混频器的设计与仿真汇总

1、目录前言 1工程概况 1正文 23.1 设计的目的及意义 23.2 目标及总体方案 23.2.1 课程设计的要求 23.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 23.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 23.3 工具的选择 Multiusim 10 33.3.1 Multiusim 10 简介 33.3.2 Multisim 10 的特点 33.4 混频器 33.4.1 混频器的简介 43.4.2 混频器电路主要技术指标 43.5 混频器的分类 53.6 详细设计 53.6.1 混频总电路图 53.6.2 选频、放大电路 53.6.3 仿真结果 63.7 调试分析 9致谢 9参考文献

2、9附录 元件汇总表 10塔里木大学信息工程学院课程设计混频器的设计与仿真前言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，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 485M一 870M 的图像信号要变成 38MHZ的中频图像信号。 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

3、较低石英晶 体振荡器作为主振荡器， 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。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线 电专业必须掌握的关键电路。工程概况混频的用途是广泛的， 它一般用在接收机的前端。 除了在各类超外差接收机中应用外在 频率合成器中为了产生各波道的载波振荡， 也需要用混频器来进行频率变换及组合在多电路 微波通信中， 微波中继站的接收机把微波频率变换为中频， 在中频上进行放大， 取得足够的 增益后， 在利用混频器把中频变换为微波

4、频率， 转发至下一站此外， 在测量仪器中如外差频 率计， 微伏计等也都采用混频器。 因此，做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线 路的掌握程度； 通过混频器设计， 可以巩固已学的高频理论知识。 混频器是频谱线性搬移电 路，能够将输入的两路信号进行混频。具体原理框图如图 2-1 所示。图 2-1 具体原理框图第 1 页 共 10 页塔里木大学信息工程学院课程设计正文3.1 设计的目的及意义（1）加深对混频理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力（ 2）掌握 multisim 实现混频器混频的方法和步骤（ 3）掌握用 muitisim 实现混频的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的

5、基础 （4）加深对高频知识的理解3.2 目标及总体方案3.2.1 课程设计的要求将频率为 10MHZ的输入信号，和频率为 16.465MHZ 的本振信号，利用 MC1496模拟乘法 器进行混频，再利用中周得到频率为464KHZ的输出信号。由于我们的设计是通过软件模拟来实现，所用的软件版本中没有MC1496芯片，在方案里我选用相乘器来代替。3.2.2 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。3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析（1）混频器的组成模型图图3

6、-1混频器组成模型图(2) 混频电路的基本原理Us(t) 为输入信号， Uc(t) 为本振信号。 Ui(t)输出信号。 当Us(t) Usm cos st则U p(t) Us(t)Uc(t) U sm cos stU cm cos ct Amcos st cos ct 其中： Am U smU cm对上式进行三角函数的变换则有 :1U p(t1) Amcos st cos ct Amcos( cs)t cos( cs )t2第 2 页 共 10 页塔里木大学信息工程学院课程设计从上式可推出， Up(t) 含有两个频率分量的和量和差量。 若选频网络是理想上边带滤波1器则输出为 Ui(t) Am

7、cos( c s)t ，若选频网络是理想下边带滤波器则输出：21U i (t) Amcos( cs)t 。在工程应用中，我们多选用的是差频分量。2通过对设计题目的分析， 要想得到 465KHZ的输出信号， 是不可能通过一次混频直接得到 的。必须要在经过二次混频。通过分析：第一次混频会出现两个频率分量：26.465MHZ和6.465MHZ的输出信号。 我在这里选择了 6.465MHZ的输出信号作为二次混频的输入信号， 选择 6.93MHZ的信号作为二次混频的本振信号。这样在最终的相乘器输出端里就含有我们所需要 的465KHZ的信号。3.3 工具的选择 Multiusim 103.3.1 Mult

8、iusim 10 简介Multisim 是美国国家仪器( NI)有限公司推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用 于板级的模拟 / 数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语 言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。 Multisim 提炼了 SPICE仿真的复杂内容， 这样工程师无需懂得深入的 SPICE 技术就可以很快地进行捕 获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过 Multisim 和虚拟仪器技术， PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再

9、到原型设计和 测试这样一个完整的综合设计流程。NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电 路进行设计和验证。凭借 NI Multisim ，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用 工业标准 SPICE模拟器模仿电路行为。 借助专业的高级 SPICE 分析和虚拟仪器， 您能在设计 流程中提早对电路设计进行的迅 速验证，从而缩短建 模循环。与 NI LabVIEW 和 SignalExpress 软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据 的实现建模测量。3.3.2 Multisim 10 的特点通过直观的电路图捕捉环境

10、, 轻松设计电路通过交互式 SPICE仿真 , 迅速了解电路行为借助高级电路分析 , 理解基本设计特征通过一个工具链 , 无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进、整合设计流程 , 减少建模错误并缩短上市时间3.4 混频器第 3 页 共 10 页塔里木大学信息工程学院课程设计3.4.1 混频器的简介输出信号频率等于两输入信号频率之和、 差或为两者其他组合的电路。 混频器通常由 非线性元件和选频回路构成。变频（或混频） ，是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种功能 的电路称为变频器（或混频器） 。一般用混频器产生中频信号：混频器将天线上接收到的信 号与本振产生的信号混频： cos c

11、os cos（ ） cos（ ） / 2可以这样理解， 为信号频率量， 为本振频率量，产生和差频。当混频的频率等于 中频时，这个信号可以通过中频放大器， 被放大后，进行峰值检波。检波后的信号被视频放 大器进行放大， 然后显示出来。 由于本振电路的振荡频率随着时间变化， 因此频谱分析仪在 不同的时间接收的频率是不同的。 当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时， 屏幕上就显示 出了被测信号在不同频率上的幅度， 将不同频率上信号的幅度记录下来， 就得到了被测信号 的频谱。3.4.2 混频器电路主要技术指标（ 1）变频增益 ge射频输入功率电平与混频器中频输出功率电平之比称为变频增益 ge（2）变频压缩

12、点变频压缩点用来表示混频器的非线性失真程度。 混频器在射频输入电平远小于本振电平 时，混频器处于线性运行状态下。此时， 中频输出随输入射频电平的增长而线性地增长。但 是，当射频输入增加到一定程度后， 中频输出随射频输入增加的速度变慢， 混频器开始进入 饱和状态。（3）三阶互调阻断点三阶互调阻断点又称为三阶截点或三阶交点， 它是表征混频器线性性能的指标。 混频器 非线性特性中的立方项会引起互调失真， 输入功率每增加 1db，互调失真功率就要增加 3db， 随输入按照 3：1的速度上升，而正常接收射频所产生的中频输出是按照1：1 的速度上升。当互调输出功率电平与中频输出功率电平相等时， 通信机无法

13、进行正常通信。 三阶截点所对 应的射频输入功率， 是混频器的非线性互调失真使收信机无法正常收信时的最大射频输入功 率，工程上用 ip3 （ dbm）表示。可见， ip3 越大，表明混频器的线性运行范围越宽。（4）噪声系数 nf混频器的噪声系数 nf 可以用输入、输出信号功率和噪声的比值的对数来定义（5）隔离度隔离度是表征混频器内部电路平衡度的一个指标， 即表示混频器各端口之间泄露和窜透的大小。第 4 页 共 10 页塔里木大学信息工程学院课程设计3.5 混频器的分类（1）根据所用器件不同，混频器主要有：（1）晶体管混频器；（2）二极管混频器；（ 3）场效应管混频器；（4）差分对混频器。（2）根

14、据电路结构分有：（1）单管混频器；（2）平衡混频器；（3）环形混频器。3.6 详细设计3.6.1 混频总电路图A1U1OPAMP_3T_BASIC2R41.015M 1.353M 6 R2 8200kC11pF 1pF5 R1290kC31pF0 R72.1C243M1110 1pFR5455kR81.593MU2PAMP_3TR6455kXSC101BASXFC1123图 3-2 混频总电路图3.6.2 选频、放大电路1pF 1pF图 3-3 选频、放大电路这是一个典型的带通滤波器， 他是选用有源二阶低通滤波器和有源二阶高通滤波器的串第 5 页 共 10 页塔里木大学信息工程学院课程设计联来

15、实现带通滤波功能的。这个选频网络不仅有很好的选频特性，同时也具备放大功能。(1) 低通滤波器的具体参数分析：通带放大倍数：品质因数：通带截止频率：1 RR12 115932123Q 1 1 0.83 Aup 1.2512 RC350KHZ带通滤波器的通频带：350KHZ550KHZ1.753.6.3 仿真结果通带放大倍数：R21015Aup 1 1 1.75 upR11353品质因数：11Q 1 1 0.83 Aup 1.25通带截止频率：1f p 1 550KHZ p 2 RC(2) 高通滤波器的具体参数分析：图 3-4 一次混频后的波形第 6 页 共 10 页塔里木大学信息工程学院课程设计

16、图 3-5 二次混频后的波形图 3-6 二次混频后的傅里叶分析图由幅频特性可以看出有四个主要的频率分量有：465KHZ、13.395MHZ、 19.535MHZ、33.395MHZ。下边依次对其中的三个干扰频分量进行分析： 之所以会出现 13.395MHZ 的干扰分量是因 为在二次混频的时候， 我们输入的频率为 6.465MHZ的输入信号和二次混频的频率为 6.93MHZ 的本振信号之间的干扰产生的。出现 19.353MHZ的干扰分量是因为在第一次混频的时候由于频率为10MHZ的输入信号与一次混频的频率为 16.465MHZ的本振信号之间产生的干扰， 因为在一次混频与二次混频之间第 7 页 共

17、 10 页塔里木大学信息工程学院课程设计没有加选频网络， 导致这一干扰信号随着二次混频的输入信号一同输入到了二次混频的相乘 电路当中。致使这个外来干扰与二次混频的本振之间产生了 19.353MHZ 的差频干扰分频。出现 33.395MHZ与 19.353MHZ 的原因是一样的， 33.395MHZ 的干扰分频是二次混频的外 来干扰与本振信号之间的和频的干扰分频。由此波形可以计算得出：1464.6KHZ2.1523 s465KHZ图 3-8 最终输出频率图 3-7 最终输出的波形第 8 页 共 10 页塔里木大学信息工程学院课程设计3.7 调试分析在仿真时输出的波形有可能会失真，这是将信号源和本

18、振的幅值调整到2V 的时候产生的输出失真， 造成这种失真的主要原因是， 有源滤波器中的有源器件的直流工作电压是 -10V +10V，当选 2V的电压时， 最终的放大后输出的波形的幅值将会大于有源器件的工作电压。 所以会被切割了顶部， 所以可以调节输入信号电压的大小， 那么， 输出波形就可为标准的输 出波形。致谢 经过十天的学习，我完成了这个课程设计，在这次课程设计期间， 我认为， 在这学期的 实验中， 不仅培养了独立思考、 动手操作的能力， 在各种其他能力上也都有了提高更重要的 是，要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有 很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵 的事情。 就像中国提倡的艰苦奋斗一样， 我们都可以在实验结束之后变的更加成熟， 会面对 需要面对的事情。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里， 可以说得是苦多于甜， 但是可以学到很多很多的东西， 同时不仅可以巩固了以前所学过的知 识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识， 感谢老师对我的指导， 也感谢同学们对 我的帮助， 在遇到一些小问题或课程设计之外的问题时， 就没有必要再去麻烦老师了， 同学 之间自己就可以解决了， 增加了我与同学们之间的沟通， 也增强了同学们自己思考问题和自 己动