混频基本原理二
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。
混频器原理
自己复习一下二极管双平衡混频器的原理，请各位多指教。
二极管双平衡混频器（DBM）是一种低噪声，高动态范围的混频器。
在通信系统中，这种混频器是比较常见的器件。
二极管在这个器件里起开关作用，也就是说，DBM是被动式混频器，被输出电平较高的Loin驱动，实现混频。
Loin的电平的范围是+3dBm~+20dBm。
下面，介绍一下DBM的工作原理。
1。
当Loin送入正半周信号时，送入hsms-2829 pin1 和pin2的电位分别是正和负，如图1所示。
此时，hsms-2829内部其中两个二极管导通，另外两个二极管反偏截至，相当于电路在此处断开（见图2）。
由于做在一块硅片上的4个二极管的导通特性几乎完全一致，因此，hsms-2829 pin4的电位为0（严格地说是接近0），相当接地（见图2）。
从图2的等效电路中，我们发现IFout与RFin两个信号是同相的。
如果把Loin的正半周看成＋1，那么，IFout＝＋1×RFin＝RFin。
上传的图像2。
当Loin送入负半周，加在hsms-2829 pin1 和pin2的电位分别为负和正，如图3所示。
此时，hsms-2829内部其中两个二极管导通，另外两个二极管反偏截至。
由于做在一块硅片上的4个二极管的导通特性几乎完全一致，因此，hsms-2829 pin3的电位为0（严格地说是接近0），相当接地（见图4）。
从图4的等效电路中，我们发现IFout与RFin两个信号是反相的。
如果把Loin的负半周看成－1，那么，IFout＝-1×RFin＝－RFin。
因此，可以把DBM看作IFout＝Loin×RFin，其中Loin＝＋1 或—1的乘法器。
如果，Loin用ACos(2×pi×Flo)表示，RFin用BCos(2×pi×Frf)表示，则，IFout = ACos(2×pi×Flo)×BCos(2×pi×Frf)用三角函数的积化和差公式可得：IFout = 0.5×A×B×cos[2×pi×(Flo+Frf)] + 0.5×A×B×cos[2×pi×(Flo-Frf)]******-------------和频--------------**-----------差频----------------此外，如果DBM这4个二极管是不做精确配对的分立元件，则4个二极管的导通特性差异较大，很难保证IFout没有Loin的泄漏。
二极管环形混频器工作原理
二极管环形混频器工作原理二极管环形混频器是一种常用的无源混频器。
它的工作原理是利用两端均匀分布的二极管交错逆向集电连接组成的环形结构，在输入两个高频信号时产生非线性效应，从而产生混频信号。
工作原理二极管环形混频器的基本结构如图所示，其中有四条导线构成的环状结构，每条导线上有两个二极管，并且相邻两个二极管的极性相反，即正极连接在一起，负极连接在一起。
当输入两个高频信号时，它们沿着两条导线向环形结构中传播，经过相邻两个二极管的非线性特性，会产生二次谐波。
这些二次谐波在环形结构中沿着两个方向传播，最终会合并在一起，产生混频信号。
当输入的两个高频信号分别为f_1和f_2时，混频信号可以表示为：f_i=|2f_1-f_2|或f_i=|2f_2-f_1|。
当f_1=1GHz，f_2=1.2GHz时，混频信号为200MHz或400MHz。
二极管环形混频器的工作原理与反相器的反转器谐振原理有些相似，都是利用反向二极管的非线性特性产生谐波。
不过，在反向器中，反向二极管是通过电感串联来实现谐振的，而在环形混频器中，二极管是通过排列成环形来实现谐振的。
性能优点相比于其他混频器，二极管环形混频器具有以下优势：1. 节省功率。
二极管环形混频器没有放大器，不需要为信号提供额外的功率，因此具有较低的功耗。
2. 更广泛的频率范围。
由于工作原理是利用二极管的非线性特性产生二次谐波，因此其频率范围更广泛，可以覆盖几百MHz到数十GHz的范围。
3. 线性度较好。
由于二极管通过正反相间连接，可以抵消二极管之间非线性特性的差异，因此线性度较好。
4. 体积小，易于集成。
由于采用无源结构，且不需要额外放大器，因此体积小，便于在芯片上集成。
应用领域二极管环形混频器广泛应用于无线通信、雷达和毫米波成像等领域。
在无线通信中，它可用于实现频率转换、频率合成、频带过滤和混频信号的产生等功能。
在雷达领域，可以利用二极管环形混频器实现微弱信号的检测和处理。
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.
说明混频的工作原理及应用
说明混频的工作原理及应用工作原理混频（Heterodyning）是一种信号处理技术，常用于无线通信和电子设备中。
混频的工作原理基于两个不同频率的信号相互作用产生一个新的频率差信号。
这个新信号被称为中频信号（Intermediate Frequency, IF），可以更容易地进行处理和传输。
混频的工作原理包括以下几个步骤：1.输入信号：混频器的输入信号通常由两个不同频率的正弦波组成，分别被称为本地信号（Local Oscillator, LO）和射频信号（Radio Frequency,RF）。
本地信号的频率通常是固定的，而射频信号的频率则根据需求而变化。
2.混频器：混频器是混频过程中最关键的组件，它将本地信号和射频信号相互作用。
混频器根据正弦波的特性，对两个输入信号进行乘法运算，生成一个新的信号。
3.中频信号：混频器的输出信号为中频信号，其频率为本地信号频率与射频信号频率之差。
通常将射频信号频率转换为中频信号是为了方便后续处理和传输。
4.信号处理：中频信号经过滤波器、放大器和其它处理电路进行进一步的处理。
滤波器用于去除混频器输出信号中的杂散频率分量，放大器用于增强信号的幅度。
5.应用：经过信号处理后的中频信号可以被用于各种应用，如无线通信、广播、雷达、遥感和电视等领域。
应用混频技术在许多领域中都有广泛的应用，下面列举了其中一些常见的应用场景：•无线通信：在无线通信系统中，混频技术用于将射频信号转换为中频信号。
中频信号能够更容易地进行解调、调制和传输。
此外，混频技术还可以将多个信号混合在一起，从而实现频分复用和多路复用等技术。
•广播：广播系统使用混频器将高频信号转换为中频信号，方便后续的处理和传输。
通过混频技术，广播信号可以更远地传播，并且在接收端进行解调和放大。
•雷达：雷达系统使用混频技术将回波信号转换为中频信号。
中频信号经过滤波和放大后，可以提供更准确的目标信息，如目标的位置、速度和方向等。
•遥感：在遥感领域，混频技术常用于接收和处理卫星信号。
混频器原理
设输入已调高频信号:
uc= Uc(t)cos ωct 本振电压:uL=ULcos ωLt LC回路的谐振频率ωI= ωL-ωc， 其带宽B≥2Ω，回路谐振阻抗 为RP,，变压比为n=N2／N1， 输出中频信号电压uI为:
cos t
cos ( L
c )t
1 2
g1U c
cos
t
cos I t
ICI cos t cos I t
双极型晶体三极管混频器基本电路的交流通道 : 共射极混频电路 ：本振信号由基极串联方式注入 本振信号由射极注入
共基极混频电路：
VT +-uc +-uL
(a) VT
+-uc +-uL
注意如点果: 中频 fI fL fc ，则除 fL fc 的中频被选出外，还
有((21可))自减能身少fc选组这出合种qp其干干f它L扰扰的与的q1组外方f合I来法频干：率扰：无即关，q不pffcL能靠pqff提Lc 高ff前II 级电pfL路的qf选c 择性fI来抑制。
ωc
uo 乘法器
uL
ωL
Ωmax
带通滤波器
uI
2 Ωmax ωI=ωL-ωC
仿真2 仿真3
ωI=ωL-ωc 返回
5.5.2 混频器主要性能指标
(1)变频增益： 变频电压增益:
Au
输出中频电压振幅 输入高频电压振幅
UI Us
(2)噪声系数:
变频功率增益
:
GP
PI Pc
Pc Fn PI Pni
混频器工作原理详解
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。
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为了提高接收机的接收性能，很多接收机都采用超外差 接收方式，先将高频已调信号与本地振荡信号混频成中频已 调信号，然后再进行解调。 本小节介绍混频原理和混频电路，通过本小节的学习， 同学应掌握混频电路的组成模型、混频原理以及混频干扰的 来源和如果避免、削弱强的混频干扰
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(1) 选择合适的中频。 (2) 提高混频电路之前选频网络的选择性 , 减少进入混频电路 的外来干扰, 这样可减小交调干扰和互调干扰。对于镜频可采 用陷波电路将它滤掉。
(3) 采用具有平方律特性的场效应管、 模拟乘法器或利用平衡
抵消原理组成的平衡混频电路或环形混频电路 , 可以大大减少
无用组合频率分量的数目, 尤其是靠近有用频谱的无用组合频
率分量, 从而降低了各种组合频率干扰产生的可能性。
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2) 镜频干扰。
当p=r=1时, fn1=fL+fI。因为fc=fL-fI, 所以fn1与fc在频率轴
上对称分列于fL的两旁, 互为镜像, 故称fn1为镜像频率(简称
镜频)。
fI fc fL fI fn 1 f
例如fI=465kHz, fc=1MHz,则镜频为1930kHz。若外来干扰 中含有1930kHz的镜频, 就会产生镜频干扰。
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3.
若两个外来干扰能够进入混频电路, 并且和本振共同产生
的组合频率分量满足：
| ± fL±rfn1±sfn2|=fI
则也会产生干扰作用, 通常称为互相调制干扰(简称互调干 扰)。 其中r=1, s=2和r=2, s=1 两个组合频率分量影响最大, 由 于r+s=3, 故称为三阶互调干扰。显然, 其中两个外来干扰频与 载频的关系分别为: -f +2f =f n1 n2 c
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2. 当外来干扰和本振产生的无用组合频率分量满足：
|±pfL±rfn1|=fI
则也会产生干扰作用（寄生通道干扰）。 1) 中频干扰。 当p=0, r=1时, fn1=fI, 即外来干扰频率与中频相同。 例如中频为465kHz, 则同样频率的外来干扰即为 中频干扰的来源。
5.
若设u=us+uL, 则在输出电流表达式中, 电压偶次方项均会 产生中频分量。其中二次方项产生的振幅为 a2UsUL, 四次方项
3 产生的振幅为 3 a4 (U L U s U LU s3 )
幅并非与信号振幅Us成正比。Us越大, 失真越严重。因为Us就 是已调波的包络, 所以称此为包络失真。若Us太大, 包络失真太 严重, 使晶体管进入饱和区或截止区, 则无法将调制信号解调出 来, 通常称这种现象为强信号阻塞干扰。
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1. 二极管环形混频器
要求本振信号功率足够大，而输入信号为小信号。
实际应用时，输入输出端口均接滤波50Ω匹配网络
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2. 双差分对混频器
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5.5.3
混频器输入端
有用信号：us、uL
干扰信号：直接从天线进入的；混频器本身产生的；本振
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5.5.1 混频基本原理
二、混频电路的功能 变换后新 载频已调波的 调制类型和调 制参数不变。
f I fc f L
或
f I fc f L 或 f I f L fc
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fI > fc的称为上混频， fI < fc则称为下混频。
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三、混频电路的组成模型与基本原理
us
非线性器件
BPF
uI
uL
us
BPF
uI
uL
或
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f I fc f L f I fc f L 或 f I f L fc
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5.5.2 混频器电路
二极管环形混频器 工作频带宽，可达几GHz，噪声系数低、混频失真 小、动态范围大。但无混频增益，且要求本振信号大。 双差分对混频器 混频增益大，输出频谱纯净，混频干扰小，对本振电 压的大小无严格要求，端口间隔离度高。但噪声系数大。 三极管混频器
外来干扰能否顺利通过混频电路之前的选频网络。显然, 能产
生交调干扰和互调干扰的外来干扰频率都靠近信号载频fc
例如, 混频电路之前的选频网络带宽为10 kHz, 若fc=560 kHz, 则位于555 kHz～565kHz范围内的外来干扰都可能产生三阶交 调干扰。
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此中频分量就会如同一个干扰迭加在有用中频分量上。通常
称这种干扰为交叉调制干扰(简称交调干扰)。 其中由四次方 项产生的称为三阶交调干扰。虽然四次以上偶次方项也会产 生交调干扰, 但影响较弱。
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交调干扰有两个特点:
一是当信号消失, 即us=0, 则它也消失；
二是能否产生交调干扰与外来干扰的频率无关 , 只取决于此
式中 F为音频 , 则此组合频率分量能够产生干扰，且p 、
q越小，干扰影响越大 例如, 当fc=931 kHz, fL=1396 kHz, fI=465kHz时, 对应于p=1,
q=2的组合频率分量为:
|1396-2×931|=466kHz=465kHz+1kHz 466 kHz的无用频率分量在通过中放后, 与中频为465 kHz的 调幅信号一起进入检波器中的非线性器件 , 会产生 1kHz的差拍 干扰, 经扬声器输出后类似于哨声, 故称这种干扰为干扰哨声。
只有p=q=1, r=s=0对应的频率分量fI=fL-fc才是有用的中频. 若某些无用组合频率分量刚好位于中频附近 , 能够顺利通 后级电路对有用解调信号进行干扰 , 产生失真。且p、q、r、
s值越小，组合分量幅度越大，产生的干扰越大。 高频电子线路 西南科技大学网络教育学院
1.
当 ： |±pfL±qfc|=fI±F
的谐波产生的；高放非线性产生的。
混频器输出端：有用的中频分量（主通道），无用的中频 分量（假响应或者寄生通道）。
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Байду номын сангаас
假定混频电路中的非线性器件为晶体管, 其转移特性为:
i=a0+a1u+a2u2+a3u3+a4u4+… u=us+uL+un1+un2 =Uscos2πfct+ULcos 2πfLt+Un1cos2πfn1t+Un2cos 2πfn2t 则 输出的所有组合频率分量为: f=|±pfL±qfc±rfn1±sfn2|, p、 q、 r、 s=0, 1, 2, …
；2fn1-fn2=fc
互调干扰是由混频器的四次方项产生的。
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4 外来干扰和信号、 若设u=us+uL+un, 在输出电流表达式中, 偶次方项均会产 生中频分量, 其中四次方项a4u4产生的中频分量为 3a4UsU2nULcos 2π(fL-fc)t。显然, 这个中频分量与二次方项 a2u2产生的有用中频分量a2UsULcos2π(fL-fc)t不同, 因为它的 振幅是受外来干扰un的振幅Un控制的。若Un是交变信号, 则
2
可见, 实际中频分量振
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6 倒易混频
本振噪声和干扰信号混频，使本振噪声落入中频频带，
形成倒易混频，使输出端噪声加大，信噪比降低。
本振噪声越大，倒易混频影响越大。
针对混频干扰产生的具体原因, 可以采取以下三个方面 的措施来减小或避免。
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5.5
混频电路
5.5.1 混频基本原理
混频：又称变频，是一种频谱的线性拌移过程，它 把信号从一个频率变换到另一个频率，信号的其他 特征不变。 一、混频的应用 超外差接收机中把已调信号变为固定的中频。 单边带发射机中，用滤波法产生SSB信号，通常 先在比较低频率上调制和滤波，然后通过混频将 SSB信号搬移到工作频率上。