高频课程设计—混频器讲解
高频电路基础混频器
设法在负载上提取此项，可以完成信号的n次方或相乘等非线 性运算结果。
2020/7/15
高频电路基础
6
非线性电路的频率变换作用
当v1和v2都是简谐信号时，输出信号的 (v1＋v2)n 项为
iDn an (V1m cosw1t V2m cosw2t)n an (V1m cosw1t)n nan (V1m cosw1t)n1V2m cosw2t ... ... nanV1m cosw1t(V2m cosw2t)n1 an (V2m cosw2t)n
所以，在 (v1＋v2)n 项中将出现输入信号中所没有的频率成分
wn = | pw1±qw2 |，其中 p + q = n ，称为组合频率输出信号
当只有一个输入信号时，(v1＋v2)n 项退化为vsn，此时的输出
信号中含有频率为wn = nws的成分，即输入信号的 n 次倍频
信号
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频谱变换
调制：将消息信号调制到载波上
解调 信息信号的频谱
调制
fC
f 已调信号的频谱
变频：将已调信号改变到另一个载频。根据改变前后的频率 高低，分成上变频和下变频
上变频 下变频
f
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高频电路基础
1
变频的作用
改变载波的频率（上变频、下变频），达到某个需 要的频率。
通过变频，可以实现对不同频率的输入信号以同一 个频率进行放大，从而满足对于增益、带宽、矩形 系数等一系列指标
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假定由偏置电阻确定的偏置电压为VBB，则将 iC 在工作点附近展 开（3次项及以上忽略）后，有
高频课程设计—混频器讲解
《通信电子线路》课程设计说明书混频器院、部：电气与信息工程学院学生姓名：卢卓然指导教师：张松华职称副教授专业：电子信息工程班级：电子1201班学号： 1230340104完成时间：2014.12.222014年12月摘要模拟相乘器的主要技术指标是工作象限、线性度和馈通度。
工作象限是指容许输入变量的符号范围。
只容许ux和uy均为正值的相乘器称为一象限的,而容许ux和uy都可以取正、负值的则称为四象限的。
线性度是指相乘器的输出电压uO与输入电压ux(或uy)成线性的程度。
馈通度是指两个输入信号中一个为零时，另一个在输出端输出的大小。
混频是将载波为高频的已调信号，不失真地变换为载波为中间的已调信号。
在通信接收机中, 混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号, 而保持其调制规律不变。
例如, 在超外差式广播接收机中, 把载频位于535 kHz～1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为465kHz的普通调幅信号, 把载频位于88 MHz～10.8MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号, 把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为38 MHz的视频信号。
由于设计和制作增益高, 选择性好, 工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易, 所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。
此设计就是利用仿真软件，采用模拟相乘器实现混频电路的。
关键词：模拟相乘器；混频电路ABSTRACTThe mixer in communication engineering and radio technology, application is very extensive, in modulation system, the input of baseband signal are throughfrequency conversion into a high frequency modulated signal. In the demodulation process, the received modulated high frequency signal afterfrequency conversion, into intermediate frequency signals corresponding to.Especially in the superheterodyne receiver, mixer is widely used, such as AMradio receiver will be amplitude modulated signal 535KHZ- a 1605KHZ to become 465KHZ IF signal, image signal television receiver will have a 870M48.5M to become 38MHZ of intermediate frequency image signal. In mobile communication, a frequency and the two frequency etc..In the transmitter, in order to improve the stability of transmitting frequency, uses the multistagetype transmitter. With a low frequency of the quartz crystal oscillator as the main oscillator, generating the main oscillation signal of a frequency is verystable, and then through the frequency plus or minus, multiply, divide intoradio frequency, we must use a mixer circuit, such as converting TV transposer transceiver channel, the uplink, downlink frequency in satellitecommunication transform, must be in the mixer. Thus, mixing circuit is the key module of Applied Electronic Technology and professional radio must master.Key words anlog mixer; mixer circuit目录绪论 (1)1 系统分析 (3)1.1 设计课题任务 (4)1.2 课题基本原理 (5)1.3 混频电路分类 (6)1.4 混频电路的实际运用 (7)2 单元电路工作原理 (8)2.1 模拟乘法器 (9)2.2 混频器 (10)2.3 选频电路 (11)3 电路性能指标测试 (15)4 结论 (16)参考文献 (17)致谢 (18)附录 (19)绪论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。
混频讲义
将上两式合并（取等号）有:
fs
p 1 q p
1、中频干扰：
P=0 q=1时:fn= fI
原因：混频器输入端选择性不好，fn 漏入混频级，fn被放
大，形成较强干扰。
抑制方法：①提高混频器多级选择性。
②前级增加中频陷波器。
2、镜像干拢：
•由于 :
fn
1 q
( pfo
fI
)
•若q=p=1, fn= fo+ fI= fs+2fI
fI fI
fs f0 fn
fI
f 0.7 q p
p 1 q p
fI
(∵fI>> f0.7)
上式说明:
1)当输入信号频率等于或近似等于 fI 的整数倍或分数倍时， 就有可能产生啸叫。
2)接收系统只有对落在其频带内的 fs 才可能产生啸叫; •其中 p=0 、q=1(即fs=fI)时，干扰啸叫最强; •为避免最强的啸叫，应将中频选在接收频段以外。
2、选择性 ： 混频输出应只有中频信号，但实际有很多干扰，为抑制干扰， 要求输入、输出具有良好的选择性。希望 k0.1 →1
3、非线性干扰：混频同时,还会在中频附近产生许多非线性 干扰。如组合f干扰、交调干扰……要求混频器件最好工作在 曲线的平方项区域，以抑制各种干扰。
4、混频噪声：混频器处于接收机前端，它的噪声大小会影响 整机的噪声指标。
高频电路基础第6章-混频器ppt课件
2021/7/25
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减少输出中无用分量的方法
混频器中只需n=2的交叉乘积项中含有的和频或差频分量是 需求的，其他一切组合频率分量都是无用输出。为了阻止无用 输出，实践的混频器在以下几方面采取措施： 在输出端用滤波器取出需求的频率成分，抑制无用输出 在电路构造上采取一定的抵消、补偿等手段消除无用输出 改动非线性器件任务形状
第6章 混频器
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频谱变换
调制：将音讯信号调制到载波上
调制
fC
解调
信息信号的频谱
f 已调信号的频谱
变频：将已调信号改动到另一个载频。根据改动前后的频率 高低，分成上变频和下变频
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上变频 下变频
.
f
2
变频的作用
改动载波的频率〔上变频、下变频〕，到达某个需 求的频率。
经过变频，可以实现对不同频率的输入信号以同一 个频率进展放大，从而满足对于增益、带宽、矩形 系数等一系列目的
iC (t) gm (t) vRF gm (t) VRF cosRFt
其中
gm (t)
io vi
io iQ (t )
称为时变跨导
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22
将时变跨导展开：
gm (t) g0 g1 cosLOt g2 cos 2LOt ...
其中：
gn
211ggm m(t()tc)dos((nLt)Lt)d (Lt)
(1
vgs VGS (off
)
)2
I DSS
(1
VGSQ
VL
cos Lt
VGS (off
高频第7章混频电路ppt课件
双极型晶体三极管混频器根本电路的交流通道 :
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.
VT
+- uc +- uL
(a)
CL
共基极混频电路：
VT
+-uc uL+(b)
C L
VT +- uc +- uL
3. 振幅调制、检波与混频器的相互关系
(1) 调幅(DSB为例)
uΩ
乘法器
uDSB 带通滤波器
uc
〔2〕检波
uDSB
乘法器 uc
〔3〕混频 uDSB
= uc
乘法器
2Ωma x
ωo
低通滤波器
uΩ
Ωmax
带通滤波器
uI
uL ωc
2 Ωmax
ωI=ωL-
ωL
ωC
ωI=ωL-ωc
混频器主要性能目的
1.混频增益
vR F
非线性 器件
带通滤 波器
vIF
vL
本机O振 荡器
混频器的普通构造框图
2 混频器任务原理 混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口网络。
uc (t)
uc
t
混频器 uI uL
uc的频谱
uL (t)
t
Fc-F fc fc+F
f uL的频谱
uI (t) t
uI的频谱
fI-F fI fI+F
f
有两个输入信号：
第六章小结
• 调角信号的根本概念，包括定义、表达式、频谱 构造、有效带宽及功率等参数。
高频第6章混频器原理与组合频率干扰(4)(课堂PPT)
3.抑制措施：将接收机的中频选在接收机频段外。
如：中频段广播收音机的接收频率为550－1605KHz， 而中频为465KHz。
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二、组合副波道干扰（与两个电台有关）
现象：干扰信号与有用信号本振频率的组合频率接近中频， 该频率与中频差拍检波，形成音频，产生干扰哨声。
∴ 电流 i 与已调波电压 u 的调制规律是完全相同的，不同的只
是载波频率，从而完成了变频作用。
5
.
三、混频器的主要技术指标（P207）
◆ 混频增益（包括电压增益和功率增益 ）
电压增益：输出中频电压振幅UI与输入高频电压振幅Us之比 。
Auc
U U
I s
功率增益：输出中频信号功率PI与输入高频信号功率PS之比。
原因：由晶体管特性中的三次方或更高次非线性项引起。 注意：从数学分析的过程中可以看到，交叉调制与本振频率、
干扰频率都没有关系，完全由非线性器件的三次方以上 高阶项造成的。因此，加强前端滤波性能，选择合适的 器件或合适的工作状态，可大大减少交调干扰。
克服措施：
① 提高混频器前级电路的选择性，以减小干扰信号的幅值。
A pc
PI Ps
6
.
◆ 选择性：接收有用信号，排除干扰信号的能力。 主要是指：在满足通频带要求的前提下，排除邻近信道干扰的 能力，取决于中频滤波网络的选频特性。
◆ 噪声系数 ：混频器位处接收机前端电路，其噪声系数对整 机的噪声系数影响极大；因此，要尽量降低混频器的噪声 系数。措施：① 使用低噪声器件； ②采用模拟乘法器或具 有平方律特性的非线性器件。
数学表达式为： pfL qfn fI 可分解成四个方程，但仅两个有效。
高频电子课程设计晶体管混频器
目录目录 (1)第一章混频器的工作原理分析 (2)第一节三极管混频器的工作原理及组成框图 (2)第二节三极管混频器的工作波形及变频前后频谱图 (4)第二章晶体管混频器的电路组态及优缺点 (5)第一节三极管混频器的电路组态及其优缺点 (5)第二节三极管混频器的技术指标 (6)第三章自激式变频器电路工作原理分析 (9)第一节自激式变频器工作原理分析 (9)第二节自激式变频器与他激式变频器的比较 (10)第四章心得体会 (11)第一章混频器的工作原理分析第一节三极管混频器的工作原理及组成框图1.1 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。
一般变频器应由四部分组成，即输入回路、非线性器件、带通滤波器和本机振荡器组成，如图1-1所示，图中本机振荡器用来提供本振信号频率f L。
输入高频调幅波s v，与本振等幅波L v，经过混频后输出中频调幅v。
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。
亦即波i变频前与变频后的频谱结构相同，只是中心频率由f s改变为f i，亦即产生了频谱搬移。
图1-1 晶体管混频器的组成框图混频器工作原理：晶体三极管混频器的原理性电路如图1-2所示，在发射结上作用有三个电压，即直流偏置电压BB v 信号电压s u 和本振电压L u 。
为了减小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U U SM LM ，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L u 和一个小信号s u 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。
1t 时刻，在偏压BB v 和本振电压L u 的共同作用下，它的工作点在A 点，此时s u 较小。
因此，对s u 而言，晶体管可以被近似看成工作于线性状态。
混频器
时变跨导的基波分量为
g1 (t )
2
1
g D cos L 0t
g (t ) 与射频电压 vRF (t ) 相乘得到中频电流为
iIF (t ) g D
1
vRF cos(RF L 0 )t
g D cos IF t
单二极管混频器的变频跨导为
I IF 1 g fc gD VRF
射频输入 本振输入 频谱搬移
混频器的单边噪声和双边噪声
单边噪声
① 射频信号位于本振的一边
② 被搬移到中频的噪声 射频信号段 双边噪声 镜像频段 射频信号位于本振的两边 不存在镜像频率（如零中频方案） 单边噪声是 双边的两倍 （高3dB）
3.失真
非线性电路系统幅度非线性的用泰勒级数加以模型化
iD I0 (t ) g (t )vRF (t )
其中
I 0 (t ) g D s1 (wL0t )vL0 (t )
时变跨导 g (t ) gD s1 (wL0t )
将 s1 (L0t ) 展开得
1 2 2 2 s1 (L 0t ) cos L 0t cos 3L 0t cos 5L 0t ... 2 3 5 1 2 2 2 则 g (t ) g D ( cos L 0t cos 3L 0t cos 5L 0t ...) 2 3 5
第七章 混频器
通信与信息工程学院
本章主要内容
混频器概述 混频器基本原理
混频器电路设计
本章学习重点和难点
混频器是收发信机的关键组成部分，在射 频前端占据重要地位。 本章重点讲解混频器的基本工作原理，混 频的本质、混频器的结构，非线性器件、乘 法器等混频器的基本实现方法。而难点在于 单二极管混频器、二极管双平衡混频器等无 源混频器的基本设计原理，有源混频器的基 本设计原理及其设计考虑。
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《通信电子线路》课程设计说明书混频器院、部：电气与信息工程学院学生姓名：卢卓然指导教师：张松华职称副教授专业：电子信息工程班级：电子1201班学号： 1230340104完成时间：2014.12.222014年12月摘要模拟相乘器的主要技术指标是工作象限、线性度和馈通度。
工作象限是指容许输入变量的符号范围。
只容许ux和uy均为正值的相乘器称为一象限的,而容许ux和uy都可以取正、负值的则称为四象限的。
线性度是指相乘器的输出电压uO与输入电压ux(或uy)成线性的程度。
馈通度是指两个输入信号中一个为零时，另一个在输出端输出的大小。
混频是将载波为高频的已调信号，不失真地变换为载波为中间的已调信号。
在通信接收机中, 混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号, 而保持其调制规律不变。
例如, 在超外差式广播接收机中, 把载频位于535 kHz～1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为465kHz的普通调幅信号, 把载频位于88 MHz～10.8MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号, 把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为38 MHz的视频信号。
由于设计和制作增益高, 选择性好, 工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易, 所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。
此设计就是利用仿真软件，采用模拟相乘器实现混频电路的。
关键词：模拟相乘器；混频电路ABSTRACTThe mixer in communication engineering and radio technology, application is very extensive, in modulation system, the input of baseband signal are throughfrequency conversion into a high frequency modulated signal. In the demodulation process, the received modulated high frequency signal afterfrequency conversion, into intermediate frequency signals corresponding to.Especially in the superheterodyne receiver, mixer is widely used, such as AMradio receiver will be amplitude modulated signal 535KHZ- a 1605KHZ to become 465KHZ IF signal, image signal television receiver will have a 870M48.5M to become 38MHZ of intermediate frequency image signal. In mobile communication, a frequency and the two frequency etc..In the transmitter, in order to improve the stability of transmitting frequency, uses the multistagetype transmitter. With a low frequency of the quartz crystal oscillator as the main oscillator, generating the main oscillation signal of a frequency is verystable, and then through the frequency plus or minus, multiply, divide intoradio frequency, we must use a mixer circuit, such as converting TV transposer transceiver channel, the uplink, downlink frequency in satellitecommunication transform, must be in the mixer. Thus, mixing circuit is the key module of Applied Electronic Technology and professional radio must master.Key words anlog mixer; mixer circuit目录绪论 (1)1 系统分析 (3)1.1 设计课题任务 (4)1.2 课题基本原理 (5)1.3 混频电路分类 (6)1.4 混频电路的实际运用 (7)2 单元电路工作原理 (8)2.1 模拟乘法器 (9)2.2 混频器 (10)2.3 选频电路 (11)3 电路性能指标测试 (15)4 结论 (16)参考文献 (17)致谢 (18)附录 (19)绪论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48.5M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。
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，在利用混频器把次中频变换为微波频率，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。
此外为辅助电路，此次的课程设计还应用了LC谐振回路以及RC二阶有源滤波器，以实现对干扰信号的有效抑制。
1 系统分析1.1 设计课题任务设计一混频电路要求输入信号为10MHz正弦波，本振信号为16.465MHz正弦波，输出为465KHz的正弦波，谐振回路选用465KHz的中周。
1.2 课题基本原理混频电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的一种典型应用。
如一个振幅较大的振荡电压（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与幅度较小的外来信号同时加到作为时变参量线性电路的器件上，则输出端可取得此二信号的差频或和频，完成变频作用。
它的功能是将已调波好的载波频率变化换成固定的中频载频率。
而保持其调制规律不变，也就是说它是一个线性频率谱搬电路，对于调幅波、调频波或调相波通过变频电路后仍然是调幅波，调频波或调相波。
只是其载波频率变化了，其调制规律是不变的。
混频电路输入是载频为fc的高频已调波和频率为fL的本地振荡信号。
经过非线性器件变频后输出端有两个信号的差频fL-fc、和频fL+fc，及其他频率分量，经滤波器电路取出有用分量。
混频器常用在超外差接收机中，它的任务是将已调制（调幅或调频）的高频信号变成已调制的中频信号而保持其调制规律不变。
该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。
MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。
本次课程设计电路中采用＋12V，－9V供电。
VR19（电位器）与R95（10KΩ）、R96（10K Ω）组成平衡调节电路，调节VR19可以使乘法器输出波形得到改善。
CP5为6.5MHz 选频回路，输入信号频率为fs＝10MHz，本振频率fo＝16.455MHz。
变频是频谱的变化，经过混频，高频已调波变成中频已调波，只是把已调波的频谱从高频率位置到了中频率位置，输入信号中每个频率分量的位置及相对大小、相互间距不发生变化，当应注意高频率已调波的上、下边频搬到中频位置后，分别成了下、上边频。
1.3 混频电路分类混频电路是基于某些器件的非线性远离工作的，其核心部件就是非线性元件。
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。
根据电路结构分有：1）单管混频器；2）平衡混频器；3）环形混频器。
1.4 混频电路的实际运用超处差式接收机的主要特点是，把被接收的已调波信号的载波的频率ωc先变为频率较低的（或较高的）但是固定不变的中间频率ωi（称为中频），而其振幅的变化规律保持不变，即是由低频调制信号Ω来决定，然后利用中频放大器加以放大送至检波器进行检波。
解调出与调制信号UΩ(t) 线性关系的输出电压。
随后通过低频电压放大、功率放大、由扬声器还原为原来的声音，因为中频放大器的中心频率是固定不变的，中频放大器容易取得较大的增益和近似理想的选择性曲线。
而接收器的主要放大倍数由中频放大承担所以整机增益在接收频率范围内，高端和底端的差别就会很小，即易于获得较高的灵敏度和临道选择性。
对于调谐来说需要对混频器的选频输入回路和本机振荡器进行同步调谐，这是容易实现的。
2 单元电路工作原理2.1 模拟乘法器用模拟乘法器实现混频，就是在Ux 端和Uy 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，其原理框图为图一 混频原理框图设载波信号表达式调制信号表达式为 则乘法器输出的DSB 调幅信号的表达式为2.2 混频器图二为晶体管混频器，该电路主要由VT8（3DG6或9014）和6.5MHz 选频回路（CP3）组成。
10K 电位器（VR13）改变混频器静态工作点，从而改变混频增益。
输入信号频率fs ＝10MHz ，本振频率fo ＝16.455MHz ，其选频回路CP3选出差拍的中频信号频率fi ＝6.5MHz ，由J36输出。
()cos m U t U tΩΩ=Ω()t U t U c cm c ωcos =()()()[]tt mU t t mU t U c cm c c cm Ω=Ω-+Ω+=cos cos cos cos 210ωωω图二晶体管混频电路图三为平衡混频器，电路中采用＋12V，－9V供电。