高频电路基础第6章-混频器
混频、中频等高频知识
混频器变频（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，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。
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（带有独立震荡器）和变频器（不带有独立震荡器）。
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。
在雷达接收机中，射频信号就是指从天线接收到的未混频前的信号，其载频就是雷达的工作频率；射频信号经过混频下变频到某个几十K到几百兆的某个中频段就成为中频信号；中频信号去掉载频，经A/D采样就成为零中频信号，也就是视频信号。
雷达信号在射频和中频部分都是单通道实信号，信号形式是一样的，只是载频不同。
在视频部分，为了保留相位信息，中频信号经过正交双通道处理成为两路相位相差90度的实信号，即复信号。
我认为中频信号检波后即为视频信号，检波就是上面所说的“中频信号去掉载频”，即解调无线通信中接收到的高频信号为什么要通过一个混频器转换成中频信号？我觉得有这么几个原因吧1 是中频频率较低处理简单一些，比如采样，采样率可以低一些，滤波器也容易设计2 是中频之后就是固定频率了，滤波器之类可以设计成窄带的，而不像前端那样宽带3 应该是最初的原因，因为最初中频并不一定比接收频率低如果不采用中频信号,而直接把信号变频到基带的话,那么我们采用的技术叫做零中频率技术,这个技术可以节约成本,并且采样率还可以降低,但是缺点比较多:I/Q不平衡,直流成分啊,实现起来比较有难度,所以现在运用不多,但是零中频技术运用在变速率通信中比较有优点,比如CDMA中; P1 l/ V/ a% H( Q& B所以我们一般还都是采用超外差式,优点基本上就是上面所说的那样RF 射频射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。
混频 原理
混频原理
混频是一种将多个频率信号合并或分离的过程。
它通常在无线通信、音频信号处理和电子系统中使用。
混频的基本原理是利用混频器（也称为调频器）进行频率转换。
混频器是一种非线性元件，它可以将两个输入信号进行线性或非线性混合。
当输入信号经过混频器时，混频器会产生输出信号，其频率等于输入信号频率之和或差值，同时还会产生其他频率成分。
混频器通常由非线性晶体管、二极管或集成电路实现。
它们可以以不同的方式进行混频操作，包括加法混频、减法混频和倍频混频等。
在加法混频中，输入信号的频率相加形成输出信号的频率，而在减法混频中，输入信号的频率相减形成输出信号的频率。
混频在无线通信中的应用非常广泛。
例如，在超高频（UHF）和极高频（SHF）频段，混频被用来将信号从接收机转换到基
带频率进行解调。
类似地，在频率合成器或数字信号处理中，混频被用于将信号转换到所需的频率范围。
总之，混频是一种重要的信号处理技术，它可以将多个频率信号进行合并或分离，为无线通信和电子系统提供了更灵活和高效的信号处理能力。
高频电路设计
高频电路设计Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!是电子工程领域中一项重要的研究方向，它涉及到的频率范围一般在几百兆赫兹至几夸兆赫兹之间。
在通信、雷达、卫星导航等领域，高频电路的设计应用广泛，因此对于工程师来说，了解高频电路设计的原理和方法是非常必要的。
一、高频电路设计的基础知识在进行高频电路设计之前，首先需要了解一些基础知识。
高频电路的特点是在设计时需要考虑电磁波的传输和辐射效应，因此对于传输线、滤波器、功率放大器、混频器等组件的特性要有深入的了解。
混频器电路工作原理
混频器电路工作原理
混频器电路是一种基础电路，可将频率不同的两个或多个信号进行混合。
其工作原理可以通过以下步骤进行描述：
1. 输入信号传输：混频器电路通常有两个输入端，分别连接频率不同的信号源。
这些信号可以是来自不同频段的信号，如射频（RF）信号和本地振荡器（LO）信号。
2. 加法混合：混频器电路中包含一个非线性元件，如二极管。
当两个输入信号同时输入到混频器电路中时，它们通过非线性元件进行混合。
这是通过非线性元件的非线性特性实现的，在这个过程中，输入信号之间互相作用，以产生新的频率成分。
3. 输出频率选择：混频器电路会产生包含输入信号频率的和、差以及其他混频项的输出信号。
然而，通常只有某些特定的混频项是有用的。
因此，输出信号需要通过滤波器进行频率选择，以滤除不需要的混频项。
4. 输出信号放大：为了增强信号的强度，输出信号通常需要经过放大器进行放大，以便于后续处理或传输。
总之，混频器电路通过非线性元件将输入信号混合，然后经过频率选择和放大处理，最终产生混合后的输出信号。
这种电路在无线通信、频谱分析、调频广播等领域具有广泛的应用。
混频器的工作原理
混频器的工作原理
混频器是一种电子设备，用于将多个频率不同的信号进行混合并输出。
其工作原理主要涉及两个重要的电路：输入电路和混频电路。
输入电路是将多个信号输入到混频器中的电路。
每个输入信号都经过放大器进行放大，然后经过带通滤波器进行滤波，以去除其他频率的干扰信号。
放大后的信号被分配到混频电路中的不同通道。
混频电路是混频器的核心部分，用于将多个输入信号进行混合。
混频电路通常由一对互相垂直的交流耦合晶体管组成。
这两个晶体管的输入端分别连接到输入电路中的两个通道。
当输入信号进入晶体管时，会产生两个相位正交的电流。
这两个电流会通过晶体管中的非线性元件（如PN结）进行非线性混合。
非线性混合会产生新的频率成分，包括两个输入频率之和、差以及其他互调产物。
通过选择不同的晶体管工作点和采用合适的滤波器，可以实现对特定频率的混频输出。
混频输出信号经过放大器进行放大，然后经过低通滤波器去除不需要的高频成分。
最后，混频器的输出信号可以通过调节输入信号的幅度、频率和相位，实现不同频率信号的混合和处理。
这种工作原理广泛应用于无线通信、雷达、广播电视等领域，为多频信号的处理提供了有效的方法。
《高频电路原理与分析》实验报告
高频电路原理与分析
实验报告
专业电子信息科学与技术
班级20 级电子二班
学号
姓名
同组人
实验名称混频器实验、中频放大器实验
20xx年6 月8 日
目录
一、实验目的 (1)
二、原理说明 (1)
三、实验设备 (1)
四、实验内容 (2)
五、实验注意事项 (2)
六、实验心得及体会 (2)
一、实验目的
1.了解三极管混频器和集成混频器的基本工作原理，掌握用MC1496来实现混频的方法。
2.了解混频器的寄生干扰。
3.熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；
4.了解中频放大器的作用、要求及工作原理；
5.掌握中频放大器的测试方法。
二、实验设备
集成乘法器混频模块、集体三极管混频模块、LC振荡器与集体振荡器模块、试验箱、电源、中频放大器模块。
三、实验内容
1.中频频率观测
（1）晶体三极管混频器
当改变高频信号源频率时，输出中频5TP03波形变化为先增大后减小。
（2）集成乘法器混频器
当改变高频信号源的频率时，输出中频9TP04的波形变化为先增大后减小。
2中频放大器输入输出波形观察及放大倍数测量
调整7W02,使中放输出幅度最大且不失真，记下此时的幅度大小为4.52V，然后测量中放此时的输入幅度，即可计算出中放的电压放大倍数。
电压放大倍数计算得w=4.52/0.15=30.1。
实验图如下：。
(完整版)高频电子线路复习总结提纲与习题答案,推荐文档
《高频电子线路》课程考试大纲课程编号：课程名称：高频电子线路课程英文名：Electronic circuit of high frequency课程类型：本科专业必修课学时、学分：总学时54学时4学分（其中理论课44学时，实验课10学时）开课单位：信息学院开课学期：三年级第二学期考试对象：电子信息工程专业本科生考试形式：闭卷考试所用教材：1.《高频电子线路》（第二版），高吉祥主编，电子工业出版社；2.《高频电路原理与分析》（第三版）曾兴雯等编著西安电子科技大学出版社一、学习目的和任务 《高频电子线路》课程是高等学校电子信息工程、通信工程等专业的必修专业基础课。
本课程以分立元件构成的基本非线性电路为基础，以集成电路为主体，通过课堂讲授使学生理解无线通信系统中的各种主要的高频电子电路的组成、电路功能、基本工作原理，并掌握其分析方法及应用；通过实验教学、开放实验室、课外实验等实践环节使学生加深对基本概念的理解，掌握基本电路的设计、仿真与调试方法（用计算机采用EDA软件）。
同时为后续专业课的学习打好基础。
二、制定考试大纲的目的和依据 制定《高频电子线路》课程的考试大纲是为了使教师和学生在教与学的过程中共同建立明确的目标和要求，使考试成绩能比较正确和客观地反映学生掌握本课程的水平，同时还能起到检验教师教学效果的作用。
按照考试大纲考试能够进一步促进课程教学的改革，并为提高教学质量提供了依据。
本大纲制定的考核要求，主要是依据《高频电子线路》课程所使用的电子工业出版社出版、高吉祥编著的《高频电子线路》一书，并依据该门课程的教学大纲而制定的。
三、考试大纲内容考核目标章节知识点a b c 题目类型分值分配100%第一章绪论通信系统及其组成√填空题合计5%第二章高频电路基础-谐振回路高频电路中的有源器件（非线性二极管、变容二极管、PIN二极管、三极管、场效应管、集成电路）√填空题高频电路中的无源组件（串、并联谐振回路、耦合振荡回路、石英晶体谐振器）√填空题简答题合计5%第三章高频谐振放大器单级单调谐高频小信号谐振放大器的组成、基本工作原理及主要性能参数√填空题计算题多级单、双调谐高频小信号谐振放大器的主要性能√填空题参数（带宽、矩形系数）计算题第四章C类高频功率放大器的组成、工作原理、性能分析、三种工作状态、外特性√简答题填空题15%合计√综合分析改错15%第五章频谱的线性搬移电路线性时变电路的工作状态、表达式、特点√简答题单二极管电路工作在线性时变状态下进行频谱线性搬移的工作原理√简答题填空题二极管平衡电路工作在线性时变状态下进行频谱线性搬移的工作原理√简答题填空题二极管环形电路工作在线性时变状态下进行频谱线性搬移的工作原理√简答题填空题合计5%第六章振幅调制、解调及混频振幅调制信号：AM信号、DSB信号、SSB信号的分析（数学表达式、波形图、频谱图）√填空题画图题高电平调制与低电平调制的概念√填空题集电极调幅电路产生AM信号的工作原理简答题单二极管调制电路产生AM信号的工作原理（信号的数学表达式、波形图、频谱图等）√画图题简答题二极管平衡调制电路的工作原理、波形分析√画图题简答题双平衡调制电路的工作原理、波形分析√画图题简答题差分对调制电路的工作原理、波形分析√简答题SSB调制电路（滤波法、移项法）的工作原理、波形分析√填空题简答题调幅信号的解调方法√填空题二极管峰值包络检波器工作原理√画图题简答题同步检波器（乘积型、叠加型）的工作原理√计算题画图题混频器的功能、工作原理√填空题三极管混频器的工作原理√简答题合计20%第七章频率调制与解调调频信号分析（表达式、波形、主要参数）√填空题画图题调频信号的产生（直接法、间接法）√填空题直接、间接调频电路的工作原理√简答题鉴频的方法（振幅鉴频、相位鉴频、直接脉冲计数式鉴频）√简答题填空题互感耦合相位鉴频器的工作原理√简答题比例鉴频器的工作原理√简答题合计25%第八章反馈控制电路自动增益控制电路的工作原理√简答题自动频率控制电路的工作原理√简答题锁相环的基本工作原理√简答题频率合成器的概念√填空题合计10% 说明：1、考试形式：分为闭卷、开卷、闭卷+开卷、实验操作、实验操作+闭卷考试等，本课程采用闭卷考试形式。
现代电子线路基础(新版教材)答案
第六章习题答案6.1 在题图6.1所示调谐放大器中，工作频率f o =10.7MHz,L 1-3=4μH,Q o =100, N 1-3=20匝, N 2-3=5匝, N 4-5=5匝,晶体管3DG39在f o =10.7MHz 时测得g ie =2860μS,C ie =18pF, g oe =200μS, C oe =7pF,|y fe |= 45mS,y re =0,试求放大器的电压增益A vo 和通频带BW 。
解：25.02053~13~21===N N P ， 25.02053~15~42===N N P 总电容pF 4.55)L *)f 2/((1C 20==∑πLC 振荡回路电容pF 8.53C p C p C C ie 22oe 21=--=∑ LC振荡回路固有谐振频率'0f ==10.85(MHz)固有损耗电导：''600036.710()0011g S Q L2Q f Lωπ-===⨯ 22262661200.25200100.2528601036.7100.228()oe ie G P g P g g mS ---∑=++=⨯⨯+⨯⨯+⨯=116.32L 0Q G Lω∑==)KHz (6563.167.10Q f B L 0W ===， 1210228.0104525.025.0G |y |P P A 63fe 210V -=⨯⨯⨯⨯-=-=--∑ 注：由上述计算可以看出，'0f 和0f 相差不大，即部分接入后对谐振频率影响较小，但概念要清楚。
另外，这里给出了fe y （即认为是m g ）不要通过EQ I 来计算m g 。
6.2 题图6.2是某中放单级电路图。
已知工作频率f o =30MHz,回路电感L =1.5μH, Q o =100,N 1/N 2=4,C 1~C 4均为耦合电容和旁路电容。
晶体管在工作条件下的y 参数为ie (2.8j3.5)mS y =+； re 0y ≈ fe (36j27)mS y =- oe (0.2j2)mS y =+ 试解答下列问题：(1) 画出放大器y 参数等效电路； (2) 求回路谐振电导g Σ； (3) 求回路总电容C Σ；(4) 求放大器电压增益A vo 和通频带BW ；(5) 当电路工作温度或电源电压变化时, A vo 和BW 是否变化？解：(1) y 参数等效电路如上图： (3) 由0f =22262121118784431415103010C .(pF )Lf ..∑π-===⨯⨯⨯⨯⨯ (2) 11=P ， 25.041122===N N P 由y 参数得)(58.1810302105.363pF C ie =⨯⨯⨯=-π，)(6.101030210263pF C oe =⨯⨯⨯=-π 2221218781060251858702oe ie C C P C P C .....(pF )∑=--=--⨯=491'o f .(MHz )===固有损耗电导：6066001112161022314100491101510''o o g .(S )Q LQ f L ...ωπ--====⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 22323612002100252810214100396oe ie G P g P g g .....(mS )---∑=++=⨯+⨯⨯+⨯= (4) 36601189039610230101510L Q .G L..ωπ--∑===⨯⨯⨯⨯⨯⨯03033789W L f B .(MHz )Q .=== 31203102510284039610fe V PP |y |.A .G .--∑⨯=-=-=-⨯(5) 当电路工作温度或电源电压变化时，会引起y 参数变化，从而vo A 和BW 会发生变化。
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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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VSVL
cos(wS
wL )t
gm 2VT
VSVL
cos(wS
wL )t
......
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高频电路基础
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由于输出回路谐振在wS+wL上，所以上述表达式中频率为wS+wL
的成分可输出，即
输出电压为
iC(out )
gm
1 2VT
VSVL
cos(wS
wL )t
vC (out )
gm RL
可见，在流过器件的电流中存在两个信号的各自的平方项、 立方项等，也存在两个信号的交叉乘积项。
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。
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高频电路基础
7
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
9
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
iC a0 a1(vBE VBB ) a2 (vBE VBB )2 ......
Is
exp(VBB ) 1 VT VT
I
s
exp(VBB VT
)
vbe
(t
)
11 (
2 VT
)2
Is
exp(VBB VT
g1
1
2
gm (t) cos(wLt)d (wLt)
线性时变电路中混频跨导等于基频跨导的一半
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高频电路基础
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例
已知右图电路中，晶体管的转移特
性为ic=Isexp(vBE/VT) ，输出回路谐
VCC
振在(w1-w2)上，谐振阻抗为RL 。
若vs(t)=V1mcosw1t +V2mcosw2t，且
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高频电路基础
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非线性电路的线性时变工作状态
两个信号作用在一个非线性器件上，一个大信号，另一个 小信号
小信号的幅度相当小，在其变化的动态范围内，近似认为 非线性器件可以作线性化近似，即认为器件对于小信号的伏 安特性是线性的
大信号使得器件的实际工作状态是变化的，可以认为此大 信号提供器件一个时变偏置，在此偏置下，器件对于小信号 的线性伏安特性的参量（例如跨导）是随时间（即随大信号） 变化的
iD(out )
I DSS
(VGSQ
VL
coswLt VS
V2 GS (off )
cos wS t )2
I DSS VGS (off
2 )
V2 GSQ
(VL
cos wLt )2
(VS
cos wS t )2
2VGSQ (VL coswLt VS coswSt)
2VL coswLt VS coswSt
iC (t) ICQ gm (VS coswSt VL coswLt)
gm 2VT
(VS
cos wS t
VL
cos wL t )2
......
ICQ gmVS coswS t gmVL coswLt
gm 2VT
(VS
coswS t)2
gm 2VT
(VL
cos wL t )2
gm 2VT
通常选择合适的静态工作点和本振幅度，使得场效应管的 动态工作点正好介于截止与饱和之间，此时可以得到最大的变 频跨导，但又不会产生过大的失真。
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高频电路基础
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当静态工作点选择在放大区，且vL的
ID
幅度恰恰使得场效应管工作到截止与
饱和的边缘（即VL ＝VGS(off) / 2）时， 混频器具有最大的混频跨导。
高频电路基础
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场效应管混频器的特点
由于场效应管具有平方律电流特性，不会产生高于二阶 的谐波，所以它的非线性失真一般比晶体管混频器小
由于场效应管的跨导比较小，所以混频增益一般小于双 极型晶体管单管混频器
选择合适的工作点和本振幅度，可以使得场效应管得到 最大的变频跨导，但又不会产生过大的失真
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w1>w2，V1m>VT，V2m<<VT，满足线
性时变条件。试求电路输出电压的
vs
表达式。
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高频电路基础
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解：
vs(t)=V1mcosw1t +V2mcosw2t，且w1>w2，V1m>VT，V2m<<VT，由于
满足线性时变条件，时变偏置为
利用元件（二极管、三极管、场效应管等）的 非线性，对两个信号实现非线性运算
非线性电路具有频率变换作用，可以实现混频 非线性电路的特点：不满足叠加定理
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高频电路基础
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非线性电路的幂级数分析方法
非线性电路的分析，一般需要知道非线性元件的特性的数学表达
式。由于一般的特性表达式均可以幂级数表示，所以常常采用幂
由于vRF是小信号（线性近似），(V0+vLO)确定vRF的线性系 数，故将 io= f(vi) 在 (V0+vLO) 附近作幂级数展开并忽略非线性 项，有
io iQ iC f (V0 vLO ) f '(V0 vLO ) vRF
其中 iQ f (V0 vLO ) 是 时变工作点电流
fS
高频 fS 放大器
混频器 fI
中频 fI 放大器
解调
F 音频 放大器
fL
本机 振荡器
广播收音机
变频器
音频 功率 放大器
10MHz
混频器
混频器
混频器
窄带滤波器
检波
15MHz
第一 本振
4.3MHz
第二 本振
760kHz ±15kHz
第二本振 扫频振荡器
一种检测电路
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高频电路基础
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混频原理
iD a0 a1(vD VB ) a2 (vD VB )2 a3 (vD VB )3 ... a0 a1(v1 v2 ) a2 (v1 v2 )2 a3 (v1 v2 )3 ... a0 a1v1 a1v2 a2v12 2a2v1v2 a2v22 a3v13 3a3v12v2 3a3v1v22 a3v23 ...
显然，最后一项能产生中频电流成分：
iI
I DSS
VLVS V2
GS (off )
cos(wL
wS )t
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所以混频跨导为
gC
I DSS
VL V2
GS (off )
根据混频跨导的表达式可知，混频跨导正比于VL ，所以增 加VL在一定范围内可以使混频跨导增加。
然而VL又不能过大。若VL过大，使得场效应管进入截止或 饱和（结型场效应管则由于pn结进入正向偏置而产生栅流）， 则此时的混频跨导不会增加，而非线性失真将迅速增加。
结型场效应管的最大跨导位于VGS = 0 处，其值为 gm0 2IDSS / VGS (off )
VGS(off)
VGS vL
将VL ＝VGS(off) / 2 以及 gm0=2IDSS/VGS(off)
代入前面混频跨导表达式，得到结型场效应管混频器的最大混
频跨导为
gC max
gm0 4
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满足线性时变状态的电路称为线性时变电路
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高频电路基础
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线性时变电路的分析方法
假设一个非线性器件的转移特性为io= f(vi)，其输入端加
入三个电压：偏置电压V0、大信号输入电压vLO=VLOcoswLOt 和 小信号输入电压vRF=VRFcoswRFt，则vi=V0+vLO+vRF 。
高频电路基础
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减少输出中无用分量的方法
混频器中只有n=2的交叉乘积项中含有的和频或差频分量是 需要的，其他所有组合频率分量都是无用输出。为了阻止无用 输出，实际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要的频率成分，抑制无用输出 在电路结构上采取一定的抵消、补偿等手段消除无用输出 改变非线性器件工作状态
级数分析方法。下图以二极管为例，VB确定工作点的偏置电压，
v1与v2都是输入信号，则流过二极管的电流为
iD
Is
exp vD VT
若不考虑负载压降，则有
v1
vD
vD VB v1 v2
v2
VB
iD
Is
exp VB
v1 VT
v2
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高频电路基础
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若将器件的非线性特性（不局限于e指数）在工作点附近作幂级 数展开，则有
VL
cos wLt
VGS (off
VS
)
cos wS t
)2
I DSS
1
2 VGSQ
VL
cos wLt
VGS (off
VS
)
cos wS t