混频器设计及仿真

,

cos ,cos t V v t V v LO LO LO RF RF RF ωω==D

L RF R R v

i i +=-2232)

(22141πω-+=

-t K R R v i i LO D

L RF

实验名称：混频器设计及仿真

一、实验目的

1、理解和掌握二极管双平衡混频器电路组成和工作原理。

2、理解和掌握二极管双平衡混频器的各种性能指标。

3、进一步熟悉电路分析软件。 二、实验原理

混频器作为一种三端口非线性器件，它可以将两种不同频率的输入信号变为一系列的输出频谱，输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及其谐波。两个输入端分别为射频端RF 和本振LO 。输出端称为中频端IF 。基本原理图如图：

本实验采用二极管环形混频器如图：

由于RF LO

V V >>,二极管主要受到大信号LO V 控制，四个二极管均按开关状态工

作， 将二极管用开关等效，开关函数表示为：)(1t K LO ω，因此在LO v 正半周期间开关闭合，上

下

回

路

方

程

为

：

0)(,0)(233322=---+-=---+L D LO RF L D LO RF R i i R i v v R i i R i v v ，

求得： ， 与之相应的开关函数)(1t K LO ω，因此一般形式为： ，与之相应的开关函数)(1t K LO ω，因此一般形式为：

，同理分析得在LO v 负半周期间有：

专

业：信息对抗（12083511） 学生姓名：刘美琪（

12083103） 实验名称：混频器设计及仿真

)(22132t K R R v i i L D

L RF

ω+=-)

(22132t K R R v i i L D

L RF

ω+=

-

所以通过L R 的总电流为：

...]

3cos 34

cos 4[cos 22)()(3241+-+-=---=t t t R R V i i i i i LO LO LO D L RF o ωπ

ωπω所以知：双平衡混频器的输出电流中仅包括 的组合频率分量，

而抵消了RF LO ωω,即p 为偶数的众多组合频率分量。 三、实验要求

（1）LO 本振输入频率：1.45MHz ，RF 输入频率：1MHz ，IF 中频输出频率：450KHz 。 （2）LO 本振输入电压幅度：5V ，RF 输入电压幅度：0.5V 。 （3）混频器三个端口的阻抗为50Ω。

（4）在本实验中采用二极管环形混频器进行设计，二极管采用DIN4148。

（5）分析混频器的主要性能指标：混频增益、混频损耗、1dB 压缩点、输入阻抗，互调失

真等，画出输入输出的关系曲线。 四、实验过程 1、最终电路图

2、R2的输出电压波形图如图

进行FFT 变换后得到频谱图为

))((为奇数p t p RF LO ωω

±

输入电压波形图为

输入电流波形图为

则由图可以得到输入电压电流的幅值分别为mV V in 270=，mA I in 2.5=，输出电压幅值为

mV V IF 153=，因此，可计算出混频器的混频增益为

dB V V A in IF C 93.4270

153

log 20log

20-=== 输出的中频功率为mW R V P L

IF IF 23409.0212

==

RF 信号的输入功率为mW I V P in in in 3978.02

1

==

所以有混频器的混频损耗为dB P P L IF in C 3.223409.03978.0log 10log

10=== 对于RF 输入端可得到输入阻抗为Ω==

52in

in

in I V R 3、对不同的RF V 的电压值，可得到对应的in V 、in I 以及输出IF V 值，如下表所示

)(V V RF

)(/)(mA I mV V in in

)(mV V IF

)(V V RF )(/)(mA I mV V in in

)(mV V IF

0.1 55/0.89 31 1.3 650/12.4 400 0.3 162/2.62 92 1.4 710/13.5 430 0.4 218/3.6 122 1.5 740/15 450 0.5 270/4.5 153 1.6 775/16.3 465 0.6 320/5.4 185 2.0 850/23 515 0.8 440/7.4 245 2.5 900/32 545 1.0 525/9 310 3.0 920/41 565 1.1 570/9.3 340 3.5 980/50 575 1.2

625/11.2

366

在MA TLAB 中编写程序仿真可画出波形图，程序如下： function y=fun1(vin,Iin) y=(1/2)*vin*Iin;

function y=fun2(vif) y=(1/100)*vif^2; clear all ; clc;

data1=[55,162,218,270,320,440,525,570,625,650,710,740,775,850,900,920,980];

data2=[0.89,2.62,3.6,4.5,5.4,7.4,9,9.3,11.2,12.4,13.5,15,16.3,23,32,41,50];

data3=[31,92,122,153,185,245,310,340,366,400,430,450,465,515,545,565,575];

res1=zeros(1,length(data1)); res2=zeros(1,length(data1)); for ii=1:length(data1)

res1(ii)=fun1(data1(ii),data2(ii)); res2(ii)=fun2(data3(ii)); end res1;

res2=res2*10^(-3); res1=10*log10(res1); res2=10*log10(res2); plot(res1,res2); grid on ;

set(gca,'ytick',[-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10])

set(gca,'xtick',[20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40])

xlabel('Pin(dBm)');

ylabel('Pif(dBm)');

通过MATLAB仿真可以得到输入、输出功率（dBm）的关系图如图：