混频器设计

设计题目：混频器设计

摘要

混频器是微波集成电路接收系统中必不可少的部件。不论是微波通信、雷达、遥控、遥感、还是侦察与电子对抗，以及许多微波测量系统，都必须把微波信号用混频器降到中低频来进行处理。调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。目前它广泛的用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的混频器电子电路。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。通过后续的电路仿真和部分电路的调试，可以证明本课题的电路基本成熟，基本能完成语音信号的电压放大、频率调制和功率放大，达到发射距离的要求。发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。所以末级高频功率放大级则成为受调放大器。近年来,移动通信技术得到迅猛发展,在社会生活中扮演着越来越重要的角色。混频器是射频前端电路中实现频谱搬移的器件,是十分重要的模块。每个移动通信系统都要用到一个以上的混频器,其性能直接影响整个系统的性能。

社会发展到今天，现代化的通讯工具在我们的生活中显得越来越重要。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。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。

目录

一、设计任务与要求 (1)

1.1 设计任务 (1)

1.2 设计要求 (1)

二、总体方案 (1)

三、设计内容 (3)

3.1 混频器的组成框图及工作原理 (3)

3.1.1 乘法器的设计和原理 (4)

3.1.2 本振源的设计 (5)

3.1.3 带通滤原理 (7)

3.1.4 三极管混频器的电路组态及其优缺点分析 (8)

3.2 参数选择 (8)

3.2.1混频跨导 (8)

3.2.2 混频增益 (9)

3.2.3 选择性 (10)

3.2.4 噪声系数 (10)

3.2.5 失真和干扰 (10)

3.3 仿真结果与分析 (11)

四、总结 (14)

五、参考文献 (15)

一、设计任务与要求

1.1 设计任务

熟悉高频电子课程，锻炼自己设计电路，掌握混频器的一些知识。

1.2 设计要求

设计能够实现输入信号频率范围：535~1605kHz，输出频率465kHz的混频器。

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（1）

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）

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)=Usmcosψst

uc(t)=Ucmcosψct

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(t)=Am cosψst*cosψ

Uc(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)。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为：

Ui(t)=1／2Amcos[ψc+ψs ]t．

若选频网络是理想下边带滤波器则输出：

Ui(t)=1／2Amcos[ψc一ψs]t

工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有ψc >>ψS．往往混频器的选频网络为下边带滤波器，则输出为差频信号，Ui(t)= 1／2Amcos[ψc一ψS]t为接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标是混频跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。混频器电路如图3所示。

图（3）

三、设计内容

3.1混频器的组成框图及工作原理

变频（混频）是指将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波,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。本机振荡器用来提供本振信号频率fL 。

图（4）晶体管混频器的组成框图

图（4）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。