输入信号变为一系列不同频率的输出信号，输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及谐波。
混频器是射频系统中用于频率变换的部件，具有广泛的应用领域，可以将输入信号的频率升高或降低而不改变原信号的特性。
混频器的典型应用是在射频的接收系统中，混频器可以将较高频率的射频输入信号变换为频率较低的中频输出信号，以便更容易对信号进行后续的调整和处理。
1．混频器的特性混频器的符号和功能如图4-60所示。
图4-60（a）是上变频的工作状况，两个输入端分别称为本振端（LO）和中频端（IF），输出端称为射频端（RF）。
图4-60（b）是下变频的工作状况，两个输入端分别称为本振端（LO）和射频端（RF），输出端称为中频端（IF）。
上变频:上变频就是把基带信号调制到一个载波上，或者把调制在低频载波上的信号变换到高频载波上。
在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的中频信号比原始信号高，那么此种混频方式叫做上变频。
下变频：在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的中频信号比原始信号低，那么此种混频方式叫做下变频。
下变频的目的是为了降低信号的载波频率或是直接去除载波频率得到基带信号。
混频器的变频损耗混频器的变频损耗定义为可用RF 输入功率与可用IF 输出功率之比，用dB 表示为变频损耗的典型值为4~7dB 。
变频损耗包括二极管的阻抗损耗、混频器端口的失配损耗和谐波分量引起的损耗。
电阻性负载会吸收能量，产生阻抗损耗。
混频器输出只选和频或差频，谐波不是所需的输出信号，导致了谐波损耗。
2．单端二极管混频器定义：用一个二极管产生所需IF 信号的混频器称为单端二极管混频器。
框图及其解释：单端二极管混频器如图4-62所示。
实验五 混频器电路设计
实验五混频器电路设计一、实验目的1、加强对混频器概念的认识；2、掌握混频器电路工程设计方法；3、学会对电路性能进行研究。
二、预习要求1、复习混频器的有关课程内容；2、仔细阅读参考资料；3、设计电路图，并写明参数的设计过程；三、设计要求1、设计一个晶体管混频电路，包括LC带通滤波器；2、输入信号频率f0=16.455MHz，本振信号频率f1=14MHz左右（根据本组本振频率决定），中频频率f2=2.455MHz（f2=f0-f1）；3、电源电压Vcc=9V（建议：工作电流Ieq=0.1-0.5mA）；4、混频器工作点连续可调；5、混频输出波形目测无失真；四、电路调测与性能研究1、寻找混频器最佳工作点Ie(opt)在本振信号V1=500mV，输入单频正弦信号Vi=30mV时，调节混频器工作点，找出中频信号不失真输出幅度最大的Ie(opt)，并测出LC带通的3dB宽带；2、在Ie=Ie(opt)、本振信号V1=500mV情况下，用示波器观察输出信号频率、波形。
（1）输入信号为Vi=30mV单频正弦波（f0=16.455MHz）；（2）输入信号为Vi=30mV受1KHz信号调制的30%标准调幅波（载频f0=16.455MHz）；3、本振信号幅度对混频器性能的影响在Ie=Ie(opt)情况下，输入信号为V1=30mV的单频正弦波，V1分别为100mV emf、1000mVemf时，并与2(1)的实验结果相比较；五、实验报告要求1、设计方案论证。
包括：电路形式的选取、参数的设计、估算、研究内容的完成情况；2、关于电路调测过程中方案修改的说明，并画出标有最终元件参数的实验电路；3、实验数据及研究内容的整理、分析；4、设计制作过程中遇到的主要问题及解决办法。
六、实验室可提供的元器件三极管：2N3904(NPN)七、参考资料1、董在望，陈雅琴等，《通信电路原理》(第二版)，高等教育出版社，2002年，p231-244。
混频器设计
4
4.2 4.4 4.6 4.8
Frequency (GHz)
输出端耦合度
200 100
0 -100
bridge phase
Ang(S[3,1]) (Deg) 3db bridge Ang(S[4,1]) (Deg) 3db bridge Ang(S[3,2]) (Deg) 3db bridge Ang(S[4,2]) (Deg) 3db bridge
1
-90
3
0
0
-90
2
4
端口特性测量
bridge Power Split
-3
-4 -5 -6 -7 -8
3
DB(|S[3,1]|) 3db bridge
DB(|S[4,1]|) 3db bridge
DB(|S[3,2]|) 3db bridge
DB(|S[4,2]|) 3db bridge
3.2 3.4 3.6 3.8
SUBCKT ID=S1
NET="LPF"
1
2
PORT P=3
Z=50 Ohm
SDIODE ID=SD2
AFAC=1
MSUB Er=4.2 H=0.5 mm T=0.005 mm
Rho=1 Tand=0.0003 ErNom=4.2 Name=SUB1
HB测试1（扫描LO功率）
❖ 创建原理图，命名为test
内容说明
❖ 设计一个90°平衡混频器，具体内容包括： ❖ 3dB分支桥定向耦合器设计 ❖ 低通滤波器电路设计 ❖ 输入、输出匹配电路设计 ❖ 混频器总电路特性测试：变频增益，隔离度，
IF输出功率，输出频谱，NF，IP3等。（分两类
情况测试：扫描LO功率，扫描LO频率。）
混频器设计开题报告
混频器设计开题报告混频器设计开题报告一、引言混频器（Mixer）是无线通信系统中重要的组成部分，用于将不同频率的信号进行混合，产生新的频率。
在现代通信系统中，混频器广泛应用于频谱分析仪、雷达、卫星通信等领域。
本开题报告旨在介绍混频器的设计原理和方法，探讨如何提高混频器的性能。
二、混频器的基本原理混频器是一种非线性电路，其基本原理是利用非线性元件的特性将两个或多个不同频率的信号进行混合，产生新的频率。
混频器通常由非线性元件、输入端口和输出端口组成。
三、混频器设计的挑战混频器设计面临着多个挑战，其中包括：1. 频率转换损耗：混频器在将不同频率的信号进行混合时，会引入一定的损耗。
设计师需要在平衡损耗和性能之间进行权衡。
2. 非线性失真：由于混频器是一种非线性电路，会引入非线性失真。
设计师需要采取措施来减小非线性失真对系统性能的影响。
3. 噪声：混频器在信号混合过程中会引入噪声。
设计师需要优化电路结构和参数，以降低噪声水平。
4. 带宽限制：混频器的带宽限制会影响其工作频率范围。
设计师需要综合考虑带宽和性能需求，进行合理的设计。
四、混频器设计的方法在混频器设计中，有多种方法可供选择，其中包括：1. 有源混频器：有源混频器采用放大器作为非线性元件，可以提供较高的增益和较低的噪声。
然而，有源混频器的功耗较高，对电源要求较高。
2. 无源混频器：无源混频器采用二极管或场效应晶体管等被动元件作为非线性元件，功耗较低。
但是，无源混频器的增益和噪声性能较有源混频器差。
3. 双平衡混频器：双平衡混频器通过使用两个非线性元件，可以抵消一部分非线性失真和噪声。
这种设计方法可以提高混频器的性能。
五、混频器设计的优化为了优化混频器的性能，设计师可以采取以下方法：1. 选择合适的非线性元件：不同的非线性元件具有不同的特性，设计师需要根据具体应用选择合适的非线性元件。
2. 优化电路结构：通过优化电路结构和参数，可以降低非线性失真和噪声水平，提高混频器的性能。
改进型的吉尔伯特混频器电路设计
改进型的吉尔伯特 混频器电路设计
XXXX
-
目录
Contents
01 标题标题标题标题
02 标题标题标题标题
03 标题标题标题标题
04 标题标题标题标题
1
引言
引言
混频器是无线通信系统中重要的组件之一，用于将 不同频率的信号进行混合，生成新的频率信号
本文将介绍一种改进型的吉尔伯特混频器电路设计， 旨在提高其性能
调整电容值：电容值的选择对混频器的性能有很大影响。通过合理选择和调整电容值 ，可以优化混频器的频率响应和端口隔离度
结论
优化电阻值：在改进型吉尔伯特 混频器中，新增的电阻值对线性 度和端口隔离度有重要影响。通 过调整电阻值，可以进一步优化
混频器的性能
优化电路布局：良好的电路布局 有助于提高电路的性能和稳定性。
在电路调试过程中，我们还需要 关注电路布局对性能的影响，并
对其进行优化
整体性能测试：在完成上述调试 步骤后，我们需要对混频器的整 体性能进行测试。这包括频率响 应、线性度、端口隔离度以及噪 声性能等
电磁兼容性(EMC)测试：混频器作 为一个高频器件，其电磁兼容性 对整个系统的性能有很大影响。 因此，我们需要对混频器进行电 磁兼容性测试，以确保其在整个 系统中的稳定工作
仿真测试结果表明，改进型吉尔伯特混频器的性能优于经典吉尔伯 特混频器
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3
该设计可为无线通信系统的混频器选择提供参考
结论
电路调试与优化
在电路设计完成后，我们需要进行实际的调试和优化。以下是几个关键的调试和优化步骤
测试二极管的工作点：首先，我们需要确保二极管在正确的电压和电流下工作。通过 调整电源电压和限流电阻，可以找到二极管的工作点
混频器的设计及仿真
选课时间段：周五3、4、5序号：实验报告课程名称：通信电路上机实验实验名称：混频器设计及仿真学生姓名：***学生学号：********实验日期：5月24日混频器的设计及仿真一、 设计要求及主要指标1、 LO 本振输入频率：1.45MHz ，RF 输入频率：1MHz ，IF 中频输出频率：450KHz 。
2、 LO 本振输入电压幅度：5V ，RF 输入电压幅度：0.5V 。
3、 混频器三个端口的阻抗为50Ω。
4、 本实验采用二极管环形混频器进行设计，二极管采用DIN4148。
二、 实验电路图三、实验波形图图12R 的输出电压ifV 波形图22R 两端电压IF V 的频谱图频谱图分析：由输出的频谱图可见，环形混频器的输出电压中主要的组合频率分量为：0.45MHZ ，2.45MHz ，3.35 MHz ，5.35 MHz ，6.24 MHz ，8.25 MHz ，9.15 MHz 等等。
其中0.45MHZ 为差频输出信号，2.45MHz 为和频输出信号。
图3 输入RF 信号电压in V 波形图图4 输入RF 信号电流in I 波形图由图2可知：输出的中频（0.45MHZ ）幅度为：mV V if 2.153=由图3，图4可知输入电压，电流的幅值分别为： mV V in 8.270=mA I in 47.4=通过以上数据求出混频器的混频增益为： dB A C 95.48.2702.153log20== 输出的中频功率为：mW R V P LIFIF 2347.0212==RF 信号的输入功率为： mW I V P in in in 60524.021==所以有混频器的混频损耗为： dB P P L IFinC 11.4log10== 对于RF 输入端可得到输入阻抗为： Ω==6.60ininin i V R表1 输入\输出电压及电流值通过MATLAB仿真我们可以得到输入、输出功率(dBm)的关系图，如图5所示。
混频器的设计及应用()
混频器的设计及应用一选题的意义混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频己调信号。
在解调过程中，接收的己调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。
特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM r 播接收机将己调幅信号535KHZ-—1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调48. 5M 一870M的图象信号要变成38MHZ的中频图象信号。
移动通信中一次中频和二次中频等。
在发射机中，为了提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。
用一个频率较低石英晶体振荡器做为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频，所以必须使用混频电路，又如电视差转机收发频道的转换，卫星通讯中上行、下行频率的变换等，都必须采用混频器。
由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。
二总体方案对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基木原理及混频跨导的计算方 法，三是应用电路分析。
混频电路的基本组成模型及主要技术特点:混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个 数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就 称为混频电路或变频电路。
混频电路的组成模型及频谱分析图a 是混频电路的组成模型，可以看出是由三部分基木单元电路 组成。
分别是相乘电路、木级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。
当为接收机混频电路时，其中us(t)是己调高频信号。
Ul(t)是等 幅的余弦型信号，而输出则是U i(t)为中频信号。
混频电路的基木原理："图2中，Us (t)为输入信号，Uc(t)为本振信号。
ui (t)输出信号。
选频网络 Uj(t)U.(t)U.(t) 图aUp(t)分析：当Us (t) =Usmcos V stuc(t)=Ucmcos V ct则 Up (t) =Us (t) *Uc (t)=U sm cos 巾• stUcm cos 巾 ct=Am cos 2 st*cos 巾 ct其中：Am=Usm*lJcm对上式进行三角函数的变换则有Up(tl=Am cos 巾 st*cos ct： 1 / 2Am [cos ( V c+ 巾 s) t+COS (⑪ c 一巾 s) t] 从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量和频为(Vc+its),差频为(巾c 一巾3。
模拟电路混频器设计
模拟电路混频器设计在模拟电路设计中，混频器是一个重要的组件，用于将不同频率的信号进行混合。
本文将介绍模拟电路混频器的设计原理和步骤，以及一些常见的混频器电路结构。
一、设计原理在模拟电路中，混频器是将两个或多个不同频率的信号进行非线性运算，产生新的频率组合的电路。
混频器广泛应用于无线通信系统、雷达系统、视频处理等领域。
混频器的主要原理是利用非线性元件（如二极管、晶体管）的非线性特性，将输入信号的频率进行线性非线性转换，产生输出信号。
在混频器中，输入信号通常有两路，分别为射频信号（RF）和本地振荡信号（LO）。
混频器的输出信号一般为中频信号（IF）。
根据输入和输出信号的频率关系，混频器可分为上变频和下变频两种。
二、设计步骤下面以单二极管环形混频器为例，介绍混频器的设计步骤。
1. 选择工作频率首先确定混频器的工作频率范围，根据具体需求选择射频和本地振荡信号的频率。
2. 确定器件参数根据所选的工作频率，选择合适的二极管。
常用的二极管有硅二极管和砷化镓二极管，其特性参数包括最大工作频率、截止频率、反向击穿电压等。
3. 绘制电路图根据混频器的电路结构，绘制混频器的电路图。
对于单二极管环形混频器，电路图包括二极管、匹配网络和偏置电源。
4. 设计匹配网络在混频器中，匹配网络的设计非常重要。
它主要用于确保输入输出的阻抗匹配，提高混频器的性能。
匹配网络的设计需要考虑负载阻抗、源阻抗、谐振频率等因素。
5. 确定偏置电源混频器中的二极管需要合适的偏置电源，以确保其处于合适的工作状态。
偏置电源的设计需考虑二极管的导通和截止状态。
6. 进行仿真和验证完成混频器的设计后，进行电路仿真和验证。
利用电路仿真软件，验证混频器的性能指标，如增益、带宽等。
三、常见的混频器电路结构除了单二极管环形混频器，常见的混频器电路结构还包括平衡混频器、同步混频器、开关混频器等。
每种电路结构都有其特点和适用范围。
平衡混频器采用互补输入电路，可以大大降低非线性失真，适用于高要求的应用场景。
混频器设计开题报告
混频器设计开题报告一、引言混频器是现代通信系统中至关重要的一个组成部分，主要用于将不同频率的信号进行混合处理，以便实现带宽利用、信号处理等功能。
本文旨在介绍混频器设计的相关背景、研究目的、方法及预期结果。
二、研究背景在通信系统中，混频器扮演着频率转换的关键角色。
传统的混频器设计往往受到元件参数限制、功耗以及性能指标的影响，因此，研究新的混频器设计方法具有重要意义。
目前，混频器设计中常用的技术包括被动混频器、主动混频器和混频器阵列等。
其中，主动混频器由于其高度可控性和适应性而受到广泛关注。
本研究将聚焦于主动混频器的设计与优化，以提升其性能和指标。
三、研究目的本研究的主要目的是设计一种新型的主动混频器，通过优化参数以提高其性能和指标。
具体目标如下：1.提高混频器的转换增益，以实现更好的信号处理能力；2.降低混频器的功耗，以节省能源并延长电池寿命；3.减小混频器的尺寸和重量，以便于集成和应用于微型通信设备；4.提高混频器的抗干扰能力，以确保通信质量。
四、研究方法本研究将采用以下方法来实现混频器的设计与优化：1.了解现有的混频器设计理论和方法，包括混频器的架构、元件选择和参数控制等；2.建立混频器的数学模型，分析混频器的工作原理和性能表现；3.进行混频器的仿真实验，通过调整参数和结构来优化性能；4.进行实际混频器的制作和测试，验证仿真结果的准确性。
五、预期结果本研究的预期结果如下：1.实现混频器的转换增益提升，使其具备更好的信号处理能力；2.降低混频器的功耗，实现能源节约和电池寿命延长；3.减小混频器的尺寸和重量，提高其集成度和便携性；4.提高混频器的抗干扰能力，保证通信质量和可靠性。
六、论文结构本论文的结构安排如下：1.引言：介绍混频器设计的背景和研究目的；2.研究背景：概述混频器在通信系统中的重要性；3.研究方法：详细说明混频器设计和优化的具体方法；4.预期结果：阐述本研究的预期成果和影响；5.结论：总结本研究的核心内容和未来工作展望。
混频器设计
三、动态 范围 (dòngtài)
11
（2）动态范围的上限受输出中频 功率饱和所限。通常是指1dB压缩
点的微波输入信号功率Pmax，也有 的产品给出的是1dB压缩点输 出中频功率。二者差值是变频损
耗。本振功率增加时，1dB压缩点 值也随之增加。平衡(pínghéng)混频 器由2支混频管组成，原则上1dB 压缩点功率比单管混频器时大3dB。 对于同样结构的混频器，1dB
F0 m tm Fif 1
式中 Fif——中频放大器噪声系数；m——混频器变频损耗；tm——混频 器等效噪声温度比。
tm 值主要由混频器性能决定，也和电路端接负载有关。tm 的范围大约 是
厘米波段 tm = 1.1~1.2 毫米波段 tm = 1.2~1.5 在厘米波段，由于 tm 1，所以可粗估整机噪声是
式时中，系P统no—传—输-当到系输统出输端F入的端总噪PP噪nn声os 声温资度用在所功有率频；率上都是标（准9温-1度）T0 = 290K
Pns——仅由有用信号输入所产生(chǎnshēng)的那一部分输出的噪声资用功率。 根据混频器具体用途不同，噪声系数有两种。
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一、噪声系数和等效(děnɡ 噪声温 xiào) 度比
图9-4 混频器动态范围
压缩点取决于本振功率大小和二极管特性。一般平衡混频器动态 (dòngtài)范围的上限为2~10dBm。
混频器动态范围曲线如图9-4所示。
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四、双频三阶(sān jiē)交调与线性度 12
如果有两个频率相近的微波信号s1、s2 和本振p 一起输入列混频器，这
时将有很多组合谐波频率，其中p ns1 ms2 称双频交调分量。定义
功率，它等于 kT0f／m。因此可得单边带噪声系数是
混频器的设计及应用()
混频器的设计及应用一选题的意义混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。
在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。
特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM 广播接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调48．5M一870M 的图象信号要变成38MHZ的中频图象信号。
移动通信中一次中频和二次中频等。
在发射机中，为了提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。
用一个频率较低石英晶体振荡器做为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频，所以必须使用混频电路，又如电视差转机收发频道的转换，卫星通讯中上行、下行频率的变换等，都必须采用混频器。
由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。
二总体方案对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法，三是应用电路分析。
混频电路的基本组成模型及主要技术特点：混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。
混频电路的组成模型及频谱分析图a是混频电路的组成模型，可以看出是由三部分基本单元电路组成。
分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。
当为接收机混频电路时，其中us(t)是已调高频信号。
U1(t)是等幅的余弦型信号，而输出则是U i(t)为中频信号。
混频电路的基本原理：^ 图2中，Us(t)为输入信号，Uc(t)为本振信号。
ui(t)输出信号。
分析：当Us(t)=Usmcosψs tuc(t)=Ucmcosψc t则Up(t)=Us(t)*Uc(t)= U sm cosψ·stUcm cosψct= Am cosψst*cosψct其中：Am=Usm*Ucm对上式进行三角函数的变换则有Up(t1=Am cosψs t*cosψc t：l／2Am [cos(ψc+ψs)t+COS(ψc一ψs)t] 从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量和频为(ψc+ψS)，差频为(ψC 一ψS)。
混频器电路设计
混频器电路设计
混频器是一种用于将不同频率的信号合成为一个复合信号的电路。
它在通信、广播、雷达、无线电和音频设备中得到广泛应用。
在本文中，我们将介绍混频器电路的设计和实现。
混频器电路是由两个输入端口和一个输出端口组成的。
其中一个输入端口用于输入高频信号，另一个输入端口用于输入低频信号。
输出端口则输出了这两个信号的混合信号。
混频器电路的核心是非线性器件，它可以将两个输入信号相乘并产生一个输出信号。
这个输出信号包含了原始信号的和、差和乘积。
混频器电路有许多不同的类型，包括同轴、波导、微带和集成混频器。
其中，微带混频器是最流行的类型之一。
微带混频器使用基于微带线的电路板，它可以实现小型化、高集成度和低功耗。
微带混频器的主要缺点是较高的噪声和较低的线性度。
设计混频器电路需要考虑许多因素，包括输入和输出阻抗、混频器的增益、噪声和线性度。
为了获得更好的性能，可以采用一些技巧，例如使用匹配网络来提高输入和输出阻抗。
此外，还可以添加滤波器以减少噪声和提高线性度。
在实现混频器电路时，通常使用集成电路。
集成混频器通常包含多个非线性器件，使其具有更高的线性度和更低的噪声。
但集成混频
器的缺点是成本较高和设计难度较大。
混频器电路是一种常用的电路，在通信、广播、雷达、无线电和音频设备中得到广泛应用。
设计混频器电路需要考虑许多因素，包括输入和输出阻抗、混频器的增益、噪声和线性度。
在实现混频器电路时，可以使用集成电路来获得更好的性能。
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。
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混频器设计简介无线收发机射频前端在本质上主要完成频率变换的功能，接收机射频前端将接收到的射频信号装换成基带信号，而发射机射频前端将要发射的基带信号转换成射频信号，频率转换功能就是由混频器完成的。
本文设计应用于无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）的混频器，无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。
这就要求所设计的混频器具有很低的功耗。
同时，混频器是一种非线性电路，是接收机中输入射频信号最强的模块，这就对混频器的线性度提出了严格的要求。
而混频过程通常会引入很大的噪声，考虑到LNA 的增益有限，混频器噪声也是要考虑的关键指标。
由于所设计的接收机采用的是低中频的结构，中频频率只有2MHz，所以混频器的隔离度也是关键的指标。
结构选择及原理分析结构选择本接收机采用的结构为低中频结构，中频频率只有2MHz，LO 信号泄漏到RF 端口可能造成自混频及信号阻塞等问题。
LO 信号泄漏到IF 端口，会对中频信号形成阻塞，同时LO 的噪声也将提高整体的噪声系数。
而RF 信号馈通到LO端会造成自混频现象。
双平衡的吉尔伯特混频器具有很好的隔离度，故本设计采用该结构。
本设计中频频率很低，开关对噪声（包括热噪声和1/ 噪声）是限制混频器噪声性能的主要因素，可以在不影响驱动级偏置电流的情况下减小流过开关对的偏置电流来减小混频器的噪声系数。
可以通过在开关对的源极注入一个固定的偏置电流来实现。
线性度是混频器的一个重要指标，通常可以采用在驱动级晶体管的源极串一个无源元件形成串联反馈来提高驱动级的线性度。
电阻作源简并元件会引入热噪声，而电阻本身会产生压降。
电感和电容作源简并元件不会引入额外的噪声，而且对高频谐波成分和交调成分具有一定的抑制作用。
因此通常选择电感作为源简并元件。
但是本设计并没有采用结构，考虑到本设计的偏置电流很低，转换增益低，源简并技术将进一步降低转换增益，同时电感占用很大的芯片面积，不利于降低成本，故不可采用。
根据Zigbee 协议，WSN 接受信号范围为-85 -20dBm,为了达到系统的线性度的要求，可以在低噪放级采用可调结构，这样使输入混频器的最大信号为-20dBm，降低了对混频器线性度的要求，有助于降低整个系统的功耗，但增加了LNA 的设计难度。
混频器的负载通常有三种形式：电阻作负载、晶体管作负载和LC 并联谐振电路作负载。
晶体管作负载会引入非线性，而LC 并联谐振电路作负载虽具有很多的优势，但电感占用的芯片面积很大，不宜采用。
电阻作负载不会引入非线性，同时具有很宽的带宽，但电阻上会引入直流压降，为了不使开关对和驱动级中的晶体管离开饱和区，电阻的取值不能太大，考虑到转换增益，电阻的取值将需要特别注意。
而且这种负载不具有滤波的特性，因此不能衰减混频过程中产生的毛刺以及LO-IF、RF-IF 馈通成分。
所以，本设计采用一个电容与电阻并联组成一个低通滤波网络来滤除高频成分。
综上所述，本设计所采用的结构如图4.1 所示。
IF-原理分析如果本征信号足够强，可以认为开关对为理想开关，则双平衡混频器的输出 电流为：s LO s B LO s B LO i t w i I t w i I t w I )]sgn[cos(2))](sgn[cos())](sgn[cos(0=--+= 其中，)]sgn[cos(t w LO 是一个幅度为 1、频率为LO w 的方波信号。
{)cos(,10)cos(,1)]sgn[cos(<->=t w t w LO LO LO t w将方波信号进行傅里叶变换，可得：)cos()]sgn[cos(1t kw A t w LO k k LO ∑∞==，其中4)2sin(ππk k A k =对于跨导，其输出电流为：)cos(2t w V g i RF RF m s =因此双平衡混频器的输出电流为 ：])cos()[cos(42sin 10t w kw t w kw k k V g I RF LO RF LO k RF m -++=∑∞=ππ该输出电流经负载转换为电压信号或者功率信号。
由于采用线性负载，因此双平衡混频器的输出仅由 的各次谐波与输入射频信号的和频和差频成分组成。
当本征信号足够强时，双平衡混频器的转换电压增益为：L m R g G π2v =其中，L R 为负载的阻抗值。
可见，即使开关对为理想开关，混频过程还是会引入π2的损耗。
如果把开关对看成是理想的，则双平衡混频器的单边带噪声因子近似为：]1)(21[422SmLm m SSB R g R g rg F +++=γπ其中，m g 为跨导级晶体管的跨导，r 为对应的小信号输出电阻。
电路建模仿真环境、采用工艺以及仿真项目采用的仿真平台为 Cadence-Spectre ，采用的工艺库为 TSMC-0.18 m RFCMOS 工艺，仿真项目为转换增益 G 、噪声系数 NF 、输入 1dB 压缩点以及输 入三阶截点 IIP3。
电路结构及参数所设计的混频器电路图如图 4.1 所示，各 MOS 管和无源器件参数如表 4.1、 4.2、4.3 所示。
图 4.1 混频器电路图表 4.1 MOS 管参数混频器测试平台混频器测试平台如图4.2 所示。
图 4.2 混频器测试平台仿真项目及结果仿真设置（1）射频、本征、中频输出端的变压器设置如图 4.3(a)(b)(c)所示。
（a）射频端变压器设置（b）本征端变压器设置（c）中频端变压器设置（2）电容C0，C1，C2，C3的设置如下。
（3）电源电压设置如表 4.4 所示。
电源电压Vcc 1.8V尾流偏置Vb 0.65V射频偏置Vb_RF 0.9V本征偏置Vb_LO 1.0V注：为简化电路结构，开关对源极注入电流源偏置电压和本征偏置电压相同仿真结果（1）变频增益对本振功率的仿真该仿真主要通过pss+pac 的仿真方法实现。
其中pss 主要是作本振大信号的周期稳态分析，可以在时变工作点上线性化电路。
pac 则是在pss 仿真后，作的小信号分析。
此处，射频端口设置为50Ω的电阻，dc type。
PAC magnitude 设置为1V。
中频输出端口设置为1MΩ，dc type，中频输出端口的设置在以后的仿真中保持不变。
RF端口设置如图4.4所示。
pss 仿真和pac 仿真的参数设置如图4.5和4.6所示。
其中，plo（单位dBm）为本征的功率值。
仿真结果如图 4.7 所示。
图4.4 RF端口设置图4.5 PSS仿真参数设置图4.6 PAC 仿真参数设置图4.7 射频信号为2.4GHz 时变频增益对本振功率的扫描曲线从仿真结果可以看到，在本振功率为-1dBm 的情况下，转换增益最大，但是考虑到该本振信号是由频率综合器提供的，综合考虑本振的功率设定在-5dBm。
（2）变频增益的仿真RF 端口设置与上面设置相同，而本征端口设置为2.402GHz,-5dBm。
仿真方法依旧是采用pss+pac，只是在pss 中不作参数的扫描，PAC 设置如图4.8所示。
图 4.8 PAC 仿真器设置得到的转换增益曲线如图4.9所示，横轴为输出信号的频率。
图 4.9 转换增益曲线从仿真的曲线可以看到，在单个信道中转换增益约为17.98dB。
（3）噪声系数的仿真同上面的仿真相似，需将RF端口PAC magnitude 1V改设置为PAC magnitude （dBm）为-30。
仿真使用pss+pnoise 仿真，其中pss 的仿真设置同上，图 4.10给出pnoise 的仿真设置。
其中输出选择PORT2，即中频信号输出端口。
输入选择PORT0，即射频信号输入端口。
图 4.10 pnoise 仿真器设置仿真结果如图4.11 所示。
从图中可以看出，在中频为2MHz 时噪声系数约为13.8dB。
图 4.11 pnoise 仿真结果（4）输入1dB 压缩点和IIP3 的仿真仿输入1dB 压缩点采用PSS 仿真，RF 端口设置如图 4.12 所示.图 4.12 RF 端口设置PSS 设置如图4.13 所示。
图 4.13 PSS 仿真器设置得到输入1dB 压缩点曲线如图 4.14 所示。
图 4.14 输入1dB 压缩点曲线仿IIP3 时，RF 端口设置如图 4.15 所示。
图 4.15 仿IIP3的RF 端口设置LO端口设置如图4.16所示。
图4.16 仿IIP3的LO端口设置PAC 设置如图4.17 所示。
图 4.17 PAC 仿真器设置PSS设置如图4.18所示。
图 4.18 PSS 仿真器设置仿真环境的具体设置如下图4.19所示。
图4.19 仿真环境的具体设置得到的IIP3 曲线如图4.20 所示。
图 4.20 IIP3 曲线结果分析仿真结果如表4.5 所示表 4.5 仿真结果技术指标前仿结果电源电压 1.8 V 输入射频频率（RF） 2.4~2.4835 GHz输出中频频率（IF） 2 MHz本设计中IF 为2MHz，频率较低，开关对的1/f 噪声对这个混频器噪声影响不能忽略，所以加入了开关对源极电流源注入以减小噪声系数。
另一方面，由于流过跨导管的电流小，跨导管的噪声增大，导致混频器的噪声增大。
综合这两方面，需合理选择工作电流以及注入的电流值，以优化噪声系数。
从仿真的结果可以看出，噪声系数非理想，但完全可以满足WSN 的应用。
由于WSN是低功耗应用，所以这个设计的核心是在满足整个系统的指标下，尽可能的降低系统的功耗。
混频器的尾电流影响噪声、转换增益、线性度以及芯片面积，需折中考虑。
本设计中核心工作电流约为0.39mA，本征功率为-5dBm，对减小整个系统的功耗有很大的贡献。