第四章-镜频抑制和谐波混频器教材
有源正交镜像抑制上变频混频器仿真v1.8
有源正交镜像抑制上变频混频器仿真v1.8摘要：一、引言二、正交镜像抑制上变频混频器原理三、仿真软件v1.8的特点四、仿真过程及结果分析五、结论正文：一、引言随着现代通信技术的快速发展，正交镜像抑制上变频混频器在无线通信系统中得到了广泛应用。
它具有较高的线性度、灵敏度和可靠性，是射频电路设计中不可或缺的部分。
本文将介绍正交镜像抑制上变频混频器的原理，以及一款用于仿真的软件v1.8。
二、正交镜像抑制上变频混频器原理正交镜像抑制上变频混频器是一种基于正交技术的有源混频器，其主要特点是输入信号和本振信号相互正交，从而抑制镜像频率。
在工作过程中，输入信号与本振信号经过混频后，会产生基带信号和镜像信号。
通过正交技术，基带信号相互抵消，从而达到抑制镜像信号的目的。
三、仿真软件v1.8的特点这款仿真软件具有以下特点：1.高度的模块化：软件中包含了各种射频、中频、基带模块，方便用户搭建不同的电路拓扑。
2.丰富的算法库：提供了多种算法，如线性插值、FFT、IFFT等，满足各种信号处理需求。
3.图形化界面：直观地展示电路结构和参数设置，便于用户调整和优化。
4.灵活的仿真模式：支持时域、频域等多种仿真模式，满足不同需求。
5.结果分析功能：提供多种分析工具，如眼图、星座图、频谱分析等，方便用户对仿真结果进行深入研究。
四、仿真过程及结果分析在软件中搭建正交镜像抑制上变频混频器电路，设置相应的参数，如本振频率、输入信号频率、混频器带宽等。
运行仿真后，可以得到基带信号和镜像信号的幅度、相位等参数。
通过对比仿真结果和理论分析，可以验证正交镜像抑制上变频混频器的效果。
五、结论本文介绍了正交镜像抑制上变频混频器的原理，并推荐了一款实用的仿真软件v1.8。
通过这款软件，设计师可以快速验证正交镜像抑制上变频混频器的设计方案，并根据仿真结果进行优化。
Ka波段镜像抑制谐波混频器设计_黄锦沛
1
1. 1
混频器的原理分析
谐波混频原理 本次设计使用反向并联二极管对实现四次谐波 =
混频，其模型如图 1 所示，假设信号为 VS （ t ） VS cosωS t，LO 信号为 VL （ t ）
= VL cosωL t， 其中 ωS
和 ωL 分别为 RF 和 LO 信号的角频率，VS 和 VL 分别 为 RF 和 LO 信号的幅度，且∣ VL ∣ ＞＞ | Vs ∣。
]
（ 10 ）
TL6 构成 RF 匹配网路， RF 带通滤波器回收闲频， 提高隔离度。 TL7 和 TL8 是 LO 匹配网络， LO 带通 滤波器回收闲频，提高隔离度。本次选用的带通滤 波器 寄 生 通 带 在 3 倍 中 心 频 率 处， 因 此 TL9 为 1 /4 λ3LO 开路线，避免在工作中 3 ω L 能量对功率源的 IF 隔离 影响。TL10 和 TL11 都为 1 /4 λ RF 长，提高 RF度。IF 低i D 为二极管反向饱和电流， 那么流过二极管 对的电流 i 和时变电导 g（ t） 可用第一类 n 阶修正贝 塞尔函数
［2 ］
分别表示为
∞
(
)
i = i1 + i2 = 2 i D sinh（ αv（ t） ） = 2 i D ∑ 2 I2n +1 （ αv（ t） ） cos（ 2 n + 1 ） ω L t
对于混频单元 1 ， 其 RF 输入信号为 V S1 （ t ） ， 镜 LO 输入信号 V L 1 （ t） 可以分别 频输入信号为 V I1 （ t） ， 表示为 cos ω S t － π （ 6） 2 2 槡 VI V I1 （ t） = cos ω I t － π （ 7） 2 2 槡 VL V L1 （ t） = cosω L t （ 8） 2 槡 混频单元 1 输出的 RF 和镜像频率对应的混频产物 V IF1 （ t） 和 V IM1 （ t） 分别为 V S1 （ t） = VS
第四章镜频抑制和谐波混频器介绍
m n i (t ) f (vLO 1 vi1 ) vLO 1 vi1
m ,n m ,n
m ,n
m ,n
m n m n vLO vRF [(1) 1]
m ,n
m+n 只能为奇数
§ 4.4 谐波混频器
RF ? LO 8GHz RF:15GHz 二次谐波混频
IF 1GHz
17GHz RF:31GHz 33GHz
偶次谐波混频 四次谐波混频
镜频电压： vi Vi cos[(i )t ]
本振电压：vLO VLO cos[(LO )t ] 中频: ωIF= ωRF- ωLO= ωLO- ωRF
20
非线性电阻v-i特性如下
i f (v) a0 a1v a2v .... an v
2
n
21
对信号: 信号在混频器1中混频
。 。 。
偶次谐波混频性能 1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净 2.隔离度 3.变频效率 4.噪声特性 镜频噪声
本振噪声 优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号， 在毫米波接收机中广泛采用。
如何实现奇次谐波混频？
Байду номын сангаасI2
IF
RF LO I1
m n I1 f vLO vRF vLO vRF
中频滤波器 Ka频 段4 次谐波 混频器
RF:35GHz LO:9GHz
2 LO / 4
RF
wlo
§ 4.5 镜频抑制混频器
一、什么是镜频 对于一个给定的本振信号ωLO ，有两个不同的 射频信号ωLO+ ωIF和ωLO－ωIF 可以产生相 同的中频信号ωIF 。其中一个是我们所期望 的射频信号，而另一个就是我们所说的镜频。
镜频抑制混频器
镜频抑制混频器应用ADS设计混频器．概述图1 为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用3dB 分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2 为隔离臂，1 到3、4 端口以及从2 到3、4端口都是功率平分而相位差90°。
设射频信号和本振分别从隔离臂1、2 端口加入时，初相位都是0°，考虑到传输相同的路径不影响相对相位关系。
通过定向耦合器，加到D1，D2 上的信号和本振电压分别为：可见，信号和本振都分别以 2π相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为2π型平衡混频器。
由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压的相位差，可以得到D1中混频电流为：主要的技术指标有：1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数)；2、变频增益，中频输出和射频输入的比较；3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；4、双频三阶交调与线性度；5、工作频率；6、隔离度；7、本振功率与工作点。
设计目标：射频：3.6 GHz，本振：3.8 GHz，噪音：<15。
2.具体设计过程2.1 创建一个新项目◇启动ADS◇选择Main windows◇菜单－File－New Project，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名◇点击“ok”这样就创建了一个新项目。
◇点击，新建一个电路原理图窗口，开始设计混频器。
2.2 3dB 定向耦合器设计◇里面选择类“Tlines-Microstrip”◇选择，并双击编辑其中的属性，，这是微带线基板的参数设置，其中的各项的物理含义，可以参考ADS的帮助文档。
◇选择，这是一个微带传输线，选择，这是一个三叉口。
◇按照下图设计好电路图图2 3dB耦合器其中50 ohm传输线的线宽w＝0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm 传输线的线宽为w＝1.67mm，四分之一波长长度为10.2mm。
MTEE是三端口器件，有三个参数W1，W2，W3 具体是有定义的，可以此参考ADS帮助文档。
精品文档-电视技术(第三版)(肖运虹)-第4章
(1) 全频道电子调谐器是指既能接收甚高频(VHF)信号， 又能接收特高频(UHF)信号的调谐器。
第4章 高 频 调 谐 器
(2) 全增补电子调谐器是指不但能接收标准电视频道(VHF 和UHF)节目，而且还能接收有线增补电视频道节目的调谐器。
图4-2 高频调谐器的幅频特性 (a) 黑白电视的高频特性;(b) 彩色电视的高频特性
第4章 高 频 调 谐 器
3. 噪声系数小、功率增益高 放大器噪声系数NF表示输入端信号信噪比与输出端信号信 噪比的比值，即
输入端信噪比 NF 输出端信噪比
噪声系数可理解为:信号通过放大器后，“信噪比”变坏了 几倍。 如果NF=1，则输入端信噪比与输出端信噪比相同，表示 放大器本身不产生附加噪声，这是理想化的。 实际上，NF总是 大于1的。 整个电视接收输出信噪比的好坏，主要取决于高频调 谐器高放级噪声系数的大小。 多级放大器总的噪声系数为
第4章 高 频 调 谐 器
第4章 高 频 调 谐 器
§4.1 高频调谐器的功用及性能要求 §4.2 高频调谐器的功能电路 §4.3 电子调谐器 §4.4 频道预置器 §4.5 高频调谐器常见故障分析 习题四
第4章 高 频 调 谐 器
§4.1 高频调谐器的功用及性能要求 4.1.1 高频调谐器的作用和组成
R'0 2π f0L
由此可知，欲想有较高的Qfz，R0′值必须很大，而
R
' 0
1
1
1
Rc Rsr
实际上，由于天线内阻Rc(75 Ω)及高放管工作时输入阻抗 Rsr(100~250 Ω左右)都较小，当它们并接在输入回路两端时， 势必造成R0′很小，导致选择性变差。
镜频抑制混频器设计――参考.
◇把仿真器中的一项改掉，其他不变，就是加入了一个扫描变量◇最后仿真的结果是图 36 总结这是一个微带平衡混频器，主要是有几部分组成：3dB 定向耦合器、二极管的输入、输出阻抗匹配电路、两个二极管、输出低通滤波器。
在这篇文章中，我们先介绍了 3dB 定向耦合器的仿真，其中原理部分可以参考其他资料，在知道了原理后，可以利用一些小软件计算线宽，该软件陈抗生老师哪里有的。
后面是介绍一个低通滤波器的设计和仿真，这是比较简单的，用于输出中频滤波。
后面是分别设计和仿真了这个 Mixer 的频谱、噪音、增益-本振功率曲线、射频频率-噪音系数曲线等等。
整个过程中，电路的原理图都是不变的，改变的只是端口的配置、仿真器的配置还有变量的配置。
其中有几个规律。
对于用来仿真 Mixer 的 HB Simulation 要求 1 端口是射频输入端口、2 端口是中频输入端口、3 端口是本振输入端口。
输入部分一般使用功率源，输出负载是使用“Term” 。
仿真器的配置中，一般 Freq[1]是本振频率，Freq[2]是射频频率，Order 一般是要大于 1 的或者就是变成线性电路仿真了，Sweep 是加入扫描变量的选项，只能扫描直接变量，表达式不能扫描，另外计算噪音的时候要选上“Nolinear” ，Noise[1]噪音输入频率是射频，分析的频率是中频。
Noise[2]选择输出节点是“Vif” 。
这是一般的配置情况，具体的可以参考上面的章节。
教训：因为这个过程中电路原理图要反复用到，也许有同学会选择直接从电路原理图中Copy(Ctrl+a； Ctrl+c； Ctrl+v过去，事实证明， ADS 的这个功能有点缺陷，可能会造成器件之间的连线出问题，建议不要这样处理，可以把文件先做一个备份，然后把备份的名字改掉，这样方面，而且可靠。
第4章 (34)教材配套课件
图4-9 调制器的并联谐振回路
41
因此，欲使调制波不发生畸变，其最大可容许调制带宽 (即调制信号占据的频带宽度)必须小于Δf, Δf为
(4.2.13) 实际上，对调制器带宽的要求取决于具体的应用。 此外，
还要求有一定的峰值相位延迟Δjm，与之相应的驱动峰值调
制电压为
(4.2.14)
42
对于KDP晶体，为得到最大的相位延迟所需要的驱动功 率为
33
4.2.2 电光相位调制 电光相位调制的原理图如图4-7所示，电光相位调制器
由偏振器和电光晶体组成。 偏振器的偏振方向平行于晶体 的感应主轴x′(或y′)，此时入射到晶体的线偏振光不再分解沿 x′、y′的两个分量，而是沿x′(或y′)轴一个方向偏振，故外加 电场不改变出射光的偏振状态，仅改变其相位，相位的变化 为
26
若取Δjm=1 rad，则J1(1)=0.44，J3(1)=0.02， =0.045，即
三次谐波为基频波的5%。 在这个范围内可近似为线性调制， 因而有
(4.2.7)
式中，Δjm作为线性调制的判据。 此时J1(Δjm)≈ Δjm,代入
式(4.2.5)得
(4.2.8)
27
故为了获得现行调制，要求调制信号不宜过大(小信号调制)， 那么输出光强调制波就是调制信号U=Um sinωmt的线性复现。
(4.2.4)
25
利用贝塞尔函数将上式中的sin(Δjm sinωmt)展开得
(4.2.5)
可见，输出的调制光中含有高次谐波分量，使调制光发生畸 变。 为了获得线性调制，必须将高次谐波控制在允许的范 围内。 设基频波和高次谐波的幅度值分别为I1和I2n+1，则高 次谐波与基频波成分的比值为
混频器原理
混频器原理作者：本站来源： 发布时间：2008-8-13 18:16:39 减小字体增大字体混频器原理工作频率混频器是多频工作器件，除指明射频信号工作频率外，还应注意本振和中频频率应用范围。
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即T0=290 K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。
变频损耗混频器的变频损耗定义为混频器射频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。
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。
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。
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。
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。
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两者相位差180º ，相互抵消，无输出信号。 B端合成： VLOVRF cos[( IF )t ] 混频器１中频信号
IF )t ] 混频器2中频信号移相90º VLOVRF cos[( 因两者相位相同，同相相加，输出为 2VLOVRF cos[(IF )t ]
24
对镜频 镜频在混频器1中混频
在镜频抑制混频器电路中，我们将利用电桥使 射频信号和镜频产生不同的相移从而分离他们。 1，2为两相同的混频单元，通常是单平衡或双平 衡混频器。
19
▲镜频抑制混频器工作原理
本振 镜频 信号 假定为低本振情况
信号电压：vRF VRF cos[( RF )t ]
写成 VRF sin[(RF )t ]也可，在这只关心相对相位
本振噪声 优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号， 在毫米波接收机中广泛采用。
如何实现奇次谐波混频？
I2
IF
RF LO I1
m n I1 f vLO vRF vLO vRF
m n I 2 f vLO vRF vLO vRF
m n i (t ) f (vLO 1 vRF1 ) vLO 1 vRF1
m,n
只考查中频，m=1，n=1
vLO1 vRF1 VLO cos[(LO )t ] VRF cos[(RF )t ]
中频电流：
i1 (t ) VLOVRF cos[(RF LO )t ] VLOVRF cos[(IF t )]
m, n
m, n
I I1 I 2 m n m n vLO vRF vLO vRF
m,n m,n
m n m n vLO vRF [(1) 1]
m,n
m+n 只能为偶数
RF ? LO 8GHz RF:7GHz 9GHz RF:23GHz 25GHz 基波混频
2 LO / 4
RF
wlo
§ 4.5 镜频抑制混频器
一、什么是镜频 对于一个给定的本振信号ωLO ，有两个不同的 射频信号ωLO+ ωIF和ωLO－ωIF 可以产生相 同的中频信号ωIF 。其中一个是我们所期望 的射频信号，而另一个就是我们所说的镜频。
ωLO
ωLO－ ωIF ωLO+ ωIF
i2 (t ) VLOVRF cos[(RF LO )t 90] VLOVRF cos[(IF )t 90]
23
A端合成： 混频器1中频信号移相90º VLOVRF cos[(IF t ) 90]
混频器2中频信号
VLOVRF cos[(IF )t 90]
镜频电压： vi Vi cos[(i )t ]
本振电压：vLO VLO cos[(LO )t ] 中频: ωIF= ωRF- ωLO= ωLO- ωRF
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非线性电阻v-i特性如下
i f (v) a0 a1v a2v .... an v
2
n
21
对信号: 信号在混频器1中混频
15
二、镜频抑制的重要性 √抑制镜频噪声 单边带系统如不抑制镜频噪声,整个混频器噪声系数 会增大3dB。 对接收来说，若接收下边带，则镜频处噪声会产生中 频噪声，同样在接收上边带时也会出现这种情况。 √抑制镜频干扰 对接收来说，若接收下边带，则镜频处的干扰会进 入到中频中，同样在接收上边带时也会出现这种情 况。
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信号在混频器2中混频
m n i (t ) f (vLO 2 vRF 2 ) vLO 2 vRF 2
只考查中频，m=1，n=1
m,n
VLO cos[(LO )Fra bibliotek 90] VRF cos[(RF )t ]
中频电流：
vLO 2 vRF 2
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三、镜频抑制的主要方法 √采用镜频抑制滤波器 我们可以利用滤波器将信号与镜频 分开，但在某些应用领域，这两个信号 频率靠得很近，利用滤波器实现起来很 困难。 本振
镜频 信号 滤波特性
17
√镜频抑制混频器
优点： 1.对镜频抑制是自动的。
2.便于集成，如SOC中。
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四、镜频抑制混频器电路结构
m n i (t ) f (vLO 1 vi1 ) vLO 1 vi1
单平衡混频器
混频性能
频谱
变频效率
隔离度 噪声性能
混频性能 频谱
变频效率
隔离度 噪声性能
90度型和180型单平衡混频器性能 比较 90度型端口匹配好，隔离度不好
180度型隔离度好，端口匹配不好
双平衡混频器
混频性能 频谱
变频效率
隔离度 噪声性能
单平衡混频器实例
180度型
LO RF IF
I1
I2
m ,n m n
m
v LO
m ,n
m
vRF [(1)
1]
m+n 只能为奇数
§ 4.4 谐波混频器
RF ? LO 8GHz RF:15GHz 二次谐波混频
IF 1GHz
17GHz RF:31GHz 33GHz
偶次谐波混频 四次谐波混频
。 。 。
偶次谐波混频性能 1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净 2.隔离度 3.变频效率 4.噪声特性 镜频噪声
I1 f vLO vRF vLO
I 2 f vLO vRF vLO
I I 2 I1 v LO
m ,n m
m
vRF
n
m ,n
m
vRF
vRF
n
n
m ,n
vRF
n
n
v LO
IF 1GHz
奇次谐波混频 三次谐波混频
。 。 。
奇次谐波混频性能 1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净 2.隔离度 3.变频效率 4.噪声特性 镜频噪声
本振噪声 优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号， 在毫米波接收机中广泛采用。
中频滤波器 Ka频 段4 次谐波 混频器
RF:35GHz LO:9GHz