高频课程设计 二极管双平衡混频器

河北科技师范学院课程设计说明书课程名称：高频电子线路

设计题目：混频器工作原理

姓名：高金龙、郭强、姚明月

院系：机电工程学院

专业班级：电子0701、0702

学号：0414070107

0414070210

0414070227（姓名顺序排列）指导教师：杜殿会

日期：2009年12月8至12日

目录

1、设计任务与要求 (1)

2、方案与论证 (1)

3、原理 (1)

4、参数计算 (3)

5、总原理图与仿真结果 (6)

6、元件清单 (8)

7、结论与心得 (9)

8、参考文献 (9)

二极管双平衡混频器

1、设计任务与要求

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。

2、方案与论证

方案一：三极管混频器的电路组态

电路（c）和（d）都是共基级混频器，分为同级注入式和分级注入式。

电路（b），共发分级注入式

电路（a），共发同级注入式

方案二：二极管混频器

图1二极管双平衡混频器的电路图示见图。图中VS为输入信号电压，VL 为本机振荡电压。在负载RL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。图中的变压器一般为传输线变压器。

3、原理

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

])(1)(21[

)1(2⋯+⋯++=-=n T

T T S S V v

n V v V v I e I i T

V v ！！

当加到二极管两端的电压v 为输入信号VS 和本振电压VL 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（p ωL ±ωS ）（p 为奇数）的组合频率分量，而抵消了ωL 、ωC 以及p 为偶数（p ωL ±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。

（a ）

Vs

Rs

RL

VL

T2

D3

D4

Ro

C

L L1

L2/2

L3

L4

Vo

T1

（b ）

图2

图2双平衡混频器拆开成两个单平衡混频器

在实际电路中，本振信号VL 远大于输入信号VS 。在VS 变化范围内，二极管的导通与否，完全取决于VL 。因而本振信号的极性，决定了哪一对二极管导通。当VL 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1所示的双平衡混频器拆开成图2（a ）和（b ）所示的两个单平衡混频器。图2（a ）是VL 上端为负、下端正期间工作；图 2（b ）是VL 上端为正、下端为负期间工作。

由图2（a ）和（b ）可以看出，VL 单独作用在RL 上所产生的ωL 分量，相互抵消，故RL 上无ωL 分量。由VS 产生的分量在VL 上正下负期间，经D3产生的分量和经D4产生的分量在RL 上均是自下经上。但在VL 下正上负期间，则在RL 上均是自上经下。即使在VL 一个周期内，也是互相抵消的。但是VL 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VS 在VL 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。

4、参数计算 电路方框图

1混频电路图

D1

DIODE

D2

DIODE D3

DIODE

D4

DIODE

L11m

L2100u

L3100u

L4

1m

C1

10p

C210p

R1100k

环形开关混频器工作在开关状态时，输出电流中的组合频率只有本振电压的奇次谐波与信号电压频率的基波的组合，用一通式表示组合频率为

()ωω±+L P 12其中p=0、1、2、……。

即使环形混频器不工作在开关状态时，它的输出电流也只含有本振电压的奇次谐波与信号电压的奇次谐波的组合，也可用通式

()()s L q P ωω1212+±+来表示，其中p=1、2、3、……。较之其他的混频器，组合频率干扰少是其突

出的优点之一。

其中四个二极管选用

2本振电路——电容三端式振荡电路

末端放大器

R b1400K

R b22K

C b

2uF

R c 35K

Q1NPN

C 120p F

R e 2.5K

C 250p F

L13uH

C 35pF

C e 2uF C o 2uF

+12

负反馈时放大器的闭环增益 1f A

A AF =+ 正反馈时放大器的闭环增益 1f

A A AF

=- 显然，当1=F A 时，∞→f

A ，正反馈产生振荡 ，此后振荡电路的输入信号0i =X ，所以f

i 'X X =。 因此，产生自激振荡的条件为

1=F A

应该指出：

（1）为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。

如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。

反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。 （2）为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R 、C 和L 、C 等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。

其中电容三端式振荡频率为

经计算L=3uH, C1=50pF, C2=20pF. 反馈系数为0.29

可调电容为0-5pF,产生的本振振荡频率为21MHz-24.3MHz 。调节可调电容C 产生21.5MHz 的本振信号，