混频器的设计

1、课程设计 高 频 电 子 线 路课程设计报告电子与信息工程学院信息与通信工程系0混频器的设计摘要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 的图象信号要变成38MHZ的中频图象信号。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。用一个频率较低石英晶

2、体振荡器做为主振荡器，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。本文通过MC1496构成的混频器来对接收信号进行频率的转换,变成需要的中频信号。关键字：混频器，MC1496模拟乘法器，LC正弦波振荡器，选频放大电路12一概述混频技术应用的相当广泛，混频器是超外差接收机中的关键部件。直放式接收机是高频小信号检波，工作频率变化范围大时，工作频率对高频通道的影响比较大（频率越高，放大量越低，反之频率

3、低，增益高），而且对检波性能的影响也较大，灵敏度较低。采用超外差技术后，将接收信号混频到一固定中频，放大量基本不受接收频率的影响，这样，频段内信号的放大一致性好，灵敏度可以做得很高，选择性也较好。因为放大功能主要放在中放，因此可以用良好的滤波电路。采用超外差接收后，调整方便，放大量选择性主要由中频部分决定，且中频较高频信号低，性能指标容易得到满足。混频器在一些发射设备中也是必不可少的。在频分多地址信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要地位。此外，混频器也是许多电子设备、测量仪器（如频率合成器、 频谱分析仪等）的重要组成部分。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。

4、具体原理框图如图1所示。振荡器输出一频率为=10MHz、幅值0.2V1V的正弦波信号，此信号作为混频器的第一路输入信号；高频信号源输出一正弦波信号，=10MHz、幅值=200mV，此信号作为混频器的第二路信号，将这两路信号作为模拟乘法器的输入进行混频。选频放大电路则对混频后的信号进行选频、放大，最终输出2MHz的正弦波信号。正弦波振荡器模拟乘法器选频、放大电路高频信号源图1 混频器原理框图二. 设计分析对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法，三是应用电路分析。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

5、，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。混频电路的组成模型及频谱分析图2 混频电路的组成模型图图2是混频电路的组成模型，可以看出是由三部分基本单元电路组成。分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。当为接收机混频电路时，其中Us(t)是已调高频信号。Ul(t)是等幅的余弦型信号，而输出则是Ui(t)为中频信号。图3 混频器基本原理图 图3中，Us(t)为输入信号，Uc(t)为本振信号。Ui(t)输出信号。 分析：当则= = 其中：对上式进行三角函数的变换则有：从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量

6、和为(c+S)，差为(C-S)。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为若选频网络是理想下边带滤波器则输出：工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有c >>S往往混频器的选频网络为下边带滤波器，则输出为差频信号，为接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标是混频跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。该电路由LC正弦波振荡器高频信号源模拟乘法器以及选频放大电路组成。LC正弦波振荡器产生的10MHz正弦波与高频信号源所产生的8MHz正弦波通过模拟乘法器进行混频后产生双边带调幅信号，然后通过选频放大器选出有用的频率分量，即频率2MHz的信号，对

7、其进行放大输出，最终输出2MHz的正弦波信号。混频器电路如图3所示。图4 混频器电路图2.1 LC正弦波振荡器本次设计采用LC电容三点式反馈电路，也叫考毕兹振荡电路。利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路叫电容三点式振荡器。三点式LC振荡器的相位平衡条件是，在LC谐振回路，与性质相反，当为电容，就是电感；当为电感，就是电容。在LC三点式振荡器电路中,如果要产生正弦波，必须满足振幅平衡条件：即满足。由相位平衡条件和振幅平衡条件可得：选取，故选用2N2222A三极管。2N2222A是NPN型三极管，属于低噪声放大三极管。本

8、电路的三极管采用分压偏置电路，为了使三极管处于放大状态，必须满足：电流电压由此可以确定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。正弦波的输出信号频率=10MHz，电路连接如图4所示图5 LC正弦波振荡器R1R2R4组成支流偏置电路，R5是集电极负载电阻，L2CTCC4构成并联回路，其中R6用来改变回路的Q值，C1C3为耦合电容，L1C6C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响。其交流通路如图6所示。图6 交流通路图根据设计要求，正弦波振荡器输出频率为10MHz，故由此可以大概确定L2C4CT的数值，再通过仿真进行调试最终确定其参数。电路的谐振频率为 ，静态工作点为，基本符合设求。2

9、.2 模拟乘法器电路 用模拟乘法器实现混频，就是在端和端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图7所示：通频带滤波器 图7 混频原理框图若 则经带通滤波器后，取差频 为所需要的中频频率。由MC1496 模拟乘法器构成的混频器电路如图8所示。图中，LC正弦波振荡器输出的10MHz正弦波由10端（X输入端）注入，高频信号源输出的10MHz正弦波由一端（Y输入端）输入，混频后的中频电压由6端经形带通滤波器输出，其中C17L11C11C19构成一选频滤波回路，调节可变电阻Rp能使14脚直流电位差为零，可以减小输出信号的波形失真，使电路平衡。在23脚之间加接

10、电阻，可扩展输入信号的线性范围。图8 MC1496构成的混频器 2.3 选频放大电路 电路连接如图所示，晶体管选2SC945，R1R2Re组成支流偏置电路，L2L3C2R构成并联谐振回路，其中R用来改变回路的Q值，C1为输入耦合电容，C3 为输出耦合电容，C7位晶体管发射极旁路电容，L1 C4C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响，R1 R2 提供电路的静态工作点。其中电路的谐振频率为静态工作点为 。 三电路仿真测试 根据设计方案，应用计算机Multisim软件进行了模拟仿真。用示波器观察LC正弦波振荡器的输出，输出波形如图10所示。图10 LC正弦波振荡器输出波形用示波器观察混频

11、器输出信号，波形如图11所示。图11 混频后的信号波形图用示波器观察模拟乘法器的输出，输出波形如图12所示。图12 模拟乘法器输出波形LC正弦波振荡器的输出频率应为 ，静态工作点 ；选频放大电路输出频率应为，静态工作点。通过仿真测试可得LC正弦波振荡器的输出频率为10.1MHz，静态工作点 ；选频放大电路输出频率为1.99MHz，静态工作点。 结论:有计算值与仿真值的比较可得,本设计基本完成了设计要求，并且由示波器可观察到相应的波形，仿真值基本满足要求，说明电路各部分均正常工作。美中不足的是仿真结果同理论值仍存在一定的误差，需要进一步改善电路的性能，使电路更加精确和抗干扰能力更强。四课程设计体

12、会本次课程设计的题目是混频器的设计，主要应用了通信电子线路中三方面内容，分别是电容三点式振荡电路、模拟乘法器和选频放大电路。通过查找资料，结合书本中所学的知识，完成了课程设计的内容。把书中所学的理论知识和具体的实践相结合，有利于我们对课本中所学知识的理解，并加强了我们的动手能力。在这次的课程设计过程中，我懂得了很多，课程设计不光是让我们去“设计”，更重要的是培养我们的能力！通过本次课程设计使我对通信电子线路又有了进一步的了解，增加了对所学知识的应用。本次课程设计教会我查阅书籍的重要性，通过翻阅书籍我找到了与我课设题目有关的内容，顺利进行了课程设计，我希望通过更多这样有价值的课设来充实自己。虽然

13、课设中有很多困难，但经过指导老师的帮助和我的努力都一一克服了，增强了自信心。参考文献1 宋树祥，周冬梅.高频电子线路.M北京大学出版社，2007年2月2 张义芳编著；高频电子线路第四版，哈尔滨工业大学出版社；2009年7月 附录 MC1496构成的混频器电路图附录 元器件清单序号编号元件名称型号数量1C15电容1.0nF1个2C14电容510pF1个3R10电阻15K1个4R9, R5电阻1.0k2个5L5可变电感10uH1个6U1模拟乘法器MC14581个7C7, C6电容1.6pF2个8C12电容1.0nF1个9C11, C10电容10nF2个10Q2三极管2SC9451个11R8电阻6.2