混频器原理分析
混频器的工作原理
混频器的工作原理混频器是一种常见的电子器件，用于将不同频率的信号进行混合，产生新的频率信号。
混频器的工作原理涉及到频率转换和非线性元件的特性，下面将详细介绍混频器的工作原理。
首先，混频器的工作原理基于非线性元件的特性。
在混频器中，通常会使用二极管或场效应管等非线性元件。
当输入的两个不同频率的信号经过这些非线性元件时，会产生新的频率信号。
这是因为非线性元件会使输入信号产生交叉调制，产生新的频率成分。
其次，混频器的工作原理还涉及到频率转换。
在混频器中，通常会有一个本地振荡器。
本地振荡器会产生一个特定频率的信号，这个频率通常称为本振频率。
当输入的两个信号与本地振荡器产生的信号进行混合时，会产生新的频率信号，这个新的频率信号就是混频器的输出信号。
混频器的工作原理可以用以下公式来表示，f(IF) = |f(LO) f(RF)|，其中f(IF)为中频输出信号的频率，f(LO)为本地振荡器的频率，f(RF)为射频输入信号的频率。
根据这个公式可以看出，混频器的输出信号频率与本地振荡器的频率和射频输入信号的频率之差有关。
另外，混频器还可以实现频率的上变频和下变频。
当本地振荡器的频率大于射频输入信号的频率时，混频器实现的是频率的上变频；当本地振荡器的频率小于射频输入信号的频率时，混频器实现的是频率的下变频。
这样就可以实现对输入信号频率的转换。
总的来说，混频器的工作原理是通过非线性元件产生交叉调制，实现输入信号频率的转换，从而产生新的频率信号。
它在无线通信、雷达、电视接收等领域都有着广泛的应用。
混频器的工作原理的深入理解对于电子工程师来说是非常重要的，也为混频器的设计和应用提供了理论基础。
混频器原理分析范文
混频器原理分析范文混频器是一种电子器件，用于将不同频率的信号进行混合。
它是无线通信系统中的重要组成部分，被广泛应用于无线电、雷达、卫星通信等领域。
混频器的主要原理是通过非线性元件将两个或多个频率不同的信号相互作用，产生新的频率成分。
本文将介绍混频器的工作原理、基本结构和应用。
一、混频器的工作原理：混频器的工作原理基于混频效应，即叠加两个或多个频率不同的信号时，将原信号的频率分量与新产生的频率分量相互作用，产生新的频率成分。
混频器通常由两个输入端口和一个输出端口组成。
其中一个输入端口称为本振端口，主要提供一个稳定的参考频率。
另一个输入端口称为信号端口，主要提供需要混频的信号。
混频器的核心原理是非线性元件对输入的两个信号进行乘积运算。
这个非线性元件可以是二极管、场效应管或二极管转角器等。
在混频器中，当信号通过非线性元件时，其频率分量会发生非线性变化，产生新的频率分量。
例如，当输入信号的频率为f1，本振信号的频率为f2，经过非线性元件的作用后，将会产生两个新的频率分量，分别为f1±f2、其中f1±f2的频率称为混频频率。
混频器的输出信号可以通过滤波器进行选择，以选择所需的频率分量。
混频器可以实现频率变换、幅度调制或解调等功能。
二、混频器的基本结构：混频器通常采用平衡混频器或单端混频器结构。
1.平衡混频器：平衡混频器由两个对称的非线性元件组成，一般为二极管。
其输入端口由本振信号和信号信号来驱动。
当输入的两个信号频率相同时，平衡混频器可以有效抑制本振信号的干扰，并提高混频器的性能。
平衡混频器原理如下：两个对称的二极管分别连接到本振和信号输入端口。
当本振信号和信号信号驱动混频器时，二极管的非线性特性会产生混频频率。
通过使用平衡电路，可以抵消不必要的本振信号分量，从而提高混频器的性能。
2.单端混频器：单端混频器只使用一个非线性元件，一般为二极管或场效应管。
它的结构简单、成本较低，但由于缺乏平衡电路，容易产生本振信号干扰等问题。
混频器电路工作原理
混频器电路工作原理
混频器电路是一种用于频率变换的电路，其工作原理主要是利用非线性电阻元件的特性，将两个不同频率的信号混合在一起，输出得到两个输入信号的和频信号和差频信号。
在混频器电路中，常用的非线性元件有二极管、晶体管等。
以二极管混频器为例来说明其工作原理：
1. 工作偏置：对二极管进行偏置使其在正向截止区工作，即保持二极管处于反向偏置状态。
2. 输入信号：将两个不同频率的输入信号分别输入到二极管的两个端口，其中一个信号为射频信号(RF)，另一个信号为本振信号(LO)。
3. 非线性特性：二极管在正向截止区具有非线性特性，当输入射频信号和本振信号通过二极管时，非线性特性会导致二极管产生交叉调制效应。
交叉调制过程实际上是两个频率信号相乘的过程。
4. 输出信号：经过交叉调制后，二极管产生了和频信号
(RF+LO)和差频信号(RF-LO)。
通常情况下只取其中一个也可
以称之为产品信号。
5. 滤波：由于混频器产生了很多杂散频率，需要通过滤波器对输出信号进行滤波，保留所需的和频信号或差频信号。
总结起来，混频器电路的工作原理主要包括非线性调制、交叉调制和滤波等过程。
通过将不同频率的输入信号经过非线性元件相乘，得到和频信号和差频信号，进而实现频率变换的功能。
混频器原理
混频器原理混频器是一种广泛应用于通信领域的电子元件，它的作用是将两个或多个不同频率的信号进行混合，产生出新的频率信号。
混频器在无线通信、雷达、卫星通信等领域都有着重要的作用，下面我们来详细了解一下混频器的原理。
混频器的原理基于非线性元件的特性，它可以将两个输入信号的频率进行线性或非线性的组合，产生出新的频率信号。
混频器通常由三个端口组成，射频输入端口、本振输入端口和中频输出端口。
射频输入端口用来接收高频信号，本振输入端口用来接收本振信号，中频输出端口则输出混频后的中频信号。
在混频器中，射频信号和本振信号首先通过非线性元件相互作用，产生出包含原始频率和它们的和、差频率的信号。
然后通过滤波器将所需的频率信号进行选择，最终输出所需的中频信号。
混频器的原理可以用数学公式来描述，假设输入的射频信号为$A_{RF}\cos(2\pi f_{RF}t)$，本振信号为$A_{LO}\cos(2\pi f_{LO}t)$，其中$A_{RF}$和$A_{LO}$分别为射频信号和本振信号的幅度，$f_{RF}$和$f_{LO}$分别为射频信号和本振信号的频率，t为时间。
那么混频器的输出信号可以表示为：$A_{IF}\cos(2\pi f_{IF}t) =\frac{1}{2}A_{RF}A_{LO}\cos(2\pi(f_{RF}+f_{LO})t) +\frac{1}{2}A_{RF}A_{LO}\cos(2\pi(f_{RF}-f_{LO})t)$。
其中$A_{IF}$和$f_{IF}$分别为中频信号的幅度和频率。
从上式可以看出，混频器的输出信号包含了原始频率和它们的和、差频率成分。
混频器的原理还涉及到一些重要的参数，比如转换增益、转换损耗、隔离度等。
转换增益是指混频器将射频信号和本振信号转换成中频信号时的增益，转换损耗则是指在信号转换过程中损失的功率。
隔离度是指混频器在工作时射频信号和本振信号之间的隔禅程度，隔离度越高，说明混频器的性能越好。
混频器原理分析
郑州轻工业学院课程设计任务书题目三极管混频器工作原理分析专业、班级学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、主要内容分析三极管混频器工作原理。
二、基本要求1：混频器工作原理，组成框图，工作波形，变频前后频谱图。
2：晶体管混频器的电路组态和优缺点。
3：自激式变频器电路工作原理分析。
4：完成课程设计说明书，说明书应含有课程设计任务书，设计原理说明，设计原理图，要求字迹工整，叙述清楚，图纸齐备。
5：设计时间为一周。
三、主要参考资料1、李银华电子线路设计指导北京航天航空大学出版社2005.62、谢自美电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社2003.103、张肃文高频电子线路高等教育出版社 2004.11完成期限：2010.6.24-2010.6.27指导教师签名：课程负责人签名：2010年6月20日目录第一章混频器工作原理------------------------------------------4第一节混频器概述------------------------------------------------4第二节晶体三极管混频器的工作原理和组成框图---------5第三节三极管混频器的工作波形和变频前后频谱图------8第二章晶体管混频器的电路组态和优缺点------10第一节三极管混频器的电路组态和优缺点-------第二节三极管混频器的技术指标------第三章自激式变频器电路工作原理分析--------------------12第一节自激式变频器工作原理分析---------------------12第二节自激式变频器与他激式变频器的比较------------------------13 第四章心得体会---------------------------------------14第五章参考文献---------------------------------------15第一章混频器工作原理第一节混频器概述1.1.1混频器简介变频（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。
混频器工作原理详解
混频器工作原理详解
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，这种频率变换应该是不失真的，原载频已调波的调制方式和所携带的信息不变。
在发射系统中混频器用于上变频，在接收系统中一般用于下变频。
目前混频器已广泛运用千雷达、电子对抗、通信、遥控遥测、广播电视等领域，混频器技术指标的好坏将直接影响整机性能的发挥。
——』混频器的工作原理
混频是指将信号从一个频率变换到另外一个频率的过程，其实质是频谱线性搬移的过程，混频器是输出信号频率等千两输入信号频率之和、差或为两者其他组合的电路。
在多信道发射系统中，由于基带频率很低若采用普通混频器作频谱搬移，则在信道带宽内将有两个边带，从而影响频谱资源的利用。
这时可采用单边带调制器来抑制不需要的边带，其基本结构为两个混频器、一个90度功分器和一个同相功分器。
将基带信号分解为正交两路与本振的正交两路信号混频，采用相位抵销技术来抑制不需要的边带，本振由于混频器自身的隔离而得到抑制。
混频失真和干扰的抑制
1、消除或减少交调、互调干扰的方法
a、采用线性度好的混频器，选择合适静态工作点；
b、降低射频信号输入幅度，使混频器工作在线性时变工作状态，减少混频的高次谐波分量；
C、从电路结构上考虑，采用多个非线性器件构成平衡混频电路，抵消一部分无用的组合频率分量；
d、采用补偿及负反馈技术实现接近理想的相乘运算。
2、消除或减少互易混频干扰的方法
a、采用线性度较好的混频器；
b、提高本振信号频谱纯度。
混频器原理
VT + uc + uL -
ic
C L
E B uL (t ) uI g R L U ( t ) cos I t U I ( t ) cos I t U L1 Ucc 则集电极电流为 如果 2
UB(t)
EB EC
U (t ) 1 其中g (t 为时变跨导，受 u L ( t ) U L cos L t 的控制,而输入信为: A ) g R U (t ) 2 u c U c cos t cos c t
仿真
max
谐振阻抗为 R L ，则输出电压
uI (t ) 4 π g d R L U c ( t ) cos( L c ) t 4
而环形混频器的输出是平衡混频器输出的2倍。且减少了输出 信号频谱中组合频率分量,即减少了混频器所特有的组合频率干扰。
g d R L U c ( t ) cos I t U I ( t ) cos I t
L
C
L
iDt = I
I DSS U
uc
Rg
uGS
Rs
uL
栅—源间的电压uGS为： uGS=UGSQ+uc-uL= UGSQ+Uc(t)cos ωct -ULcos ωLt 转移特性为平方律关系，即 ：
i D I DSS ( 1 u GS U GS ( off
uI(f I)
B
如果设输入信号为 u c ( f c ) ,本振频率信号为 u L ( f L ) (3)交叉调制干扰：有用信号 c ) 则通过非线性元件的信号 u o pfuL (f cqf c 与干扰信号 u (0 ,n1 , 2 ，其中 p , q n f ) 混频产生的干扰。 而这些组合频率的信号中只要和中频频率 f I f L f c 相同或接近， 都会和有用信号一起被选出，并送到后级中放，经放大后解调输出而引 (4)互调干扰：指两个或多个信号同时作用在混频器 起串音，啸叫和各种干扰，从而影响有用信号的正常工作。 输入端，经混频产生的组合分量而形成的干扰。 (5)阻塞干扰 一般混频器存在下列干扰： (1)干扰哨声：接收的射频信号u c ( f c ) 与本振信号 u L ( f L ) (6)倒易混频 的自身组合干扰，即
混频器
（二 ） Gilbert混频器
M1和Ls构成了跨导级，将RF电压转化为 电流。Ls用于改善其线性度并实现阻抗 匹配。M2和M3作为开关由LO驱动，M1 的漏电流交替流过输出负载。等效于将 RF信号乘上一方波信号。其关键是要减 小两个开关管同时导通的时间，以实现 较低的噪声和较好的线性度。因此，要 求LO具有较大的摆幅。CMOS开关对一 般比三极管结构要求LO具有更大的摆幅。 这种混频器具有较好的LO与RF间隔离性。 虽然，LO将通过M1的栅漏电容泄漏到 RF输入端。但是，由于M1的漏端工作 在相位相反的两个平衡LO驱动频率下， 因此不存在LO频率泄漏。
复用技术（M1管）， 有效提高增益并减 小信号泄漏。 缺点： 1、占用面积大， 2、功耗较大
图2-3 改进型的折叠式混频器
（二 ） 无源混频器
Cs和Ls是为了引入源级负反馈，降低 电流注入技术降低了 M3.4.5.6的直流电流， gm3,从 电流镜的引入使得在无源混平器当中必须的 跨阻放大器不再必须，从而大大降低了噪声 而降低噪声。 同样起到降低噪声的效果。
优点： 1运行电压低。 2通过电流镜方案，不需要 运算放大器，从而降低了噪 声。 缺点： 1功耗比较大。
此混频器采用无源混频器
图2-4电流镜型无源混频器
（三 ）
参考文献
[ 1 ] I-Chuan Chen, Jeng-Rern Yang. 2 - 13GHz Broadband CMOS Low Voltage Mixer with Active Balun Designed for UWB Systems. 2010 IEEE International Conference of Electron Devices and Solid-State Circuits (EDSSC) [ 2 ] DaeHoon Na. A 1.2 V, 0.87–3.7 GHz Wideband Low-Noise Mixer Using a Current Mirror for Multiband Application. IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 22, NO. 2, FEBRUARY 2012 [ 3 ] Saeed Gholami, Hossein Shamsi. Design and Analysis of a High-Linear UWB CMOS Mixer. Electrical Engineering (ICEE), 2011 19th Iranian Conference on [ 4 ]兰飞, 李宁, 李巍, 任俊彦.6. 2~ 9. 4 GHz DC-OFDM超宽带接收机射频前端设计. Journal of Fudan University ( Natural Science) 2011 年8月第50 卷 第4 期.
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郑州轻工业学院课程设计任务书题目三极管混频器工作原理分析专业、班级学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、主要内容分析三极管混频器工作原理。
二、基本要求1：混频器工作原理，组成框图，工作波形，变频前后频谱图。
2：晶体管混频器的电路组态及优缺点。
3：自激式变频器电路工作原理分析。
4：完成课程设计说明书，说明书应含有课程设计任务书，设计原理说明，设计原理图，要求字迹工整，叙述清楚，图纸齐备。
5：设计时间为一周。
三、主要参考资料1、李银华电子线路设计指导北京航天航空大学出版社2005.62、谢自美电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社2003.103、张肃文高频电子线路高等教育出版社 2004.11完成期限：2010.6.24-2010.6.27指导教师签名：课程负责人签名：2010年6月20日目录第一章混频器工作原理------------------------------------------4第一节混频器概述------------------------------------------------4第二节晶体三极管混频器的工作原理及组成框图---------5第三节三极管混频器的工作波形及变频前后频谱图------8第二章晶体管混频器的电路组态及优缺点------10第一节三极管混频器的电路组态及优缺点-------第二节三极管混频器的技术指标------第三章自激式变频器电路工作原理分析--------------------12第一节自激式变频器工作原理分析---------------------12第二节自激式变频器与他激式变频器的比较------------------------13 第四章心得体会---------------------------------------14第五章参考文献---------------------------------------15第一章混频器工作原理第一节混频器概述1.1.1混频器简介变频（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，cosαcos β=[cos(α+β)+cos(α-β)]/2 。
其中α为信号频率量，β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。
1.1.2混频器的分类从工作性质可分为二类，即加法混频器和减法混频器分别得到和频及差频。
从电路元件也可分为三极管混频器和二极管混频器。
从电路分有混频器（带有独立振荡器）和变频器（不带有独立振荡器）。
混频器和频率混合器是有区别的。
后者是把几个频率的信号线性的迭加在一起，不产生新的频率。
1.1.3混频器的相关参数（1）噪声系数：混频器的噪声定义为：NF=Pno/Pso。
Pno是当输入端口噪声温度在所有频率上都是标准温度时，传输到输出端口的总噪声资用功率。
Pno主要包括信号源热噪声，内部损耗电阻热噪声，混频器件电流散弹噪声及本振相位噪声。
Pso为仅有有用信号输入在输出端产生的噪声资用功率。
（2）变频损耗：混频器的变频损耗定义为混频器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）1dB压缩点：在正常工作情况下，射频输入电平远低于本振电平，此时中频输出将随射频输入线性变化，当射频电平增加到一定程度时，中频输出随射频输入增加的速度减慢，混频器出现饱和。
当中频输出偏离线性1dB时的射频输入功率为混频器的1dB压缩点。
对于结构相同的混频器，1dB压缩点取决于本振功率大小和二极管特性，一般比本振功率低6dB。
（4）双音三阶交调：如果有两个频率相近的微波信号fs1和fs2和本振fLO一起输入到混频器，由于混频器的非线性作用，将产生交调，其中三阶交调可能出现在输出中频附近的地方，落入中频通带以内，造成干扰，通常用三阶交调抑制比来描述，即有用信号功率与三阶交调信号功率比值，常表示为dBc。
因中频功率随输入功率成正比，当微波输入信号减小1dB时，三阶交调信号抑制比增加2dB。
（5）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。
（6）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。
（7）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（1dB压缩点上升，三阶交调系数改善）。
（8）端口驻波比：端口驻波直接影响混频器在系统中的使用，它是一个随功率、频率变化的参数。
（9）中频剩余直流偏差电压：当混频器作鉴相器时，只有一个输入时，输出应为零。
但由于混频管配对不理想或巴伦不平衡等原因，将在中频输出一个直流电压，即中频剩余直流偏差电压。
这一剩余直流偏差电压将影响鉴相精度。
第二节晶体三极管混频器的工作原理及组成框图1.2.1 组成框图变频（混频）是将高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率。
通常指将高频信号的载波频率从高频变为中频同时必须保持其调制规律不变。
具有这种功能的电路称为混频电路或变频电路，亦称为混频器或变频器。
一般变频器应有四部分组成，即输入电路、非线性器件、带通滤波器和本机振荡器，如图2-1所示，图中本机振荡器用来提供本振信号频率fL。
输入高频调幅波Vs，与本振等幅波VL，经过混频后输出中频调幅波Vi。
输出的中频调幅波与输入的高频调幅波的调制规律完全相同。
亦即变频前后的频谱结构相同，只是中心频率由fs改变为fi，亦即产生了频谱搬移。
图1-1 晶体管混频器的组成框图1.2.2 混频器工作原理晶体三极管混频器的原理性电路如图2-2所示，在发射结上作用有三个电压，即直流偏置电压VBB、信号电压Us和本振电压UL。
为了减少非线性器件产生的不需要分量，一般情况下，选用本振电压振幅ULM>>USM，也就是本振电压为大信号，而输入信号电压为小信号。
在一个大信号uL和一个小信号us同时作用于非线性器件时，晶体管可近似看成小信号的工作点随大信号变化而变化的线性元件，如图1-5所示。
t1时刻，在偏压VBB和本振电压UL的共同作用下，它的工作点在A点，此时us较小。
因此，对us而言，晶体管可以被近似看成工作于线性状态。
在另一时刻t2，对于us而言，由于偏压和本振电压的作用，工作点移到B点，这是对us仍可看成工作于线性状态。
虽然两个时刻均工作于线性状态，但工作点不同，这两个时刻的线性参数就不一样。
因为us的工作点随uL的变化而变化，所以线性参量也就随着uL变化而变化，可见线性参量是随时间变化的，这种随时间变化的参量称为时变参量。
这样的电路称为线性时变电路。
应当注意，虽然这种线性时变电路是由非线性器件组成。
但对于小信号us来说，它工作于线性状态，因此，当有多个小信号同时作用于此种电路的输入端时，可以应用叠加原理。
图2-2 晶体管混频原理性电路晶体三极管混频器工作原理以共发射极注入式为例，分析如下：设输入信号us=Vscoswst，本振电压ul=Vlcoswlt，混频器伏安特性为，而，则将ube带入上式得由上式可知，当两个不同频率的高频电压作用于非线性器件时，电流中不仅含有基波（wl，ws）成分，同时由于平方项的存在，还产生了许多新的频率成分（即直流分量，二次谐波，和频和差频）。
其中差频分量w l-ws为所需的中频成分wi，通过滤波网络，就能选出中频成分，即完成混频。
第三节三极管混频器的工作波形及变频前后频谱图混频器将接收到的高频载波信号与本振产生的信号混频，接收到高频载波信号的频率为fs，幅度为Uam（t），本振电路产生的频率为fl，当经过混频后变成一固定中频fi=fs-fl。
通过示波器观察，可得出混频前后的工作波形如下图所示：图3-5 变频前后的工作波形图通过频谱分析仪我们同样可以得到其变频前后的频谱变化，如下图所示：图4-6 变频前后的频谱图第二章晶体管混频器的电路组态及优缺点第一节三极管混频器的电路组态及优缺点图2-1中电路（a）和（b）为共射混频电路，（c）（和d）为共基混频电路。
电路（a），信号电压由基极输入，本振电压由基极注入优点：因为它的输入阻抗较大，因此用做混频时，本振电路容易起振，。