混频器开题报告

1/21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，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2/21的后续端，它的性能如变频损耗、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3/21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9094GHz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80102GHz的20GHz瞬时带宽内，变频损耗小于75dB。射频80106GHz的26GHz带宽内变频损耗小于87dB。其中从90102GHz范围内，带宽12GHz，变频损耗均小于56dB。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，KChang和RSTallim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，StevenLow等人研制了交叉型混频器，本振84GHz，射频从85100GHz的15GHz带宽下，变频损耗整体小于7dB。1988年，MerendaJL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，RJLang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55dB。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4/21频损耗小于85dB。最优变频损耗为55dB。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。XX年，MunKyoLee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。XX年BertandThomas和SimonRea等人研制出320GHz340GHz的分谐波镜像抑制混频器，在通带范围内镜像抑制度达到72241dB。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8595GHz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。XX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9296GHz，本振90GHz下，变频损耗小于15dB，端口隔离度大于20dB。XX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35dB，本振和射频信号隔离度大于20dB。XX年电子科5/21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3436GHz时的变频损耗小于118dB。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。混频器的基本功能是作频率变换。随着频率合成技术的发展，它已不仅用作超外差接收机前端的混频器，而且还可以用来作乘法器、除法器。双平衡混频器在锁相技术中还可作鉴相器使用。因此，混频器的研制已发展成为一种专门技术。国外已有专门生产各种混频器的专业工厂，如Hittite、Linear、MACOM等可根据用户提出的具体指标，在一定时间内提供合格的产品。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6/212)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)吉尔伯特单元混频电路无源混频器通常由非线性器件或开关元件构成，电路简单不能提供变频增益，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。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有源混频器的应用更为广泛，特别是在射频集成电路中。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。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7/21三、混频器基本电路结构混频器一般由四个部分组成：耦合本振的输入电路；耦合射频信号的输入电路：中频信号的输出电路；非线性器件网络。四、混频器的典型参数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。镜像频率噪声频率交调失真隔离度混频器隔离度是指各频率端口间的相互隔离，包括本振与射频，本振与中频，及射频与中频之间的隔离。隔离度定义为本振或射频信号泄漏到其它端口的功率与输入功率之比，单位dB。动态范围动态范围是指混频器正常工作时的微波输入功率范围。其下限因混频器的应用环境不同而异，其上限受射频输入功率饱和所限，通常对应混频器的1dB压缩点。本振功率混频器的本振功率是指最佳工作状态8/21时所需的本振功率。原则上本振功率愈大，动态范围增大，线性度改善。五、混频器应用领域混频器是微波集成电路接收机系统中必不可少的部件。在微波通信、雷达、遥感、遥控、侦查与电子对抗系统，以及微波测量系统中，将微波信号用混频器降到中低频来进行处理。4.拟采用的研究思路晶体二极管的伏安特性曲线是非线性的，完全可以利用它作混频器件。二极管混频器与三极管相比较，具有动态范围大，噪声小，组合频率分量少，结构简单和工作频率高等优点。采用肖特基二极管的混频电路，工作频率可高到微波频段。因此，二极管混频电路在高质量的各种接收机和测量仪器中得到了广泛的应用。但是二极管混频器也有一个重要的缺点，那就是没有混频增益I.二极管平衡混频器在混频器中，信号频率与本振频率混合后经非线性变换，除产生需要的中频外，同时也产生许多其他组合频率。这些组合频率是产生组合干扰的根源。如果采用二极管平衡混频器，可大大减少噪声电压对混频器输出的干扰。下图为二极管平衡混频器的原理电路二极管混频器的优点是使输出电流中的组合频率数9/21目大为减少，从而减少混频后的组合频率干扰和混频后的失真；其次是能降低混频器的噪声系数，这是由于本振中的噪声电压同相地加在两只二极管上，从而使输出电流中的噪声分别相互抵消的缘故。平衡混频器的低噪声优点在微波通信机中广泛应用。II.二极管环形混频器为了进一步抑制由于非线性所产生的频率组合分量，可采用环形混频器，如图：二极管环形混频器的输出比二极管平衡混频器要大，频谱中的组合频率分量比二极管平衡混频器要少，所以二极管混频器在灵敏度和抑制干扰能力方面更优越。III.三极管混频器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，然后使用窄带的中频放大器放10/21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、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11/21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9094GHz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80102GHz的20GHz瞬时带宽内，变频损耗小于75dB。射频80106GHz的26GHz带宽内变频损耗小于87dB。其中从90102GHz范围内，带宽12GHz，变频损耗均小于56dB。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，KChang和RSTallim等人研制出W频段环形混频器，在9GHz12/21的带宽范围内，变频损耗小于7dB。1987年，StevenLow等人研制了交叉型混频器，本振84GHz，射频从85100GHz的15GHz带宽下，变频损耗整体小于7dB。1988年，MerendaJL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，RJLang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55dB。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85dB。最优变频损耗为55dB。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。XX年，MunKyoLee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。XX年BertandThomas和SimonRea等人研制出320GHz340GHz的分谐波镜像抑制混频器，在通带范围内镜像抑制度达到72241dB。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13/218595GHz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。XX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9296GHz，本振90GHz下，变频损耗小于15dB，端口隔离度大于20dB。XX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35dB，本振和射频信号隔离度大于20dB。XX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3436GHz时的变频损耗小于118dB。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。混频器的基本功能是作频率变换。随着频率合成技术的发展，它已不仅用作超外差接收机前端的混频器，而且还可以用来作乘法器、除法器。双平衡混频器在锁相技术中还可作鉴相器使用。因此，混频器的研制已发展成为一种专门技术。国外已有专门生产各种混频器的专业工厂，14/21如Hittite、Linear、MACOM等可根据用户提出的具体指标，在一定时间内提供合格的产品。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)吉尔伯特单元混频电路无源混频器通常由非线性器件或开关元件构成，电路简单不能提供变频增益，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。无源混频器的变压器通常会限制混频器的最高工15/21作频率，从而影响带宽，且集成度差，体积较大有源混频器有源混频器的应用更为广泛，特别是在射频集成电路中。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。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：耦合本振的输入电路；耦合射频信号的输入电路：中频信号的输出电路；非线性器件网络。四、混频器的典型参数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。镜像频率16/21噪声频率交调失真隔离度混频器隔离度是指各频率端口间的相互隔离，包括本振与射频，本振与中频，及射频与中频之间的隔离。隔离度定义为本振或射频信号泄漏到其它端口的功率与输入功率之比，单位dB。动态范围动态范围是指混频器正常工作时的微波输入功率范围。其下限因混频器的应用环境不同而异，其上限受射频输入功率饱和所限，通常对应混频器的1dB压缩点。本振功率混频器的本振功率是指最佳工作状态时所需的本振功率。原则上本振功率愈大，动态范围增大，线性度改善。五、混频器应用领域混频器是微波集成电路接收机系统中必不可少的部件。在微波通信、雷达、遥感、遥控、侦查与电子对抗系统，以及微波测量系统中，将微波信号用混频器降到中低频来进行处理。4.拟采用的研究思路晶体二极管的伏安特性曲线是非线性的，完全可以利用它作混频器件。二极管混频器与三极管相比较，具有动态范围大，噪声小，组合频率分量少，结构简单和工作频率高等优点。采用肖特基二极管的混频电路，工作频率17/21可高到微波频段。因此，二极管混频电路在高质量的各种接收机和测量仪器中得到了广泛的应用。但是二极管混频器也有一个重要的缺点，那就是没有混频增益I.二极管平衡混频器在混频器中，信号频率与本振频率混合后经非线性变换，除产生需要的中频外，同时也产生许多其他组合频率。这些组合频率是产生组合干扰的根源。如果采用二极管平衡混频器，可大大减少噪声电压对混频器输出的干扰。下图为二极管平衡混频器的原理电路二极管混频器的优点是使输出电流中的组合频率数目大为减少，从而减少混频后的组合频率干扰和混频后的失真；其次是能降低混频器的噪声系数，这是由于本振中的噪声电压同相地加在两只二极管上，从而使输出电流中的噪声分别相互抵消的缘故。平衡混频器的低噪声优点在微波通信机中广泛应用。II.二极管环形混频器为了进一步抑制由于非线性所产生的频率组合分量，可采用环形混频器，如图：二极管环形混频器的输出比二极管平衡混频器要大，频谱中的组合频率分量比二极管平衡混频器要少，所以二极管混频器在灵敏度和抑制干扰能力方面更优越。III.三极管混频器18/21课程设计课设题目：混频器的设计专业：班级：姓名：学号：成绩：电子与信息工程学院混频器的设计摘要模拟相乘器的主要技术指标是工作象限、线性度和馈通度。工作象限是指容许输入变量的符号范围。只容许ux和uy均为正值的相乘器称为一象限的,而容许ux和uy都可