二极管双平衡混频器
二极管混频器
RL
RL
+ vi/2 + vi/2 -
Tr2 i
本页完 继续
二
极
二极管平衡混频器生成的新频率成分
管
混
频
D1
器
rd + vi/2 + vi/2 -
一、二极管平衡混频器
+
i1 RL vs/2 信号电压 vs=Vsmcosωst 本振电压 v0=V0mcosω0t + + v 由结果知，二极管混 0 vs/2 i2 RL S(t)=(1/2)+(2/π)cosω0t 频器亦能生成差频，再 - (2/3π)cos3ω0t D 2 rd 通过滤波电路可将其取 +(2/5π)cos5ω0t+…… 出。 等效电路 i1和i2经变压器Tr2相互感应后 输出的总电流i为 1 1 S(t)V cosω t = ——— i=i1-i2 = ———vsS(t) sm s rd+RL rd+RL (1/2)+(2/π)cosω0t-(2/3π)cos3ω0t+(2/5π)cos5ω0t+… Vsmcosωst i= —————————————————————— · rd+RL 把上式中的cosωst与cosω0t、cos3ω0t、cos5ω0t…各项相乘后再 展开整理，可得出总电流中生成了新的频率分量，分别为 ωs，ω0ωs，3ω0 ωs ，5ω0 ωs，…… 本页完 继续
二
极
vo<0时D1D3截止， D2D4导通分析
管
混
频
D1
器
T
二、二极管环形混频器
Tr1 r2 二极管环形混频器就是在 - + + + 二极管平衡混频器的基础上 - D2 vs + 增加了两个反向连接的二极 D4 管。在分析过程中可以利用 + 二极管平衡混频器的结论。 + D 3 二极管环形混频器与二极 + - v + 管平衡混频器的区别为： 0 环形混频器电原理图 v0>0时，D1、 D3 导通， D2、 D4截止； 在二极管平衡混频器的输出信 v0<0时，D1、 D3 截止， D2、 号中，仍包含有 ωs 这个频率， ωs D4导通。 与 (ω0-ωs) 比较接近，容易对 (ω0区别：即在本振电压v0的 ωs)产生干扰，为了消除ωs，可使 正、负半周中，都有二极管 用二极管环形混频器。 导通，都产生电流。 本页完 继续
二极管混频器
《 高 频 电 子 线 T 4 4 4(1) n1 cos30t cos(2n 1)0t 路 S (t ) S (t ) cos0t 2 3 (2n 1) 》 （ 第 1 T 四 i i 'i ' ' [ S (t ) S (t )]v s 版 rd RL 2 ） 张 肃 提供混频增益的同时，进一步减小输入信号频率 文 主 编 成分。 高 等 教 育 出 版 社
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
4.7.1
4.7.2
二极管平衡混频器
二极管环形混频器
（双平衡混频器）
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
图 4.7.1 二极管平衡混频器
如果V0m> Vsm ,
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
图 4.7.3 在本振电压正半周的环形混频器
1 i ' i1 i3 S (t )v s rd RL
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 等 教 育 出 版 社
图 4.7.4
在本振电压负半周的环形混频器
1 T i '' i4 i2 S (t )v s rd RL 2
《 高 频 电 子 线 路 》 （ 第 四 版 ） 张 肃 文 主 编 高 1 T 等 i i 'i ' ' [ S (t ) S (t )]v s 教 rd RL 2 育 T 4 4 4(1) n1 出 版 S (t ) S (t 2 ) cos0t 3 cos30t (2n 1) cos(2n 1)0t 社
二极管双平衡混频器实验报告
二极管双平衡混频器实验报告一、实验目的本实验旨在通过搭建二极管双平衡混频器电路，了解其工作原理、性能参数及其应用领域。
二、实验原理1. 二极管双平衡混频器的基本原理二极管双平衡混频器是一种基于非线性元件（如二极管）的混频器，它的基本原理是将两个信号输入到电路中，通过非线性元件将两个信号混合在一起，并产生新的频率分量。
其中一个输入信号为本振信号，另一个为射频信号，输出为中频信号。
2. 二极管双平衡混频器的电路图及工作原理二极管双平衡混频器由四个二极管、两个变压器和若干电容等组成。
其中两个二极管构成反向并联的对称结构，另外两个构成正向并联的对称结构。
输入信号经过变压器耦合到正向并联结构中，在此处与本振信号相乘后通过反向并联结构进行滤波和放大，输出中间频率信号。
3. 二极管双平衡混频器的特点（1）具有较高的转换增益，可达10-15dB。
（2）具有较高的线性度和相位平衡度。
（3）适用于宽带、低噪声和高灵敏度的射频接收机。
三、实验器材示波器、信号源、直流电源、二极管、变压器、电容等。
四、实验步骤1. 按照电路图连接电路，并检查连接是否正确。
2. 打开示波器和信号源，调节信号源输出频率为10MHz，幅度为0dBm。
3. 调节本振信号发生器输出频率为10.5MHz，幅度为0dBm，并将其输入到电路中。
4. 调节示波器参数，观察中频信号波形并记录其频率和幅度。
5. 改变本振信号发生器输出频率并记录中频信号的变化情况。
五、实验结果与分析1. 实验结果在本次实验中，我们成功地搭建了二极管双平衡混频器电路，并通过调节本振信号发生器的输出频率和幅度观察到了中频信号的波形。
在本振信号发生器输出10.5MHz时，我们观察到了中频信号的频率为500kHz左右，幅度约为-10dBm。
2. 结果分析通过实验结果我们可以看出，二极管双平衡混频器电路具有较高的转换增益和较高的线性度，能够将输入信号混合产生中频信号。
在本实验中，我们成功地观察到了中频信号的波形，并记录了其频率和幅度。
课程设计二极管双平衡混频器说明书
摘要在这次设计中，我主要负责二极管双平衡混频器，单失谐回路斜率鉴频器和低频功率放大器的设计。
要求完成各单元电路设计及仿真，利用Multisim开发软件完成整机电路设计；通过实际电路方案的分析比较，参数计算，元件选取，仿真测试等意见反馈环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图；掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法。
通过这次课程设计，是学生加强对通信电子线路的理解，掌握文献资料检索，设计方案论证比较，以及设计参数计算等能力环节。
进一步提高分析解决实际问题的能力，提高解决通信电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化。
关键词：通信调频仿真 Multisim目录摘要 (I)目录...................................................................... I I一、前言 (1)二、设计指标 (2)2.1 工作频率范围 (2)2.2 灵敏度 (2)2.3 选择性 (2)2.4 频率特性 (2)2.5 输出功率 (2)三、系统总述 (2)四、单元电路设计与仿真 (4)4.1 二极管双平衡混频器 (4)4.2单失谐回路斜率鉴频器 (5)4.3低频功率放大器 (6)4.4高频谐振放大器电路 (8)4.5 中频谐振放大器电路 (9)4.6本机振荡器 (10)五、整机电路设计图 (11)六、高频实验平台整机联调设计指标 (12)6.1、分级安装与调试 (12)6.2、整机联调时常见的故障分析 (12)6.3、调频接收机实验步骤 (13)七、设计总结 (14)八、参考文献 (15)一、前言近些年信息通信领域中，发展最快和应用最广的就是无线通信技术。
无线通信的终极目标是实现任何人在任何时间，任何地点接收和发送任何信息。
第六章混频器3
−vLO +vD1 −vRF +vIF = 0
二极管 D1 两端电压：
1:1
vD1 = vLO −vIF +vRF
同理可得：
vD2 = vLO + vIF − vRF
vD1 = vLO −vIF +vRF
vD3 = −vLO − vIF − vRF vD4 = −vLO + vIF + vRF
v LO (t ) 正半周：
= g D S1 (ω LO t ) ⋅ vLO (t ) + g D S1 (ω LO t ) ⋅ vRF (t )
线性时变状态：①大信号---静态工作点时变---跨导时变 ②小信号---线性特性
i D = I 0 (t ) + g (t ) ⋅ v RF (t )
时变静态电流：
I 0 (t ) = g D S1 (ω LO t )v LO (t )
6.57 6.89 6.62 6.57
40 40 40 40
40 35 40 40
10-1000 DC-1000 5-500 5-500 DC-500 DC-500
本振功率：+23dBm
射频最大：+15dBm
Mini-Circuits
6.3.2 无源场效应管混频器（或场效应管电组混频器） 优点：线性好、噪声小 电路特点 ① 栅极直流偏置 VGG ≈ vGS (th ) 本振信号加载栅极，即 vGS = vLO (t ) ② 漏极无直流偏置电压， 由电感提供直流通路， 静态时 vDS = 0 ---无源混频器 射频信号加在漏极，即 vDS = vRF (t ) ③ 中频由源极输出，源极回路谐振于 ω IF 漏极回路谐振于 ω RF
双平衡二极管混频器的分析与设计【文献综述】
文献综述电子信息工程双平衡二极管混频器的分析与设计混频器应用于移动通信和微波通信以及各种高精度的微波测量系统中的前端电路，是射频系统中的一个关键部分，其性能的好坏直接影响到整个系统的性能。
本文打算采用ADS软件设计了一个双平衡二极管混频器。
最后通过仿真得到了二极管双平衡混频器的三阶交调等参数。
介绍了混频器的发展状况、混频二极管以及利用它们来实现混频的优缺点。
给出了混频器相关的概念和指标，还有各种不同结构的混频器电路及其指标的差异。
探讨了二极管环形混频电路的工作原理，通过分析和计算，得出最终输出电流的组合频率分量。
按采用的非线性器件不同，常用的混频器有三极管混频器、二极管混频器和集成模拟乘法器构成的混频器，此外，还有采用变容二极管等非线性元器件构成的混频器。
其中，二极管混频器主要应用于工作频率较高的无线电超外差式接收机(如米波段及微波接收机)或仪器中。
其优点是电路结构简单，噪声低，工作频段宽，组合频率少。
它的电路形式有单管式、平衡式及环形式(也称为双平衡式)等。
混频器已被广泛应用于移动通信，微波通信，以及各种高精密微波前端电路测试系统，射频系统是其性能的关键部分，直接影响到整个系统的性能。
通信工程和无线电技术，被广泛用于调制系统中，输入基带信号，通过转换进入高频率的调制信号。
在解调过程中，收到的信号调制高频频率也将受到相应的中频信号转换。
特别是在超外差接收器，混频器被广泛使用，如AM广播接收器将有一个535KHz调幅信号，可用1000Hz的本振将其变频为465KHz的中频信号。
在为了提高发射机的发射频率，多级发射器的稳定性。
以较低的频率作为主振荡器晶体振荡器，产生一个非常稳定的高频主振信号，然后通过加，减，乘，除法运算转化成无线电频率，所以必须使用混频器电路，如转让发送和接收频道的电视转换，卫星通信上行，下行频率转换等，必须使用混频器。
因此，混频器电路是电子技术和无线电专业应用必须掌握的关键电路。
GaAs单片二极管双平衡混频器
GaAs单片二极管双平衡混频器陈坤;彭龙新;李建平【摘要】采用0.25μm的GaAs工艺制作了一款单片二极管双平衡混频器.基于环形二极管双平衡混频器的基本工作原理,提出了LO巴伦与RF巴伦的区别所在,并以Marchand巴伦为LO巴伦,以trjformer巴伦作为RF巴伦.在优化了局部电路后,再与环形二极管组成整体电路,并对整体电路进行了优化.最后对版图进行EM仿真,并稍作调整以改善EM仿真结果.当本振功率在13dBm时,实测得转换损耗在低本振和高本振下约为11.5dB和10.5dB,LO端口到IF端口和RF端口隔离度分别为30dB和35dB,LO端1∶7和RF端口驻波分别小于2和3.5,实测结果与仿真结果基本一致.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2010(010)009【总页数】3页(P31-33)【关键词】双平衡混频器;环形二极管;巴伦;微波单片集成电路;转换损耗【作者】陈坤;彭龙新;李建平【作者单位】南京电子器件研究所,南京,210016;单片集成电路与模块国家重点实验室,南京,210016;南京电子器件研究所,南京,210016;南京电子器件研究所,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TN773.2双平衡混频器理论上能够有效地抑制寄生混频产物，各端口之间也有很好的隔离，是混频器设计的优选结构[3，5，6]。
其中，二极管环形双平衡混频器的结构相对简单，易于实现，关键在于设计具有良好性能的巴伦。
在混频器设计中，一般认为本振（LO）信号幅度远大于射频（RF）信号幅度，二极管的导通与截止完全取决于LO信号。
所以，从时域角度考虑，LO巴伦处于支配地位，可以使用一般形式的Marchand巴伦[1，2]实现；RF巴伦则处于被支配地位，RF巴伦可由triformer巴伦[4]实现。
由于二极管阻抗的非线性，不一定匹配于参考阻抗Z0，故仍需要对整体电路加以优化和调整。
以优化后的参数绘制版图，并对版图进行EM仿真，最后采用0.25 μm的GaAs工艺制作了电路。
GaAs单片二极管双平衡混频器
第１ ， ９期 ０卷 第
Ｖｏ１ １ ０
．
电
子
与
封
装
．
ＮＯ ９
．
ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩ ＣＳ ＆ ＰＡＣＫＡＧ１ ＮＧ
总 第８ ９期 ２１ ０ ０年 ９月
电 ． 设 计 路
Ｇａ 单 片二极 管双 平衡 混频器 Ａｓ
陈 坤 ，彭龙新 ，李建平
（． １ 单片集成 电路与模块 国家 重点实验室 ，南京 ２ ０ １ ；２南京 电子器件研 究所 ，南京 ２ ０ １ ） １０６ ． １ ０ ６
摘
要 ：采用 ０２ ．５“ｍ 的 Ｇ Ａｓ 艺制作 了一款 单 片二极 管双平衡 混频 器。基于环 形二极 管双平衡 ａ 工
混频 器的基本工作原理 ，提 出 了Ｌ 巴伦与 Ｒ ０ Ｆ巴伦的 区别所在 ，并 以Ｍａｃａ ｄ巴伦为 Ｌ 巴伦 ，以 ｒｈ ｎ Ｏ ｔｉ ｒ ｒ巴伦作 为 Ｒ ｒｆ ｍｅ ｏ Ｆ巴伦 。在优 化 了局部 电路 后 ，再 与环形二 极 管组成 整体 电路 ，并对整体 电路 进 行 了优化。最后 对版 图进行 Ｅ 仿真 ，并稍 作调整 以改善 Ｅ 仿真结果 。 当本振功率在 １ｄ ｍ 时 ， Ｍ Ｍ ３Ｂ 实测得转换 损耗在低 本振和 高本振 下 约为 １ ．ｄ ５ Ｂ和 １ ．ｄ １ ０５ Ｂ，Ｌ Ｏ端 口到 Ｉ Ｆ端 １和 Ｒ ： ７ Ｆ端 口隔 离度 分
ｓ ｌ ｅ Ｍ ｏｓＳ ｍ ｄ ｓ ｎ ｉｅｅｕｅ ｅ ａｏ ｔｏ ｍ ｒｖ ｅ ｅ ｏ ａｃｓＴ ｅ ａｕｅ ｉ ａ ｄ ｙＥ ｔ ｌ ｏ ｅ ｊ ｔ ｔｓ ｘ ｃｔ ｏ ｔ ｙ ｕ ｔ ｉ ｐｏ ｅｈ ｒ ｒ ｎｅ． ｈ ｓｒｄ ｍｕ ｔ ｂ ｏ ． ａ ｕ ｍｅ ｄ ｎｈ ｌ ｔ ｐ ｆｍ ｍｅ
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高频电子实验报告
实验名称：
二极管双平衡混频器
实验目的：
1、掌握二极管双平衡混频器频率变换的物理过程。
2、掌握晶体管混频器频率变换的物理过程和本振电压V0和工作电流Ie对中频转出电压大小的影响。
3、掌握集成模拟乘法器实现的平衡混频器频率变换的物理过程。
4、比较上述三种混频器对输入信号幅度与本振电压幅度的要求。
实验仪器：
1、1号板1块
2、6号板1块
3、3 号板1块
4、7 号板1块
5、双踪示波器1台
实验原理：
1. 二极管双平衡混频原理
图3-1 二极管双平衡混频器
二极管双平衡混频器的电路图示见图3-1。
图中V S 为输入信号电压，V L 为本机振荡电压。
在负载R L 上产生差频和合频，还夹杂有一些其它频率的无用产物，再接上一个滤波器（图中未画出）
二极管双平衡混频器的最大特点是工作频率极高，可达微波波段，由于二极管双平衡混频器工作于很高的频段。
图3-1 中的变压器一般为传输线变压器。
二极管双平衡混频器的基本工作原理是利用二极管伏安特性的非线性。
众所周知，二极管的伏安特性为指数律，用幂级数展开为
当加到二极管两端的电压v 为输入信号V S 和本振电压V L 之和时，V2 项产生差频与和频。
其它项产生不需要的频率分量。
由于上式中u 的阶次越高，系数越小。
因此，对差频与和频构成干扰最严重的是v 的一次方项（因其系数比v2 项大一倍）产生的输入信号频率分量和本振频率分量。
用两个二极管构成双平衡混频器和用单个二极管实现混频相比，前者能有效的抑制无用产物。
双平衡混频器的输出仅包含（pωL±ωS）（p 为奇数）的组合频率分量，而抵消了ωL、ω C 以及p 为偶数（pωL±ωS）众多组合频率分量。
下面我们直观的从物理方面简要说明双平衡混频器的工作原理及其对频率为ωL 及ωS 的抑制作用。
在实际电路中，本振信号V L 远大于输入信号V S。
在V S 变化范围内，二极管的导通与否，完全取决于V L。
因而本振信号的极性，决定了哪一对二极管导通。
当V L 上端为正时，二极管D3 和D4 导通，D1 和D2 截止；当上端为负时，二极管D1 和D2 导通，D3 和D4 截止。
这样，将图3-1所示的双平衡混频器拆开成图3-2（a）和（b）所示的两个单平衡混频器。
图3-2（a）是V L上端为负、下端正期间工作；3-2（b）是V L上端为正、下端为负期间
工作。
由图3-2（a）和（b）可以看出，V L单独作用在R L上所产生的ωL分量，相互抵消，故R L上无ωL分量。
由V S产生的分量在V L上正下负期间，经D3产生的分量和经D4产生的分量在R L上均是自下经上。
但在V L下正上负期间，则在R L上均是自上经下。
即使在V L 一个周期内，也是互相抵消的。
但是V L的大小变化控制二极管电流的大小，从而控制其等效电阻，因此V S在V L瞬时值不同情况下所产生的电流大小不同，正是通过这一非线性特性产生相乘效应，出现差频与和频。
2、电路说明
模块电路如图3-3所示，这里使用的是二极管双平衡混频模块ADE-1，该模块内部电路如图3-5所示。
在图3-3中，本振信号V L由P3输入，射频信号V S由P1输入，它们都通过ADE-1中的变压器将单端输入变为平衡输入并进行阻抗变换，TP8为中频输出口，是不平衡输出。
图3-3 二极管双平衡混频
图3-5 ADE-1内部电路
在工作时，要求本振信号V L>V S。
使4只二级管按照其周期处于开关工作状态，可以证明，在负载RL的两端的输出电压（可在TP8处测量）将会有本振信号的奇次谐波（含基波）与信号频率的组合分量，即pωL±ωS（p为奇数），通过带通滤波器可以取出所需频率分量ωL+ωS（或ωL—ωS -）。
由于4只二极管完全对称，所以分别处于两个对角上的本振电压V L和射频信号V S不会互相影响，有很好的隔离性；此外，这种混频器输出频谱较纯净，噪声低，工作频带宽，动态范围大，工作频率高，工作频带宽，动态范围大，缺点是高频增益小于1。
N1、C5、T1组成谐振放大器，用于选出我们需要的频率并进行放大，以弥补无源混频
器的损耗。
实验步骤：
1、熟悉实验板上各元件的位置及作用；
2、按下面框图所示，进行连线
3、将3 号板SW1 拨为晶体振荡器，即拨码开关S1 为“10”，S2 拨为“01”。
4、用示波器观察7 号板混频器输出点TP8 波形，观测7 号板混频输出TP2 处波形（调节7 号板中周T1 使输出最大），并读出频率计上的频率。
（如果使用数字示波器，可以使用FFT 功能观测TP8 的频谱）
5、调节本振信号幅度，观测混频输出选频放大TP2处波形变化
6、将射频输入P1改外接高频信号；信号源输出信号频率20M，调节本振信号频率，观测混频输出选频放大TP2处波形变化，记录输出信号幅度最大的输入输出频率。
实验数据：
1、射频信号的频率fs =4.5MHz
a、本振信号的频率f L =6.2MHz 时，混频信号的和频为（f L+fs）=10.7MHz
增益为-10.6dB
b、本振信号的频率f L =15.2MHz 时，混频信号的差频为（f L-fs）=10.7MHz
增益为-10.5dB
2、调节本振信号幅度，混频输出选频放大TP2处波形幅度随本振信号幅度的增大而增大，即混频输出波形幅度与本振信号幅度成正相关。
实验分析：
通过本实验了解到混频电路超外差式接收机的重要组成部分。
它的作用是将载频为fs的已调信号不失真的变换为载频为fi的中频信号。
因为中频是固定的，可以对中频进行较高增益的放大,在检波前得到足够的放大,使接收机的灵敏度得到了很大的提高。