混频器的设计及仿真
ADS射频电路课程设计——混频器设计与仿真
为了增加仿真 分析的方便性 ，ADS软件提 供了仿真模板 功能，让使用者可以 将经常重复使 用的仿真设定 （如仿真控制器 、电压电流源、变量参数设定等）制定成一个模 板，直接使用，避免了重复设 定所需的时间 和步骤。结果显示模板 也具有相同的 功能，使用者可以将 经常使用的绘 图或列表格式 制作成模板以 减少重复设定 所需的时间。除了使用者自 行建立外，ADS软件也 提供了标准的 仿真与结果显 示模板可供使 用。
2.1.4 电路包络分析 （Circui t Envelo pe）
电路包络分析 包含了时域与 频域的分析方 法，可以使用于包 含调频信号的 电路或通信系 统中。电路包络分析 借鉴了SPI CE与谐波平 衡两种仿真方 法的优点，将较低频的调 频信号用时域 SPICE仿 真方法来分析 ，而较高频的载 波信号则以频 域的谐波平衡 仿真方法进行 分析
卷积分析方法 为架构在SP ICE高频仿 真器上的高级 时域分析方法 ，藉由卷积分析 可以更加准确 的用时域的方 法分析于频率 相关的元件，如以S参数定 义的元件、传输线、微带线等。
2.1.2 线性分析
线性分析为频 域的电路仿真 分析方法，可以将线性或 非线性的射频 与微波电路性参数，如S、Z、Y和H参数、电路阻抗、噪声、反射系数、稳定系数、增益或损耗等 （若为非线性元 件则计算其工 作点之线性参 数），在进行整个电 路的分析、仿真。
目前ADS所 提供的设计指 南包括：WLAN设计 指南、Blueto oth设计指 南、CDMA20 00设计指南 、RF System 设计指南、Mixer设 计指南、Oscill ator设计 指南、Passiv e Circui ts设计指南 、Phased Locked Loop设计 指南、Amplif ier设计指 南、Filter 设计指南等。除了使用AD S软件自带的 设计指南外，使用者也可以 通过软件中的 Design Guide Develo per Studio 建立自己的设 计指南。
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。
射频实验报告： 混频器(单平衡)
课程实验报告
《集成电路设计实验》
2010- 2011学年第 1 学期
班级：
混频器（单平衡）实验名称：
指导教师：
姓名学号：
实验时间：2011年5月23日
一、实验目的：
1、了解基本射频电路的原理。
2、理解基本混频器的工作原理并设计参数。
3、掌握Cadence的运用，仿真。
二、实验内容：
1、画出混频器的原理图。
2、仿真电路：仿真出混频器的的输入、输出频谱，输出增益，1dB压缩点。
Gain=8dB，NF<8dB，IIp3=0dBm，IP1dB=-10dBm。
三、实验结果
1、混频器原理图为：
2、仿真平台的建立
3、混频管参数
设置差分管参数如下，漏端电阻R=600，隔直电容1pF，晶体管W=32u，L=400n，nr=4，m=2
4、仿真参数
设置端口初始化仿真参数frf=800MHz，prf=-40dBm，flo=850MHz，plo=20dBm，Vbias=1.5V，采用PSS和Pac仿真：
3、仿真结果
（1）增益
运行spacture,得到电压转换增益为8.8dB，在输入功率-8dBm以下保持不变，如下：
（2）线性度
1、查看PSS结果，得到输入1dB压缩点IP-1=-6.5dBm，
2、得到IIP3=3.8dBm
3、噪声
仿真Pnoise，得到输出变频DSB噪声在50MHz约为12.5dB，
4、心得体会
这次实验让我可以开始熟练的使用PSS、pnoise等仿真，同时也更为深刻的了解到了Cadence的运用。
在以后的实验中我会更努力的做好实验的。
《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。
混频器的设计与仿真
目录前言 (1)工程概况 (1)正文 (2)3.1设计的目的及意义 (2)3.2 目标及总体方案 (2)3.2.1课程设计的要求 (2)3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 (2)3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 (2)3.3工具的选择—Multiusim 10 (3)3.3.1 Multiusim 10 简介 (3)3.3.2 Multisim 10的特点 (3)3.4 混频器 (3)3.4.1混频器的简介 (4)3.4.2混频器电路主要技术指标 (4)3.5 混频器的分类 (5)3.6详细设计 (5)3.6.1混频总电路图 (5)3.6.2 选频、放大电路 (5)3.6.3 仿真结果 (6)3.7调试分析 (9)致谢 (9)参考文献 (9)附录元件汇总表 (10)混频器的设计与仿真前言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 的图像信号要变成38MHZ的中频图像信号。
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作为主振荡器，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。
工程概况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。
混频器仿真实验报告
混频器仿真实验报告一．实验目的（1）加深对混频理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力；（2）掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤；（3）掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础。
二．实验原理以及实验电路原理图(一).晶体管混频器电路仿真本实验电路为AM调幅收音机的晶体管混频电路，它由晶体管、输入信号源V1、本振信号源V2、输出回路和馈电电路等组成，中频输出465KHz的AM波。
电路特点：（1）输入回路工作在输入信号的载波频率上，而输出回路则工作在中频频率（即LC选频回路的固有谐振频率fi）。
（2）输入信号幅度很小，在在输入信号的动态范围内，晶体管近似为线性工作。
（3）本振信号与基极偏压Eb共同构成时变工作点。
由于晶体管工作在线性时变状态，存在随U L周期变化的时变跨导g m(t)。
工作原理：输入信号与时变跨导的乘积中包含有本振与输入载波的差频项，用带通滤波器取出该项，即获得混频输出。
在混频器中，变频跨导的大小与晶体管的静态工作点、本振信号的幅度有关，通常为了使混频器的变频跨导最大（进而使变频增益最大），总是将晶体管的工作点确定在：U L=50~200mV，I EQ=0.3~1mA，而且，此时对应混频器噪声系数最小。
(二).模拟乘法器混频电路模拟乘法器能够实现两个信号相乘，在其输出中会出现混频所要求的差频（ωL-ωC），然后利用滤波器取出该频率分量，即完成混频。
与晶体管混频器相比，模拟乘法器混频的优点是：输出电流频谱较纯，可以减少接收系统的干扰；允许动态范围较大的信号输入，有利于减少交调、互调干扰。
三．实验内容及记录(一).晶体管混频器电路仿真1、直流工作点分析使用仿真软件中的“直流工作点分析”，测试放大器的静态直流工作点。
注：“直流工作点分析”仿真时，要将V1去掉，否则得不到正确结果。
因为V1与晶体管基极之间无隔直流回路，晶体管的基极工作点受V1影响。
基于ADS的微波混频器设计分析
基于ADS的微波混频器设计分析【摘要】本文基于ADS软件进行微波混频器设计分析，通过介绍研究背景和意义引入主题。
首先对ADS软件进行介绍，然后分析微波混频器的原理，详细讲解在ADS中设计步骤。
接着通过仿真结果分析深入探讨设计效果，最后进行参数优化。
结论部分总结设计经验，展望未来工程应用。
通过本文的研究，可以更好地理解微波混频器的设计原理和优化方法，为微波领域的研究和应用提供参考。
【关键词】ADS，微波混频器，设计分析，仿真，参数优化，工程应用展望1. 引言1.1 研究背景微波混频器是一种常用于射频和微波电路中的重要器件，能够实现信号的频率混合和转换，广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域。
随着无线通信技术的不断发展和应用需求的不断增加，对微波混频器的设计和性能提出了更高的要求。
在传统的微波混频器设计中，往往需要经过大量的实验和繁琐的调试过程，耗费时间和资源。
而基于软件仿真的设计方法能够有效地降低设计成本和缩短设计周期。
利用现代仿真软件如ADS进行微波混频器的设计分析具有重要意义。
通过对ADS软件的应用和微波混频器原理的深入研究，可以更好地理解微波混频器的工作原理和设计方法。
通过对ADS中微波混频器设计步骤和仿真结果的分析，可以优化设计参数，提高混频器的性能和稳定性。
本文将重点研究基于ADS的微波混频器设计分析，旨在为微波混频器设计提供理论支持和实际指导。
1.2 研究意义通过对ADS软件进行深入了解和应用，可以更加高效地进行微波混频器的设计和仿真。
掌握ADS软件中微波混频器设计的步骤和参数优化方法，可以帮助工程师快速、准确地设计出符合要求的微波混频器。
本文将通过对ADS软件的介绍，微波混频器原理的分析，ADS中微波混频器设计步骤的详细讲解，仿真结果的分析以及参数优化的探讨，来总结微波混频器设计的关键技术，为微波器件的工程应用提供新的思路和方法。
2. 正文2.1 ADS软件介绍ADS（Advanced Design System）是由美国Keysight Technologies公司开发的一款专业的微波电路设计软件。
multisim仿真教程混频器电路
03
混频器电路设计
电路设计流程
确定设计目标
明确混频器的性能指标，如输入频率、输出 频率、增益等。
选择合适的元件
根据设计目标，选择合适的电阻、电容、电 感等元件。
电路原理图设计
根据混频器的工作原理，使用Multisim软件 绘制电路原理图。
参数设置与优化
根据元件规格和性能指标，设置元件参数并 进行优化。
元件பைடு நூலகம்择与参数设置
元件选择
根据设计需求选择合适的电阻、电容、电感等元件， 确保元件的精度和稳定性。
参数设置
根据元件规格和电路性能要求，设置元件参数，如电 阻值、电容值、电感值等。
参数优化
通过调整元件参数，优化电路性能，提高混频器的性 能指标。
电路仿真与调试
电路仿真
使用Multisim软件进行电路仿真，模拟电路的 实际工作情况。
用于绘制电路图，可随意缩放和平 移。
03
02
元件库
提供各种电路元件，方便用户选择 和放置。
仿真面板
提供仿真参数设置和仿真运行控制。
04
元件库与虚拟仪器
元件库
包含各种电子元件，如电阻、电容、电感、 晶体管等。
虚拟仪器
可设置元件的参数和属性，模拟实际元件的 行为。
元件属性
提供各种测量仪器，如示波器、信号发生器 、频谱分析仪等。
干扰与欺骗
电子战系统中的干扰机使用混频器生成干扰信号，对敌方通 信和雷达系统进行干扰和欺骗。混频器在此过程中起到关键 作用，能够生成具有特定频率和功率的干扰信号，有效降低 敌方系统的性能。
06
总结与展望
混频器电路的重要性和发展趋势
混频器电路在通信、雷达、电子对抗等领域具有广泛应用，是现代电子系统中的 重要组成部分。随着技术的发展，混频器电路的性能要求不断提高，具有更高的 频率、更低的噪声、更小的体积和更低的功耗等发展趋势。
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选课时间段：周五3、4、5
序号：
实验报告
课程名称：通信电路上机实验
实验名称：混频器设计及仿真
学生姓名：***
学生学号：********
实验日期：5月24日
混频器的设计及仿真
一、 设计要求及主要指标
1、 LO 本振输入频率：1.45MHz ，RF 输入频率：1MHz ，IF 中频输出频率：450KHz 。
2、 LO 本振输入电压幅度：5V ，RF 输入电压幅度：0.5V 。
3、 混频器三个端口的阻抗为50Ω。
4、 本实验采用二极管环形混频器进行设计，二极管采用DIN4148。
二、 实验电路图
三、实验波形图
图1
2R 的输出电压if
V 波形
图2
2R 两端电压IF V 的频谱图
频谱图分析：由输出的频谱图可见，环形混频器的输出电压中主要的组合频率分量为：0.45MHZ ，2.45MHz ，3.35 MHz ，5.35 MHz ，6.24 MHz ，8.25 MHz ，9.15 MHz 等等。
其中0.45MHZ 为差频输出信号，2.45MHz 为和频输出信号。
图3 输入RF 信号电压in V 波形图
图4 输入RF 信号电流in I 波形图
由图2可知：输出的中频（0.45MHZ ）幅度为：
mV V if 2.153=
由图3，图4可知输入电压，电流的幅值分别为： mV V in 8.270=
mA I in 47.4=
通过以上数据求出混频器的混频增益为： dB A C 95.48
.2702
.153log
20== 输出的中频功率为：mW R V P L
IF
IF 2347.0212==
RF 信号的输入功率为： mW I V P in in in 60524.021
==
所以有混频器的混频损耗为： dB P P L IF
in
C 11.4log
10== 对于RF 输入端可得到输入阻抗为： Ω==
6.60in
in
in i V R
表1 输入\输出电压及电流值
通过MATLAB仿真我们可以得到输入、输出功率(dBm)的关系图，如图5
所示。
如图5输入\输出功率关系图
由上图可得，当输入功率超过一定值后，输入输出曲线就偏离了线性特征，
由图5可以粗略的估计出P in,1dB (dBm) =9.7dBm，P IF,1dB(dBm ) = 4.2dBm，同时根据上图，可以得到当输入功率为0dBm时的中频输出功率值G(0dBm) ≈−3.9dBm：因为理论计算有
P IF,1dB(dBm) = G(0dBm) −1+ P in,1dB(dBm)
将P in,1dB(dBm) = 9.7dBm，P IF,1dB(dBm) = 4.2dBm，G(0dBm) ≈−3.9dBm代入
上式，等式基本成立，因此，验证了估计结果。
对于混频器的互调失真，在本实验中只定性的分析当混频器输入端同时作用的两个频率不同的信号时，输出端的频谱与单信号输入时频谱的区别。
在RF输入端加入两个信号源，选取两个信号的频率在1MHz左右，在这里分
别选取f 1 =0.9MHz，f2= 1.1MHz，为了便于观察输出波形，其电压幅度为取
V RF= 2V。
通过PSpice仿真，我们可以得到输出端R2上的电压频谱图，如图6所示。
如图6输出电压频谱图
由上图可知，在输入端有两个激励信号同时加入到混频器后，在输出的和频
和差频附近出现了很多谐波分量，通过改变随着输入信号的电压幅度可以发现，随着输入电压的增大，输出的谐波分量也会增大。
在混频器的性能指标中，有一项重要的指标就是镜像频率干扰，例如在本实
验中，因为f RF= 1MHz, f LO= 1.45MHz, f IF= 0.45MHz，则根据镜像频率的概念有镜像频率为f K= f RF+ 2 f IF= 1.9MHz。
在RF输入端加入两个激励信号，频率分别为f RF= 1MHz，f K= 1.9MHz，
两个信号的电压幅度都选取0.5V，则通过仿真，可以得到输出端的电压频谱如图7所示。
图7 R2 输出电压频谱图
比较图2 和图7 的频谱图，发现在图7 中，中频IF( f IF = 0.45MHz )
输出电压幅度有明显的增大，这是应为镜像频率通过混频器后，同样产生了
0.45MHz 的中频信号，使得对于输出造成干扰，因此，一般在通信系统中，混频
器的RF 输入端都会加一个镜像抑制滤波器，滤除镜像频率。