混频器设计
ADS设计混频器 1

ADS 设计混频器实验报告1.实验原理图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°。
图1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: D1上电压)2cos(1πω-=t V v s s s 1-1)cos(1πω-=t V v L L L 1-2D2上电压)cos(2t V v s s s ω= 1-3)2cos(2πω+=t V v L L L 1-4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:∑∑∞-∞=∞-+-=m n L s m n t jn t jm I t i ,,1)]()2(exp[)(πωπω同样,D2式中的混频器的电流为:∑∑∞-∞=∞++=m n L s m n t jn t jm I t i ,,2)]2()(exp[)(πωω当1,1±=±=n m 时,利用1,11,1-++-=I I 的关系,可以求出中频电流为:]2)cos[(41,1πωω+-=+-t I i L s IF1.2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。
1.3设计目标:射频:3.6 GHz,本振:3.8 GHz,噪音:<15。
2.具体设计过程2.2 3dB定向耦合器设计结果如下图所示输出端口间的相位差同样的办法可以看到输出端口的相位差、输入端口的隔离度、输入端口的回波损耗等。
混频与鉴频器的设计

混频与鉴频器的设计混频器和鉴频器是无线通信系统中非常重要的组件,它们分别用于信号的混频和鉴频。
混频器的主要作用是将高频信号和低频信号相乘,从而将高频信号转换成中频或基带信号,以便进行信号处理。
而鉴频器则用于将调制信号解调为原始信号。
混频器的设计通常需要考虑以下几个方面:1.混频器的工作频率范围:混频器的工作频率范围决定了它在不同应用中的适用性。
设计中需要选择合适的转换技术和电路拓扑,以确保混频器在所需的频率范围内具有良好的性能。
2.混频器的转换损耗:混频器在信号转换过程中会引入一定的转换损耗,也就是信号的功率损失。
设计中需要通过合适的电路参数和材料选择来降低转换损耗,并提高混频器的效率。
3.混频器的非线性特性:混频器在工作时会引入非线性失真,例如互调失真和交调失真。
这些失真会导致频谱扩展和杂散分量增加,对无线通信系统的性能造成影响。
因此,设计时需要选择合适的电路结构和优化电路参数,以减少非线性失真。
4.混频器的隔离度和带外抑制:混频器在混频过程中会引入一些杂散分量,它们可能会干扰其他无线设备或频段的信号。
设计中需要通过增强隔离度和带外抑制能力,以降低对其他信号的干扰。
鉴频器的设计也需要考虑类似的因素,同时还需要关注以下几点:1.鉴频器的解调效率:鉴频器的解调效率决定了解调后的信号质量。
设计中需要选择合适的解调方法和电路参数,以提高鉴频器的解调效率。
2.鉴频器的带宽和选择性:鉴频器通常需要适应不同带宽的信号,例如窄带和宽带信号。
设计时需要选择合适的电路结构和调整电路参数,以实现所需的带宽和选择性。
3.防止锁定和抗混叠:鉴频器设计需要考虑避免频率偏移和频率混叠的问题。
通过合适的信号处理技术和滤波器设计,可以提高鉴频器的抗干扰能力。
4.鉴频器的抗噪声性能:鉴频器中通常存在一定的噪声,例如热噪声和杂散噪声。
设计时需要选择合适的放大器和滤波器来提高鉴频器的抗噪声性能。
总体而言,混频器和鉴频器的设计需要综合考虑频率范围、转换损耗、非线性特性、隔离度、带宽、选择性、解调效率、抗锁定和抗噪声性能等因素。
混频器设计与应用技术

混频器设计与应用技术混频器(Heterodyne Mixer)是一种常用于射频(RF)和微波(microwave)电路中的器件,用于将不同频率的信号进行混频处理。
本文将介绍混频器的设计原理、主要类型以及广泛应用的技术。
一、混频器设计原理混频器的设计原理基于频率混合的特性,利用非线性元件,如二极管或场效应晶体管(FET),将两个不同频率的信号进行混合。
通过混频器的非线性特性,原始信号的频率被转换成新的频率,即中频(intermediate frequency, IF)。
二、混频器的主要类型1. 非平衡混频器非平衡混频器是最简单和常见的混频器类型之一。
它通常由一个二极管和匹配网络组成。
非平衡混频器具有较低的转换增益和较高的转换损耗,适用于一些要求简单性能的应用场景。
2. 平衡混频器平衡混频器是由两个对称的非线性电路组成,可以抵消输入信号中的互调失真。
平衡混频器具有较好的抗互调能力和较高的转换增益,适用于一些性能要求较高的应用场景。
3. 双平衡混频器双平衡混频器是在平衡混频器的基础上增加了额外的平衡结构,可以进一步提高抗互调能力和转换增益。
双平衡混频器通常用于一些对性能要求非常高的应用,如通信系统中的高动态范围接收机。
4. 有源混频器有源混频器是将放大器与混频器集成在一起的混频器。
它具有较高的增益和较低的噪声性能,适用于需求较高的射频接收机和通信系统。
三、混频器的应用技术1. 超外差接收技术超外差接收技术是混频器的一种重要应用技术,用于将接收到的射频信号转换成中频信号进行后续处理。
通过使用合适的混频器和滤波器,可以实现高灵敏度、高选择性的无线通信接收系统。
2. 雷达系统混频器在雷达系统中广泛应用。
雷达系统通过发射和接收射频信号来探测目标。
混频器用于将接收到的回波信号和本振信号进行混频处理,提取出目标的距离、速度和角度等信息。
3. 通信系统在通信系统中,混频器用于频率转换、频谱分析和信号调制等关键步骤。
实验七混频器的仿真设计

混频器电路旳主要技术指标 • 变频损耗 • 噪声系数 • 端口隔离度 • 驻波比 • 动态范围 • 三阶交调系数 • 镜频克制度 • 交调失真
电流在工作点用泰勒级数展开:
i f (E0 UL cosLt US cosSt)
f (E0 UL cosLt) f '(E0 UL cosLt)US cosSt
Байду номын сангаас
1 2!
f
''(E0
UL
cos Lt )(U S
cos St )2
…
定义二极管旳时变电导g(t)为
g
t
= di dv
= v=E0 +ULcosLt
i2 gnVs cos(nL s )t
i1 gnVs cos(nL s )t n
输出: i i2 i1 2gnVs cos 2i 1L s t
n为偶数旳高次谐波电流被完全抵消,只剩余奇次谐波电 流(n=2i+1),所以电路本身抵消了二分之一高次谐波电流 分量。
3、镜像回收混频器 (a)给出了分支线电桥旳信号和本振输入端都放置了平行耦合 镜像带阻滤波器,在该处它们镜像开路。因为该处距二极管 约为λSg/4, 因而在两个二极管输入接点处镜像信号被短路到 地。(b) 在接近连接二极管端口处有一耦合微带线作带阻滤波 器,该滤波器由两段1/4镜频波长旳短线构成,一段终端开路, 另一段与主传播线平行,形成平行耦合微带线。位置要调整 到刚好使镜频和本振二次混频后旳中频和一次混频旳中频同 相叠加,可回收镜频能量,提升混频器性能。
《混频器原理与设计》课件

3
LO-RF隔离度
LO-RF隔离度是指本振信号和射频信号
本振抑制度
4
之间的隔离程度。
本振抑制度是指混频器抑制本振信号的
能力。
5
拍频抑制度
拍频抑制度是指混频器抑制拍频信号的 能力。
第五章:混频器实验
实验装置
混频器实验通常需要使用特定的 实验装置和信号发生器。
操作步骤
混频器实验需要按照一定的步骤 进行,确保实验结果的准确性。
2 双晶体混频器电路设
计
双晶体混频器电路通常具 有更高的转换增益和更好 的本振抑制效果。
3 集成混频器电路设计
集成混频器电路具有体积 小、功耗低和可靠性高的 特点。
第四章:混频器性能指标
1
转换增益
转换增益是指混频器输入信号和输出信
端口匹配
2
号之间的功率差异。
端口匹配是指混频器输入和输出端口的频器实验结果进行分析,验 证混频器的性能指标。
第六章:混频器应用案例
航天器通信系统
混频器在航天器通信系统中 起到信号处理和频率变换的 关键作用。
葡萄酒品质检测
混频器可以用于葡萄酒品质 检测中的频率选择和信号处 理。
新能源电车智能充电系 统
混频器在新能源电车智能充 电系统中用于频率变换和充 电控制。
第二章:混频器的工作原理
简介
混频器将两个不同频率的信号进 行混合,产生新的频率差信号。
基本原理
混频器利用非线性元件的特性, 将输入信号进行非线性变换。
本振抑制
混频器通过抑制本振信号,避免 对输入信号的干扰。
第三章:混频器电路设计
1 单晶体混频器电路设
计
设计单晶体混频器电路时 需要考虑元件特性和稳定 性。
混频器电路设计

混频器电路设计
混频器电路是一种广泛应用于通信、雷达、测量等领域的电路,主要功能是将两路不同频率的信号合并成一路,以获得混频信号。
混频器电路的设计主要涉及以下几个方面:
1. 混频器类型选择:混频器电路通常可以选择三种类型的混频器,即互补式、抑制式和反向式混频器。
不同类型的混频器具有不同的性能特点和优缺点,需要根据具体应用场景选择。
2. 设计频率选择:混频器的输入频率范围和输出频率范围需要根据具体应用需求确定,同时考虑到混频器的增益和带宽等参数。
3. 传输线设计:混频器电路中的传输线设计对混频器的性能有很大影响。
传输线具有传输延时、传输损耗等参数,需要合理选择设计参数来优化混频器电路的性能。
4. 滤波器设计:混频器电路常常需要加入滤波器,去除不需要的频率分量,保留所需频率分量,以提高混频器电路的选择性和干扰抑制能力。
5. 电路布局与封装:混频器电路的布局和封装方式对混频器电路的性能和可靠性有很大影响,需要合理设计和选择。
综上所述,混频器电路的设计需要综合考虑电路类型、频率、传输线、滤波器及电路布局等因素,以达到优化性能、选择性和干扰抑制能力的目的。
通信电子中的混频器设计与实现

通信电子中的混频器设计与实现混频器是通信电子系统中常用的重要组件,它能够将两个不同的信号混合在一起,并产生新的频率信号。
混频器的应用范围很广,从基于微波的通信电子系统到基于射频的调制解调器都需要使用混频器。
本文将从混频器的基础知识、工作原理和设计实现三个方面来介绍混频器。
基础知识混频器的核心组件是二极管,它能够将两个信号进行非线性混合,产生一个包含原信号频率之和和差的新信号。
在混频器中,一个信号称为本振信号,另一个信号称为射频信号。
本振信号的频率在混频器中是固定的,而射频信号的频率是需要混频的信号。
混频器的输出信号称为中频信号,它的频率通常在几十千赫兹到几百兆赫兹之间,这是通讯电子系统能够处理的频率范围。
混频器的工作原理混频器的工作原理可以分为以下几个步骤:1. 在混频器的输入端口,本振信号和射频信号经过耦合器相结合。
2. 二极管的非线性特性会导致信号的幅度被混合在一起。
3. 混频器的输出信号将包含频率为本振频率、射频频率、本振频率加上射频频率和本振频率减去射频频率的信号。
4. 混频器为了提高输出信号质量和频率准确度,会在输出信号上添加一个滤波器。
设计实现混频器的设计需要考虑多种因素,包括本振频率选择、二极管特性评估、匹配和精度要求等。
以下是一些常见的混频器设计技巧:1. 选择合适的二极管:二极管的选择与设计的频段密切相关,必须对二极管的特性进行评估并选择适当的二极管。
2. 频率匹配:为了提高混频器的效率,必须使输入端口和输出端口的阻抗相互匹配。
本振和输入信号之间的匹配非常重要,以保证最好的混频效率。
3. 滤波器选择:滤波器用于过滤混频器输出信号中的杂散信号。
同时,选择更好的滤波器将提高混频器输出信号的质量和频率准确度。
4. 精度控制:混频器在设计和调试过程中需要进行精度控制。
意味着必须对本振和射频的频率进行准确的测量,并针对结果进行必要的校准,以获得最好的混频结果。
总结混频器是通信电子系统中常用的重要组件,它扮演了将射频信号转换为中频信号的重要角色。
混频器的设计(RFID)

混频器的基本介绍定义:变频,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)。
混频器是一个3端口器件,其中两个端口输入,一个端口输出。
混频器采用非线性或时变参量元件,可以将两个不同频率的输入信号变为一系列不同频率的输出信号,输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及谐波。
混频器是射频系统中用于频率变换的部件,具有广泛的应用领域,可以将输入信号的频率升高或降低而不改变原信号的特性。
混频器的典型应用是在射频的接收系统中,混频器可以将较高频率的射频输入信号变换为频率较低的中频输出信号,以便更容易对信号进行后续的调整和处理。
1.混频器的特性混频器的符号和功能如图4-60所示。
图4-60(a)是上变频的工作状况,两个输入端分别称为本振端(LO)和中频端(IF),输出端称为射频端(RF)。
图4-60(b)是下变频的工作状况,两个输入端分别称为本振端(LO)和射频端(RF),输出端称为中频端(IF)。
上变频:上变频就是把基带信号调制到一个载波上,或者把调制在低频载波上的信号变换到高频载波上。
在超外差式接收机中,如果经过混频后得到的中频信号比原始信号高,那么此种混频方式叫做上变频。
下变频:在超外差式接收机中,如果经过混频后得到的中频信号比原始信号低,那么此种混频方式叫做下变频。
下变频的目的是为了降低信号的载波频率或是直接去除载波频率得到基带信号。
混频器的变频损耗混频器的变频损耗定义为可用RF 输入功率与可用IF 输出功率之比,用dB 表示为变频损耗的典型值为4~7dB 。
变频损耗包括二极管的阻抗损耗、混频器端口的失配损耗和谐波分量引起的损耗。
电阻性负载会吸收能量,产生阻抗损耗。
混频器输出只选和频或差频,谐波不是所需的输出信号,导致了谐波损耗。
2.单端二极管混频器定义:用一个二极管产生所需IF 信号的混频器称为单端二极管混频器。
框图及其解释:单端二极管混频器如图4-62所示。
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Figure 4-2
Additive mixing in a BJT [1].
638
MIXER DESIGN来自Figure 4-3Additive mixing in a single-gate MOSFET [1].
when the R. and LO signals are applied to the same input port, as in .igures 4-2 and 4-3. Multiplicative mixing occurs when the R. and LO signals are applied to separate ports, as in .igure 4-4. As a rule, multiplicative mixers afford better isolation between their LO and R. ports than additive mixers, and this enhanced interport isolation is their principal merit. Multiplicative mixing does not in itself suppress unwanted products; the spurious response of a basic multiplicative mixer cell is poor unless it is used in a pushpull or quad configuration. Let us now consider the basic theory of mixers. Mixing is achieved by the application of two signals to a nonlinear device. Depending on the particular device, the nonlinear characteristic may differ. However, it can generally be expressed in the form I = K(V + v1 + v2)n (4-1)
4
MIXER DESIGN
4-1 INTRODUCTION Radiocommunication requires that we shift a baseband information signal to a frequency or frequencies suitable for electromagnetic propagation to the desired destination. At the destination, we reverse this process, shifting the received radiofrequency (R.) signal back to baseband to allow the recovery of the information it contains. This frequency-shifting function is traditionally known as mixing; the stages that perform it are known as mixers. Any device that exhibits amplitude-nonlinear behavior can serve as a mixer, for, as we saw in Section 1-6-2, nonlinear distortion results in the production, from the signals present at the input of a device, of signals at new frequencies. Even a rusty screw or bolt on an antenna element can act as a mixer, producing unwanted IMD products that appear at the receiver input. Although mixers are equally important in wireless transmission and reception, traditional mixer terminology favors the receiving case because mixing was first applied as such in receiving applications. Thus, the signal to be frequency shifted is applied to the mixers R. port, and the frequency-shifting power or voltage [from a local oscillator (LO)] is applied to the mixers LO port, resulting in two outputs at the mixers intermediate frequency (I.) port. If the wanted I. is lower than the R. signal, the mixer is a downconverter; if the wanted I. is higher than the R., the mixer is an upconverter. Converter may also be used as a term for a single stage that simultaneously acts as mixer and LO. .or a given R. signal, an ideal mixer with a perfect LO (i.e., an LO with no harmonics and no noise sidebands) would produce only two I. outputs: one at the frequency sum of the R. and LO, and another at the frequency difference between the R. and LO. .iltering can be used to select the desired I. product and reject the unwanted one, which is sometimes referred to as the I. image. The simultaneous generation of LO + R. and LO R. outputs results not from a departure of mixer performance from the ideal, but from the mathematics of mixing itself. Another unavoidable mixing artifact, the R. image response, also results from the mathematics of mixing rather than mixer nonideality. Just as a given R./LO combination produces two I. outputs (LO + R. and LO R., the I. and I. image), the mixer will produce output at the
R./Microwave Circuit Design for Wireless Applications. Ulrich L. Rohde, David P. Newkirk Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Inc. ISBNs: 0-471-29818-2 (Hardback); 0-471-22413-8 (Electronic)
636
4-1
INTRODUCTION
637
Figure 4-1 Relationship between a mixer’s image and desired-signal responses. The image is 2fIF away from the desired signal.
desired I. (LO + R. or LO R.) in response to two possible R. inputs: one at LO + I. and another at LO (I. (.igure 4-1). The undesired response, the R. image (traditionally referred to merely as the image), is 2fI. removed from the desired response. Even if no humangenerated signals exist at the R. image frequency, reducing a mixers R. image response can be important because noise at that frequency, including that produced by circuitry between the mixer and antenna, will still be mixed to the desired I., degrading the signal-to-noise ratio. .iltering and phasing techniques can be used to reduce the R. or I. image responses: filtering if the image is sufficiently removed from the desired response that filtering will provide the necessary rejection; phasing if the desired and image responses are insufficiently spaced for filtering to work, as in the case of a double-conversion receiver in which signals at a high first I. (e.g., 5070 MHz) must be converted to a very low first I., such as 25 kHz. The output of every real mixer includes a vast number of additional unwanted products, including noise, the fundamentals of the mixers R. and LO signals and their harmonics, and the sums and differences of the R. and LO and their harmonics. Intermodulation distortion between multiple signals present at the R. port and I. output resulting from the mixing to I. of LO noise-sideband energy by strong adjacent signals (reciprocal mixing, Section 1-6-2) further complicate a mixers output spectrum and may compromise system performance. All mixers are multipliers in the sense that the various new outputs they produce can be described mathematically as the multiplicative products of their inputs. .rom an implementation standpoint, however, a given mixer circuit can be characterized as additive or multiplicative depending on how R. and LO signals are applied to it. Additive mixing occurs