混频器开题报告记录

混频器开题报告记录

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3 篇一：混频器开题报告

1. 选题意义

混频器是通信系统中超外差接收机中的核心部件。在无线电通信系统（特别是广播电视系统）中，接收机应该能接收来自各个发射台的信号，而且到达接收机的信号是非常微弱的，一般为为微伏数量级。这样微弱的信号是不能直接解调的，需要将信号放大，然而高频、宽带条件下，增益达60-120db 的放大器要稳定工作是很难实现的。因此，在超外差接收机中，是把来自于不同发射台不同频率的高频已调信号，通过混频器搬移到某一固定的中频频带上，例如调频收音机为465khz ，调频收音机为10.7mhz ，然后使用窄带的中频放大器放大，窄带的中频放大器容易做到很高的增益，从而使接收机的灵敏度和选择性得到保障。

在通信系统中，信号频率之间的变换是我们首要解决的问题。一般情况下，对信号进行调制、扩频、解扩等处理工作是在低频段下进行的，然后再将处理好的信号上变频到高频段发射出去，同样我们需要将接收到的射频信号下变频到低频段再做各种信号处理工作。所以在通信系统中，混频器是必不可少的重要部件。实际上混频器的原理是利用非线性器件达到一个频谱搬移的作用。在接收机中，混频器一般是位于接收机的前端或者在低噪声放大器的后续端，它的性能如变频损耗(变频增益)、噪声系数等直接影响到整个系统的好坏。所以在通信系统中，性能优越的混频器对整个系统起到关键作用，也是人们一直研究的课题。

?混频器（mixer ）是通信系统的重要组成部分，用于在所有的射频和微波系统进行频率变 换，用于通信接收机，也是频率合成器等电子设备中的重要组成部分，用混频器可以实现频率加、减运算功能。 2. 国内外研究现状概述

混频器最早是由armstmg 在1924年研制成功。五十年代中期，晶体管技术与外延单晶生长技术的不断发展，给混频器的发展提供了物质基础。到六十年代，表面势垒二极管和隧道二极管问世后，人们对混频器的研究才得到了迅速的发展。随着混频器技术的发展，混频器的理论也得到了很大的发展。由用幂级数法‘贝塞尔函数法分析小信号对非线性器件的作用，发展到用开关函数法分析大信号对非线性器件的作用，使理论和实践更加接近。后来，用信号流图法分析混频器，就更加直观、清晰了。从国外混频器的发展形势来看，从上世纪八十年代起混频器的研究热点主要集中于毫米波频段。而目前国内对这方面的研究受到现有加工工艺，微波集成技术水平以及测试仪器的限制，相关技术并未成熟，起步比较晚，离工程化应用还有一定的差距，因而有必要做深入研究。本节将介绍近些年来混频技术的国内外发展动态。

1981年，parrish 等人利用梁式引线二极管以及悬置带线结构制作的平衡混频器，射频从90～

94ghz 的范围内变频损耗小于8db 。1982年，kennethlouie 等人采用交叉结构实现w 频段宽带混频器。射频信号80～102ghz 的20ghz 瞬时带宽内，变频损耗小于7．5db 。射频80～106ghz 的26ghz 带宽内变频损耗小于8．7db 。其中从90～102ghz 范围内，带宽12ghz ，变频损耗均小于5．6db 。1983年，wolfgangmenzel 和heiicheallse 制作出用在60ghz 和94ghz 通讯子系统的鳍线混频器。1985年，k ．chang 和r ．s ．tallim 等人研制出w 频段环形混频器，在9ghz 的带宽范围内，变频损耗小于7db 。1987年，steven low 等人研制了交叉型混频器，本振84ghz ，射频从85～100ghz 的15ghz 带宽下，变频损耗整体小于7db 。1988年，merenda ．j ．l 等人用四个反向并联二极管对制作了4--40ghz 的谐波混频器，在整个频段内，变频损耗小于10db ，有较好的宽带特性。1992年，r ．j ．lang 等人研制的环形gaas 二极管混频器，射频工作在整个ka 波段，当中频信号为100mhz ，变频损耗为5．5db 。1995年前国外就已经采用phemt 肖特基势垒二极管mmic 技术，实现rf 频率32--40ghz 范围内，变频损耗小于8．5db 。最优变频损耗为5．5db 。2000年

ghassanyassin 和matthewbuffey 研制出应用频率高达350ghz 的sis 对极鳍线混频器，得到只有90k 的低噪声温度。2005年，mun ．kyo lee 等人制作了鳍线一共面线平衡混频器。本振功率只有6dbm ，变频损耗小于10db ，本振和射频信号隔离度大于29db 。2009年

bertandthomas 和simonrea 等人研制出320ghz~340ghz 的分谐波镜像抑制混频器，在通带范围内镜像抑制度达到7．2~24．1db 。

4 在国内，电子科技大学谢晋雄对两种w 波段宽带混频器结构进行研究，一种是鳍线一带线集成混频器，另外为鳍线一共面波导结构，前一种结构在射频信号85～95ghz 范围内，变频损耗小于15db 。后一种在射频带宽8ghz 范围内，变频损耗为9-12db 。2001年南京电子技术研究所胡建凯等人研制的单端混频器和单平衡混频器在射频信号93ghz-96ghz 的范围内，变频损耗小于10db 和9db ，达到国外80年代末的水平。2004年，电子科大董庆来对w 波段鳍线共面线平衡混频器进行研制，射频92～96ghz ，本振90ghz 下，变频损耗小于15db ，端口隔离度大于20db 。2006年，南京五十五所研制出6mm 鳍线平衡混频器，射频信号为47ghz ，变频损耗小于3．5db ，本振和射频信号隔离度大于20db 。2008年电子科技大学的李侃制作的ka 波段四次谐波混频器在射频信号为34．36ghz 时的变频损耗小于11．8db 。

从国内外的发展趋势来看，混频器主要研究集中在ka 波段和w 波段，并且高频段、宽带混频器一直是人们的研究热点。近几年来国外已经开始涉足到亚毫米波段。相比之下，由于起步比较晚，受到工艺和设备的限制，国内水平较落后于国外，因此对这方面研究还是有必要的。

3.主要研究内容

各种微波混频器的工作原理与参数、组成结构，并对其特点及应用领域进行阐述

一、 混频器分类及其特点

■ 下混频器都设计成为线性时变工作状态

■ 混频电路类型

i. 无源混频器

1) 单二极管混频电路

2) 二极管平衡混频电路

3) 双平衡类型的二极管环形混频器

ii. 有源混频器

1) 三极管混频电路2) 单平衡混频电路

3) 吉尔伯特单元(gilbert cell)混频电路

无源混频器

①通常由非线性器件或开关元件构成，电路简单 ②不能提供变频增益，作为下变频的接收机电路为了得到更小的噪声系数，在前级一般要加lna ，由此会引起更多的互调失真。

③无源混频器的变压器通常会限制混频器的最高工作频率，从而影响带宽，且集成度差，体积较大

有源混频器

①有源混频器的应用更为广泛，特别是在射频集成电路（rfic ）中。 ②可以提供混频增益，采用有源平衡－非平衡转换电路，易于集成。 ③在有源混频器中，通常把射频电压转成电流信号，本振开关控制电流信号。

二、工作原理如图：混频原理

三、混频器基本电路结构

混频器一般由四个部分组成：(1)耦合本振的输入电路；(2)耦合射频信号的输入电

路：(3)中频信号的输出电路；(4)非线性器件网络。

四、混频器的典型参数

①工作频率 混频器的工作频率是指输入或输出射频信号的频率 ②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。 ③镜像频率 ④噪声频率 ⑤交调失真