二极管双平衡混频器
二极管混频器
RL
RL
+ vi/2 + vi/2 -
Tr2 i
本页完 继续
二
极
二极管平衡混频器生成的新频率成分
管
混
频
D1
器
rd + vi/2 + vi/2 -
一、二极管平衡混频器
+
i1 RL vs/2 信号电压 vs=Vsmcosωst 本振电压 v0=V0mcosω0t + + v 由结果知，二极管混 0 vs/2 i2 RL S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t 频器亦能生成差频，再 - (2/3π)cos3ω0t D 2 rd 通过滤波电路可将其取 +(2/5π)cos5ω0t+…… 出。 等效电路 i1和i2经变压器Tr2相互感应后 输出的总电流i为 1 1 S(t)V cosω t = ——— i=i1-i2 = ———vsS(t) sm s rd+RL rd+RL (1/2)+(2/π)cosω0t-(2/3π)cos3ω0t+(2/5π)cos5ω0t+… Vsmcosωst i= —————————————————————— · rd+RL 把上式中的cosωst与cosω0t、cos3ω0t、cos5ω0t…各项相乘后再 展开整理，可得出总电流中生成了新的频率分量，分别为 ωs，ω0ωs，3ω0 ωs ，5ω0 ωs，…… 本页完 继续
二
极
vo<0时D1D3截止， D2D4导通分析
管
混
频
D1
器
T
二、二极管环形混频器
Tr1 r2 二极管环形混频器就是在 - + + + 二极管平衡混频器的基础上 - D2 vs + 增加了两个反向连接的二极 D4 管。在分析过程中可以利用 + 二极管平衡混频器的结论。 + D 3 二极管环形混频器与二极 + - v + 管平衡混频器的区别为： 0 环形混频器电原理图 v0>0时，D1、 D3 导通， D2、 D4截止； 在二极管平衡混频器的输出信 v0<0时，D1、 D3 截止， D2、 号中，仍包含有 ωs 这个频率， ωs D4导通。 与 (ω0-ωs) 比较接近，容易对 (ω0区别：即在本振电压v0的 ωs)产生干扰，为了消除ωs，可使 正、负半周中，都有二极管 用二极管环形混频器。 导通，都产生电流。 本页完 继续
二极管混频器
《 高 频 电 子 线 T 4 4 4(1) n1 cos30t cos(2n 1)0t 路 S (t ) S (t ) cos0t 2 3 (2n 1) 》 （ 第 1 T 四 i i 'i ' ' [ S (t ) S (t )]v s 版 rd RL 2 ） 张 肃 提供混频增益的同时，进一步减小输入信号频率 文 主 编 成分。 高 等 教 育 出 版 社
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
4.7.1
4.7.2
二极管平衡混频器
二极管环形混频器
（双平衡混频器）
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
图 4.7.1 二极管平衡混频器
如果V0m> Vsm ,
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
图 4.7.3 在本振电压正半周的环形混频器
1 i ' i1 i3 S (t )v s rd RL
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
图 4.7.4
在本振电压负半周的环形混频器
1 T i '' i4 i2 S (t )v s rd RL 2
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 1 T 等 i i 'i ' ' [ S (t ) S (t )]v s 教 rd RL 2 育 T 4 4 4(1) n1 出 版 S (t ) S (t 2 ) cos0t 3 cos30t (2n 1) cos(2n 1)0t 社
二极管双平衡混频器实验报告
二极管双平衡混频器实验报告一、实验目的本实验旨在通过搭建二极管双平衡混频器电路，了解其工作原理、性能参数及其应用领域。
二、实验原理1. 二极管双平衡混频器的基本原理二极管双平衡混频器是一种基于非线性元件（如二极管）的混频器，它的基本原理是将两个信号输入到电路中，通过非线性元件将两个信号混合在一起，并产生新的频率分量。
其中一个输入信号为本振信号，另一个为射频信号，输出为中频信号。
2. 二极管双平衡混频器的电路图及工作原理二极管双平衡混频器由四个二极管、两个变压器和若干电容等组成。
其中两个二极管构成反向并联的对称结构，另外两个构成正向并联的对称结构。
输入信号经过变压器耦合到正向并联结构中，在此处与本振信号相乘后通过反向并联结构进行滤波和放大，输出中间频率信号。
3. 二极管双平衡混频器的特点（1）具有较高的转换增益，可达10-15dB。
（2）具有较高的线性度和相位平衡度。
（3）适用于宽带、低噪声和高灵敏度的射频接收机。
三、实验器材示波器、信号源、直流电源、二极管、变压器、电容等。
四、实验步骤1. 按照电路图连接电路，并检查连接是否正确。
2. 打开示波器和信号源，调节信号源输出频率为10MHz，幅度为0dBm。
3. 调节本振信号发生器输出频率为10.5MHz，幅度为0dBm，并将其输入到电路中。
4. 调节示波器参数，观察中频信号波形并记录其频率和幅度。
5. 改变本振信号发生器输出频率并记录中频信号的变化情况。
五、实验结果与分析1. 实验结果在本次实验中，我们成功地搭建了二极管双平衡混频器电路，并通过调节本振信号发生器的输出频率和幅度观察到了中频信号的波形。
在本振信号发生器输出10.5MHz时，我们观察到了中频信号的频率为500kHz左右，幅度约为-10dBm。
2. 结果分析通过实验结果我们可以看出，二极管双平衡混频器电路具有较高的转换增益和较高的线性度，能够将输入信号混合产生中频信号。
在本实验中，我们成功地观察到了中频信号的波形，并记录了其频率和幅度。
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。
第六章混频器3
−vLO +vD1 −vRF +vIF = 0
二极管 D1 两端电压：
1:1
vD1 = vLO −vIF +vRF
同理可得：
vD2 = vLO + vIF − vRF
vD1 = vLO −vIF +vRF
vD3 = −vLO − vIF − vRF vD4 = −vLO + vIF + vRF
v LO (t ) 正半周：
= g D S1 (ω LO t ) ⋅ vLO (t ) + g D S1 (ω LO t ) ⋅ vRF (t )
线性时变状态：①大信号---静态工作点时变---跨导时变 ②小信号---线性特性
i D = I 0 (t ) + g (t ) ⋅ v RF (t )
时变静态电流：
I 0 (t ) = g D S1 (ω LO t )v LO (t )
6.57 6.89 6.62 6.57
40 40 40 40
40 35 40 40
10-1000 DC-1000 5-500 5-500 DC-500 DC-500
本振功率：+23dBm
射频最大：+15dBm
Mini-Circuits
6.3.2 无源场效应管混频器（或场效应管电组混频器） 优点：线性好、噪声小 电路特点 ① 栅极直流偏置 VGG ≈ vGS (th ) 本振信号加载栅极，即 vGS = vLO (t ) ② 漏极无直流偏置电压， 由电感提供直流通路， 静态时 vDS = 0 ---无源混频器 射频信号加在漏极，即 vDS = vRF (t ) ③ 中频由源极输出，源极回路谐振于 ω IF 漏极回路谐振于 ω RF
双平衡二极管混频器的分析与设计【文献综述】
文献综述电子信息工程双平衡二极管混频器的分析与设计混频器应用于移动通信和微波通信以及各种高精度的微波测量系统中的前端电路，是射频系统中的一个关键部分，其性能的好坏直接影响到整个系统的性能。
本文打算采用ADS软件设计了一个双平衡二极管混频器。
最后通过仿真得到了二极管双平衡混频器的三阶交调等参数。
介绍了混频器的发展状况、混频二极管以及利用它们来实现混频的优缺点。
给出了混频器相关的概念和指标，还有各种不同结构的混频器电路及其指标的差异。
探讨了二极管环形混频电路的工作原理，通过分析和计算，得出最终输出电流的组合频率分量。
按采用的非线性器件不同，常用的混频器有三极管混频器、二极管混频器和集成模拟乘法器构成的混频器，此外，还有采用变容二极管等非线性元器件构成的混频器。
其中，二极管混频器主要应用于工作频率较高的无线电超外差式接收机(如米波段及微波接收机)或仪器中。
其优点是电路结构简单，噪声低，工作频段宽，组合频率少。
它的电路形式有单管式、平衡式及环形式(也称为双平衡式)等。
混频器已被广泛应用于移动通信，微波通信，以及各种高精密微波前端电路测试系统，射频系统是其性能的关键部分，直接影响到整个系统的性能。
通信工程和无线电技术，被广泛用于调制系统中，输入基带信号，通过转换进入高频率的调制信号。
在解调过程中，收到的信号调制高频频率也将受到相应的中频信号转换。
特别是在超外差接收器，混频器被广泛使用，如AM广播接收器将有一个535KHz调幅信号，可用1000Hz的本振将其变频为465KHz的中频信号。
在为了提高发射机的发射频率，多级发射器的稳定性。
以较低的频率作为主振荡器晶体振荡器，产生一个非常稳定的高频主振信号，然后通过加，减，乘，除法运算转化成无线电频率，所以必须使用混频器电路，如转让发送和接收频道的电视转换，卫星通信上行，下行频率转换等，必须使用混频器。
因此，混频器电路是电子技术和无线电专业应用必须掌握的关键电路。
GaAs单片二极管双平衡混频器
GaAs单片二极管双平衡混频器陈坤;彭龙新;李建平【摘要】采用0.25μm的GaAs工艺制作了一款单片二极管双平衡混频器.基于环形二极管双平衡混频器的基本工作原理,提出了LO巴伦与RF巴伦的区别所在,并以Marchand巴伦为LO巴伦,以trjformer巴伦作为RF巴伦.在优化了局部电路后,再与环形二极管组成整体电路,并对整体电路进行了优化.最后对版图进行EM仿真,并稍作调整以改善EM仿真结果.当本振功率在13dBm时,实测得转换损耗在低本振和高本振下约为11.5dB和10.5dB,LO端口到IF端口和RF端口隔离度分别为30dB和35dB,LO端1∶7和RF端口驻波分别小于2和3.5,实测结果与仿真结果基本一致.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2010(010)009【总页数】3页(P31-33)【关键词】双平衡混频器;环形二极管;巴伦;微波单片集成电路;转换损耗【作者】陈坤;彭龙新;李建平【作者单位】南京电子器件研究所,南京,210016;单片集成电路与模块国家重点实验室,南京,210016;南京电子器件研究所,南京,210016;南京电子器件研究所,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TN773.2双平衡混频器理论上能够有效地抑制寄生混频产物，各端口之间也有很好的隔离，是混频器设计的优选结构[3，5，6]。
其中，二极管环形双平衡混频器的结构相对简单，易于实现，关键在于设计具有良好性能的巴伦。
在混频器设计中，一般认为本振（LO）信号幅度远大于射频（RF）信号幅度，二极管的导通与截止完全取决于LO信号。
所以，从时域角度考虑，LO巴伦处于支配地位，可以使用一般形式的Marchand巴伦[1，2]实现；RF巴伦则处于被支配地位，RF巴伦可由triformer巴伦[4]实现。
由于二极管阻抗的非线性，不一定匹配于参考阻抗Z0，故仍需要对整体电路加以优化和调整。
以优化后的参数绘制版图，并对版图进行EM仿真，最后采用0.25 μm的GaAs工艺制作了电路。
GaAs单片二极管双平衡混频器
第１ ， ９期 ０卷 第
Ｖｏ１ １ ０
．
电
子
与
封
装
．
ＮＯ ９
．
ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩ ＣＳ ＆ ＰＡＣＫＡＧ１ ＮＧ
总 第８ ９期 ２１ ０ ０年 ９月
电 ． 设 计 路
Ｇａ 单 片二极 管双 平衡 混频器 Ａｓ
陈 坤 ，彭龙新 ，李建平
（． １ 单片集成 电路与模块 国家 重点实验室 ，南京 ２ ０ １ ；２南京 电子器件研 究所 ，南京 ２ ０ １ ） １０６ ． １ ０ ６
摘
要 ：采用 ０２ ．５“ｍ 的 Ｇ Ａｓ 艺制作 了一款 单 片二极 管双平衡 混频 器。基于环 形二极 管双平衡 ａ 工
混频 器的基本工作原理 ，提 出 了Ｌ 巴伦与 Ｒ ０ Ｆ巴伦的 区别所在 ，并 以Ｍａｃａ ｄ巴伦为 Ｌ 巴伦 ，以 ｒｈ ｎ Ｏ ｔｉ ｒ ｒ巴伦作 为 Ｒ ｒｆ ｍｅ ｏ Ｆ巴伦 。在优 化 了局部 电路 后 ，再 与环形二 极 管组成 整体 电路 ，并对整体 电路 进 行 了优化。最后 对版 图进行 Ｅ 仿真 ，并稍 作调整 以改善 Ｅ 仿真结果 。 当本振功率在 １ｄ ｍ 时 ， Ｍ Ｍ ３Ｂ 实测得转换 损耗在低 本振和 高本振 下 约为 １ ．ｄ ５ Ｂ和 １ ．ｄ １ ０５ Ｂ，Ｌ Ｏ端 口到 Ｉ Ｆ端 １和 Ｒ ： ７ Ｆ端 口隔 离度 分
ｓ ｌ ｅ Ｍ ｏｓＳ ｍ ｄ ｓ ｎ ｉｅｅｕｅ ｅ ａｏ ｔｏ ｍ ｒｖ ｅ ｅ ｏ ａｃｓＴ ｅ ａｕｅ ｉ ａ ｄ ｙＥ ｔ ｌ ｏ ｅ ｊ ｔ ｔｓ ｘ ｃｔ ｏ ｔ ｙ ｕ ｔ ｉ ｐｏ ｅｈ ｒ ｒ ｎｅ． ｈ ｓｒｄ ｍｕ ｔ ｂ ｏ ． ａ ｕ ｍｅ ｄ ｎｈ ｌ ｔ ｐ ｆｍ ｍｅ
二极管双平衡混频器
二极管双平衡混频器高频电子实验报告实验名称：二极管双平衡混频器实验目的：1、掌握二极管双平衡混频器频率变换的物理过程。
2、掌握晶体管混频器频率变换的物理过程和本振电压V0和工作电流Ie对中频转出电压大小的影响。
3、掌握集成模拟乘法器实现的平衡混频器频率变换的物理过程。
4、比较上述三种混频器对输入信号幅度与本振电压幅度的要求。
实验仪器：1、1号板1块2、6号板1块3、3 号板1块4、7 号板1块5、双踪示波器1台实验原理：1. 二极管双平衡混频原理图3-1 二极管双平衡混频器二极管双平衡混频器的电路图示见图3-1。
图中V S 为输入信号电压，V L 为本机振荡电压。
在负载R L 上产生差频和合频，还夹杂有一些其它频率的无用产物，再接上一个滤波器（图中未画出）二极管双平衡混频器的最大特点是工作频率极高，可达微波波段，由于二极管双平衡混频器工作于很高的频段。
图3-1 中的变压器一般为传输线变压器。
二极管双平衡混频器的基本工作原理是利用二极管伏安特性的非线性。
众所周知，二极管的伏安特性为指数律，用幂级数展开为当加到二极管两端的电压v 为输入信号V S 和本振电压V L 之和时，V2 项产生差频与和频。
其它项产生不需要的频率分量。
由于上式中u 的阶次越高，系数越小。
因此，对差频与和频构成干扰最严重的是v 的一次方项（因其系数比v2 项大一倍）产生的输入信号频率分量和本振频率分量。
用两个二极管构成双平衡混频器和用单个二极管实现混频相比，前者能有效的抑制无用产物。
双平衡混频器的输出仅包含（pωL±ωS）（p 为奇数）的组合频率分量，而抵消了ωL、ω C 以及p 为偶数（pωL±ωS）众多组合频率分量。
下面我们直观的从物理方面简要说明双平衡混频器的工作原理及其对频率为ωL 及ωS 的抑制作用。
在实际电路中，本振信号V L 远大于输入信号V S。
在V S 变化范围内，二极管的导通与否，完全取决于V L。
带直流偏置的二极管双平衡混频器[实用新型专利]
![带直流偏置的二极管双平衡混频器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9fc6af3102d8ce2f0066f5335a8102d276a261d3.png)
[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 201113924Y [45]授权公告日2008年9月10日专利号 ZL 200720080566.5[22]申请日2007.08.06[21]申请号200720080566.5[73]专利权人成都宏明电子股份有限公司地址610021四川省成都市新鸿路331号附5号[72]设计人章锦泰 [74]专利代理机构成都博通专利事务所代理人陈树明[51]Int.CI.H03D 7/14 (2006.01)权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页[54]实用新型名称带直流偏置的二极管双平衡混频器[57]摘要本实用新型公开了一种带直流偏置的二极管双平衡混频器，它的桥式混频单元(D)中的相对的两只混频管(D1、D3)的正极串接入偏置隔直电容(C1、C2)，且在该混频管(D1、D3)的正极与串入的偏置隔直电容(C1、C2)之间通过扼流圈(L1、L2)接入直流偏置电压源(VC)；第二平衡－不平衡转换器(B2)的输出绕组与桥式混频单元(D)的输出端(2、4)之间分别串接有隔直电容(C3、C4)。
该二极管双平衡混频器动态范围大，本振功率低，系统相位噪声小，输出误码率低，且电路简单、成本低廉、便于批量生产。
200720080566.5权 利 要 求 书第1/1页 1、一种带直流偏置的二极管双平衡混频器，第一平衡-不平衡转换器(B1)的输入绕组接射频信号(RF)，其输出绕组的中间抽头接地，而两端与桥式结构连接的四个混频管组成的桥式混频单元(D)的两输入端(1、3)相连；第二平衡-不平衡转换器(B2)的输入绕组接本振信号(L0)，其输出绕组的中间抽头接前置中频滤波器(IF)、两端与桥式混频单元(D)的输出端(2、4)相连；其特征在于：所述的桥式混频单元(D)中相对的两只混频管(D1、D3)的正极分别串接入偏置隔直电容(C1、C2)，该两只混频管(D1、D3)的正极与串入的偏置隔直电容(C1、C2)之间分别通过扼流圈(L1、L2)接入直流偏置电压源(VC)；第二平衡-不平衡转换器(B2)的输出绕组与桥式混频单元(D)的输出端(2、4)之间分别串接有隔直电容(C3、C4)。
实验三 二极管双平衡混频器
实验十二变容二极管调频实验一、实验目的1、掌握变容二极管调频电路的原理。
2、了解调频调制特性及测量方法。
3、观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。
二、实验内容1、测试变容二极管的静态调制特性。
2、观察调频波波形。
3、观察调制信号振幅时对频偏的影响。
4、观察寄生调幅现象。
三、实验仪器1、信号源模块1块2、频率计模块1块3、 3 号板1块4、双踪示波器1台5、万用表1块6、频偏仪（选用）1台四、实验原理及电路1、变容二极管工作原理调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。
其频率的变化量与调制信号成线性关系。
常用变容二极管实现调频。
变容二极管调频电路如图12-1所示。
从P3处加入调制信号，使变容二极管的瞬时反向偏置电压在静态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时从P2处输出为调频波（FM）。
C15为变容二级管的高频通路，L2为音频信号提供低频通路，L2可阻止外部的高频信号进入振荡回路。
本电路中使用的是飞利浦公司的BB910型变容二极管，其电压-容值特性曲线见图12-4，从图中可以看出，在1到10V 的区间内，变容二极管的容值可由35P到8P左右的变化。
电压和容值成反比，也就是TP6的电平越高，振荡频率越高。
图12-1 变容二极管调频图12-4 BB910型变容二极管容值与电压特性曲线图12-2示出了当变容二极管在低频简谐波调制信号作用情况下，电容和振荡频率的变化示意图。
在（a）中，U0是加到二极管的直流电压，当u＝U0时，电容值为C0。
uΩ是调制电压，当uΩ为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反向偏压增大；变容二极管的电容减小；当uΩ为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反向偏压减小，变容二极管的电容增大。
在图（b）中，对应于静止状态，变容二极管的电容为C0，此时振荡频率为f0。
因为LC f π21=，所以电容小时，振荡频率高，而电容大时，振荡频率低。
二极管混频器
期，S可以(t写)为
S (t) S(t T ) 2
1 2
2
cos0t
2
3
cos 30t
10
可以得到环形混频器的输出电流为
i i'i'' rd
1 RL
S(t) S(t) vs
rd
1 RL
4
cos 0t
4
3
cos
30
vs
3，结论： 没有直流分量，进一步抑制了非线性产物。
11
2
3
cos
30t
) •
rd
1 RL
Vsm
cos st
5
3，结论 混频器的输出分量只有信号频率成分、信号频率与本振信号基波和谐波分量 的和频、差频。 没有本振信号基波和谐波分量。
6
三、二极管环形混频器（双平衡混频器） 为了在混频器中进一步抑制非线性产物，广泛采用环形混频器。相当于两个平衡 混频器的组合。 1，原理电路和等效电路
组合频率少； 噪声小； 本振电压无反向辐射。 缺点：变频增益小于1；
2
二、二极管平衡混频器 1，原理电路和等效电路 变压器的中心抽头两边对称。 信号电压vs反相加在两个二极 管上，振荡电压v0同相加在两 个二极管上。
3
2，输出信号
如果振荡电压幅度V0m远大于信号电压振幅Vsm，则两个二极管都工作于开关状态， 开关函数为
S (t )
1 2
2
cos 0t
2
3
cos 30t
2
5
cos 50t
由等效电路可得
i1
rd
1 RL
S(t)( 1 2
vs
v0 )
i2
双平衡混频器工作原理
双平衡混频器工作原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：在无线通信系统中，混频器是一个至关重要的组件，它在调制解调、频率转换和信号处理等方面发挥着重要作用。
双平衡混频器作为一种广泛应用的混频器类型，具有高性能、抑制杂散频率等优点，在无线通信系统中得到了广泛应用。
本文将介绍双平衡混频器的工作原理及其应用。
一、双平衡混频器的概述双平衡混频器是一种基于平衡电路设计的混频器，它利用平衡网络来抑制杂散频率和减小杂散响应，从而提高了混频器的性能。
双平衡混频器通常由两个相等的负载抗，两个相互抵消的二次谐波抑制网络和两个平衡输入端组成。
其结构简单、抑制杂散频率性能好，广泛应用于无线通信系统中的频率转换和信号处理等方面。
二、双平衡混频器的工作原理双平衡混频器的工作原理可以简单概括为将两个输入信号进行乘法混频，在输出端得到频率差信号。
具体来说，当双平衡混频器的两个输入信号为正弦波时，通过乘法混频作用，输出信号中将包含原始信号频率之差的成分。
双平衡混频器利用平衡电路的特性，使得在混频过程中杂散响应得到有效抑制，从而提高了混频器的性能表现。
三、双平衡混频器的应用1. 无线通信系统中的频率转换：在无线通信系统中，双平衡混频器被广泛应用于频率转换的过程中，实现不同频率信号之间的转换，包括发射端和接收端的信号处理。
2. 通信系统中的调制解调：双平衡混频器也可以应用于调制解调环节，将基带信号与载波信号混频得到调制信号，或将调制信号解调成基带信号，实现信号的传输与处理。
四、双平衡混频器的性能和优点1. 抗干扰能力强：双平衡混频器能够通过平衡电路的设计，有效抑制杂散频率和杂散响应，具有良好的抗干扰能力。
2. 高性能指标：由于双平衡混频器的结构和工作原理，其性能指标包括本振抑制比、二次谐波抑制等方面表现优异，能够满足无线通信系统的要求。
3. 广泛应用领域：双平衡混频器在无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域均有广泛应用，为信号处理和频率转换提供了重要支持。
7二极管混频器
引言
晶体管混频器的主要优点是变频增益高，但它有 如下一些缺点：动态范围较小，一般只有几十毫伏； 组合频率较多，干扰严重；噪声较大；在无高放的接 收机中，本振电压可以通过混频管极间电容从天线辐 射能量，形成干扰，称为反向幅射。
二极管混频器组成的平衡混频器和环形混频器的 优缺点正好与上述情况相反。它有组合频率小，动态 范围大、噪声小、本振无反向幅射等优点。但变频增 益小于1。
+ RL v-i/2
+ RL vi/2
-
S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t
- (2/3π)cos3ω0t
+(2/5π)cos5ω0t+……
继续
二极管混频器二极管平衡混频器输出总电流
一、二极管平衡混频器
D1 rd
+
其信本ii12中号振== 的电电——rrdd条压压+—+—11RR件——LL 为vv((vs0—=12=0-VVv—sVs012m+m0vcvcmso0o)>)ssSSVωω((stst0m为数)t)ti应简为与化1。(运i1-算vviss2//)22，成--+设比比例例，+等系vD效02-电路rdii12
二、二极管环形混频器
二极管环形混频器就是在 二极管平衡混频器的基础上 增加了两个反向连接的二极 管。在分析过程中可以利用 二极管平衡混频器的结论。
二极管环形混频器与二极 管平衡混频器的区别为：
THale Waihona Puke 1+vs-
-
-
D1
-
-
+ +
D2
+D4
D-3 +
5.3 混频器的电路结构形式
与单管或单平衡混频器相比，双平衡混频器具有如下 优点：一是各端口间的隔离性能好，特别是本振端口 向中频端口的隔离性能比单平衡混频器有所改进。因 为在双平衡混频器中，输出电流是上面两个差分对电 流以相反的相位叠加，抵消了本振信号向中频端口的
泄漏。无论u1和u2工作于大、小信号状态，输出电流 中都不包含有u2（本振信号）的频率分量。
二是线性范围增大。RF输入级采用的是差分放大器， 它的伏安特性为tank函数，此函数以零点为中心有较 大的线性范围。在相同的非线性失真条件下，差分放 大器的线性输入动态范围几乎是单管共射（无发射极
反馈电阻Re）放大器的10倍。由于采用了VT1、VT2、 VT3、VT4双平衡结构，输出电流i与射频输入差分放大 器的两管电流之差（i5i6）成正比，这样就抵消了RF 级的i/u变换中的偶次失真项。
下的开关。中频输出电压通过中频负载电阻RL输出。
二极管双平衡混频器利用四只工作在线性时变状态的 二极管完成混频功能，它的三个端口的隔离特性与四 只二极管的性能一致性及变压器的对称性有关。
图5.3.2 二极管双平衡混频器
三是双平衡混频器的本振、射频输入及中频输出，可 以采用单端形式也可以是双端平衡形式。
5.3.2 二极管双平衡混频器电路
常见的无源混频器电路形式有二极管混频器电路、无 源场效应管混频器电路等。
图5.3.2是最常用的二极管双平衡混频器，也称环行混 频器。它由四只性能一致的二
极管组成环路，具有LO、RF、IF三个端口。本振电压 和射频电压分别从LO端口和RF端口输入，它们都通过 变压器将单端输入变为平衡输入并进行阻抗变换。中 频IF端口是不平衡输出。电路工作时，本振信号幅度 远大于射频信号，因此二极管可以看做本振信号控制
图5.3.1 吉尔伯特双平衡混频器电路
二极管双平衡混频器的ADS仿真设计
二极管双平衡混频器的ADS仿真设计
马中华;刘建仁;林立东
【期刊名称】《甘肃科技》
【年(卷),期】2008(24)6
【摘要】混频器已广泛地应用于移动通信、微波通信以及各种高精度的微波测量系统中的前端电路,是射频系统中的一个关键部分,其性能的好坏直接影响到整个系统的性能.本文用ADS软件设计了一个二极管双平衡混频器,首先对RF、LO、IF端口进行了阻抗匹配,最后通过仿真得到了二极管双平衡混频器的变频损耗、噪声系数、三阶互调截点、隔离度等参数.
【总页数】5页(P49-53)
【作者】马中华;刘建仁;林立东
【作者单位】集美大学信息学院,福建,厦门,361021;兰州园艺学校,甘肃,兰
州,730060;集美大学信息学院,福建,厦门,361021
【正文语种】中文
【中图分类】TV139.222;TN773
【相关文献】
1.GaAs单片二极管双平衡混频器 [J], 陈坤;彭龙新;李建平
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冯谞浩;孟庆鹤;
5.二极管双平衡混频器电路分析 [J], 王薇
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高频电子线路第四章22
ω p,q = ± pω1 ± qω 2
( p ，q = 0，1，2…。) ， ， 。
(4-2-5)
ω p,q = ± pω1 ± qω 2
( p ，q = 0，1，2…。) (4-2-5) ， ， 。
其中， 其中，只有 p = 1，q = 1 的和频或差频 (ω1,1 = ± ω1 ± ω2 ) 是 ， 有用的，而其它组合频率分量都是无用的。 有用的，而其它组合频率分量都是无用的。 消除无用组合频率分量的措施： 消除无用组合频率分量的措施： (1) 器件特性：选有平方律特性的器件(如场效应管)； 器件特性：选有平方律特性的器件(如场效应管) 电路：组成对称平衡电路，抵消部分组合分量； (2) 电路：组成对称平衡电路，抵消部分组合分量； (3) 输入电压上：限制输入信号 2大小，使非线性器件处 输入电压上：限制输入信号v 大小， 线性时变状态 组合分量最小。 状态， 于线性时变状态，组合分量最小。
二、线性时变状态 1.线性时变表达式 线性时变表v1 − m v 2 = ∑ ∑0 m!(n − m )! m= n=0
改写为v 将(4-2-4)改写为 2的幂级 改写为 数
m =0 m n m C n a n v1 − m v 2 ∑ n
0 n 1 n 2 n 2 n n = ∑ (C n v1 + C n v1 −1v 2 + C n v1 − 2 v 2 + ⋅ ⋅ ⋅ + C n v 2 )a n n=0
v1 = vL (t ) = VLm cos ω L t，
如构成混频器， 如构成混频器， 且 v = v (t ) = V， cos ω t， ω L − ω c = ω I 2 S sm c 其中， 其中，除有 分量外， 的无用分量， 用中频 ωI 分量外，其它都是远离 ωI 的无用分量，不存 的组合频率分量。 在角频率接近 ωI 的组合频率分量。
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高频电子实验报告
实验名称：
二极管双平衡混频器
实验目的：
1、掌握二极管双平衡混频器频率变换的物理过程。
2、掌握晶体管混频器频率变换的物理过程和本振电压V0和工作电流Ie对中频转出电压大小的影响。
3、掌握集成模拟乘法器实现的平衡混频器频率变换的物理过程。
4、比较上述三种混频器对输入信号幅度与本振电压幅度的要求。
实验仪器：
1、1号板1块
2、6号板1块
3、3 号板1块
4、7 号板1块
5、双踪示波器1台
实验原理：
1. 二极管双平衡混频原理
图3-1 二极管双平衡混频器
二极管双平衡混频器的电路图示见图3-1。
图中V S 为输入信号电压，V L 为本机振荡电压。
在负载R L 上产生差频和合频，还夹杂有一些其它频率的无用产物，再接上一个滤波器（图中未画出）
二极管双平衡混频器的最大特点是工作频率极高，可达微波波段，由于二极管双平衡混频器工作于很高的频段。
图3-1 中的变压器一般为传输线变压器。
二极管双平衡混频器的基本工作原理是利用二极管伏安特性的非线性。
众所周知，二极管的伏安特性为指数律，用幂级数展开为
当加到二极管两端的电压v 为输入信号V S 和本振电压V L 之和时，V2 项产生差频与和频。
其它项产生不需要的频率分量。
由于上式中u 的阶次越高，系数越小。
因此，对差频与和频构成干扰最严重的是v 的一次方项（因其系数比v2 项大一倍）产生的输入信号频率分量和本振频率分量。
用两个二极管构成双平衡混频器和用单个二极管实现混频相比，前者能有效的抑制无用产物。
双平衡混频器的输出仅包含（pωL±ωS）（p 为奇数）的组合频率分量，而抵消了ωL、ω C 以及p 为偶数（pωL±ωS）众多组合频率分量。
下面我们直观的从物理方面简要说明双平衡混频器的工作原理及其对频率为ωL 及ωS 的抑制作用。
在实际电路中，本振信号V L 远大于输入信号V S。
在V S 变化范围内，二极管的导通与否，完全取决于V L。
因而本振信号的极性，决定了哪一对二极管导通。
当V L 上端为正时，二极管D3 和D4 导通，D1 和D2 截止；当上端为负时，二极管D1 和D2 导通，D3 和D4 截止。
这样，将图3-1所示的双平衡混频器拆开成图3-2（a）和（b）所示的两个单平衡混频器。
图3-2（a）是V L上端为负、下端正期间工作；3-2（b）是V L上端为正、下端为负期间
工作。
由图3-2（a）和（b）可以看出，V L单独作用在R L上所产生的ωL分量，相互抵消，故R L上无ωL分量。
由V S产生的分量在V L上正下负期间，经D3产生的分量和经D4产生的分量在R L上均是自下经上。
但在V L下正上负期间，则在R L上均是自上经下。
即使在V L 一个周期内，也是互相抵消的。
但是V L的大小变化控制二极管电流的大小，从而控制其等效电阻，因此V S在V L瞬时值不同情况下所产生的电流大小不同，正是通过这一非线性特性产生相乘效应，出现差频与和频。
2、电路说明
模块电路如图3-3所示，这里使用的是二极管双平衡混频模块ADE-1，该模块内部电路如图3-5所示。
在图3-3中，本振信号V L由P3输入，射频信号V S由P1输入，它们都通过ADE-1中的变压器将单端输入变为平衡输入并进行阻抗变换，TP8为中频输出口，是不平衡输出。
图3-3 二极管双平衡混频
图3-5 ADE-1内部电路
在工作时，要求本振信号V L>V S。
使4只二级管按照其周期处于开关工作状态，可以证明，在负载RL的两端的输出电压（可在TP8处测量）将会有本振信号的奇次谐波（含基波）与信号频率的组合分量，即pωL±ωS（p为奇数），通过带通滤波器可以取出所需频率分量ωL+ωS（或ωL—ωS -）。
由于4只二极管完全对称，所以分别处于两个对角上的本振电压V L和射频信号V S不会互相影响，有很好的隔离性；此外，这种混频器输出频谱较纯净，噪声低，工作频带宽，动态范围大，工作频率高，工作频带宽，动态范围大，缺点是高频增益小于1。
N1、C5、T1组成谐振放大器，用于选出我们需要的频率并进行放大，以弥补无源混频
器的损耗。
实验步骤：
1、熟悉实验板上各元件的位置及作用；
2、按下面框图所示，进行连线
3、将3 号板SW1 拨为晶体振荡器，即拨码开关S1 为“10”，S2 拨为“01”。
4、用示波器观察7 号板混频器输出点TP8 波形，观测7 号板混频输出TP2 处波形（调节7 号板中周T1 使输出最大），并读出频率计上的频率。
（如果使用数字示波器，可以使用FFT 功能观测TP8 的频谱）
5、调节本振信号幅度，观测混频输出选频放大TP2处波形变化
6、将射频输入P1改外接高频信号；信号源输出信号频率20M，调节本振信号频率，观测混频输出选频放大TP2处波形变化，记录输出信号幅度最大的输入输出频率。
实验数据：
1、射频信号的频率fs =4.5MHz
a、本振信号的频率f L =6.2MHz 时，混频信号的和频为（f L+fs）=10.7MHz
增益为-10.6dB
b、本振信号的频率f L =15.2MHz 时，混频信号的差频为（f L-fs）=10.7MHz
增益为-10.5dB
2、调节本振信号幅度，混频输出选频放大TP2处波形幅度随本振信号幅度的增大而增大，即混频输出波形幅度与本振信号幅度成正相关。
实验分析：
通过本实验了解到混频电路超外差式接收机的重要组成部分。
它的作用是将载频为fs的已调信号不失真的变换为载频为fi的中频信号。
因为中频是固定的，可以对中频进行较高增益的放大,在检波前得到足够的放大,使接收机的灵敏度得到了很大的提高。