二极管双平衡混频器
混频器
( 2w L - w s )
例2: 设一非线性器件的静态伏安特性如图所示，其中斜率为a；
设本振电压的振幅ULm=E0。求当本振电压在下列四种情况下 的混频跨导gC。 （1）偏压为E0； （2）偏压为E0 /2； 解: (1) 偏压为 EQ =E0 ; 输入信号为 uS=USmcosωSt, 且ULm>>USm, 即满足线性时变条件。 静态 gm~u 特性如图 如图 E0 ＋uL
例1: 已知混频管特性: ic a 0 a 2 u a 3 u
2
3
( u 0)
式中: u U B U sm cos s t U Lm cos L t 求: 解:
且U B U Lm U sm
I L S
由已知:
和 I 2 L S 混频跨导
iC = iQ + gm × uim
iQ — — 静态工作点电流 gm — — 工作点处的静态跨导
DiC
= iQ + gm × Uim cos wi t
当Uim 较小时，在ui (t ) 变化范围 内， gm 近似为常数。 若设法使gm 随时间作周期性变化 g(wL) ，即为时变跨导 ， 当ui 为小信号，即可构成两个信号的相乘。
3 2 g m ( t ) 2a 2U B 3a 3U a 3U Lm 2 ( 6a 3U BU Lm 3 2 2a 2U Lm ) cos L t a 3U Lm cos 2 L t 2
得:
gm1 = 2a2ULm + 6a3UB ULm ( wL - ws )
∴ gC1= gm1 / 2= ULm a2 + 3UB ULm a3 同理得: gm2= (3/2 )a3ULm2 ∴ gC2= gm2 /2 = (3/4) ULm2 a3
混频器设计
图9-5 混频 器频谱分布
四、双频三阶交调与线性度
1、混频器三阶交调系数 三阶交调系数 Mi 的定义为
13
骣 P ç三阶交调分量功率 ÷= 10 lg wm 3 M i (dB )= 10 lg ç ÷ ç 有用信号功率 ÷ Pif 桫
其值为负分贝数，单位常用 dBc，其物理含义是三阶交 调功率比有用中频信号功率 小的分贝数。三阶交调功率 Pwm 3 随输入微波信号功率 Ps 的变化斜率较大，而中频功 率 Pif 随 Ps 的变化呈正比关 系，基本规律是 Ps 每减小 1dB，Mi 就改善 2dB，如图 7、6 所示。
Pno F= Pns
（9-1）
式中 Pno——-当系统输入端噪声温度在所有频率上都是标准温 度T0 = 290K时，系统传输到输出端的总噪声资用功率； Pns——仅由有用信号输入所产生的那一部分输出的噪声资用功 率。 根据混频器具体用途不同，噪声系数有两种。
一、噪声系数和等效噪声温度比 3
1、单边带噪声系数 在混频器输出端的中频噪声功率主要包括三部分： （1）信号频率 fs 端口的信源热噪声是 kT0∆f，它 经过混频器变换成中频噪声由中频端口输出。这部分 输出噪声功率是
a r (dB )= 10 lg
(r s + 1)
4r s
2
+ 10 lg
(r i + 1)
4r i
2
（9-9）
混频器微波输入口驻波比ρs 一般为 2 以下。αρ的典型值约为 0.5~1dB。
二、变频损耗
2、混频二极管的管芯结损耗 管芯的结损耗主要由电阻 Rs 和电容 Cj 引起，参见图 9-2。在混频过程 中，只有加在非线性结电阻 Rj 上的信号功率才参与频率变换，而 Rs 和 Cj 对 Rj 的分压和旁路作用将使信号功率被消耗一部分。结损耗可表示为
高频电子线路1-7课后习题
⾼频电⼦线路1-7课后习题第⼀章思考题1.通信系统基本组成框图及各部分作⽤?1.信号源：在实际的通信电⼦线路中传输的是各种电信号，为此，就需要将各种形式的信息转变成电信号。
2.发送设备：将基带信号变换成适合信道传输特性的信号。
3.传输信道：信号从发送到接收中间要经过传输信道，⼜称传输媒质。
不同的传输信道有不同的传输特性。
（有线信道，⽆线信道）4.收信装置：收信装置是指接收设备输出的电信号变换成原来形式的信号的装置。
（还原声⾳的喇叭，恢复图象的显像管）5.接收设备：接收传送过来的信号，并进⾏处理，以恢复发送端的基带信号。
2.为什么⽆线电传播要⽤⾼频？（⽆线电通信为什么要进⾏调制？）低频信号传输时对发射天线的要求较⾼，不易实现。
同时对于相同频率的信号，发射时如果没有⽤⾼频调制的话，也⽆法接收和区分信号。
通过⾼频调制，可以实现以下⼏⽅⾯⽬的：A.便于进⾏⽆线传播,具体可从传播距离,抗⼲扰,⽆线信道特性等⽅⾯⼊⼿深⼊.B.便于进⾏频分复⽤,区分不同的业务类型或⽤户,即FDMA.C.从天线的⾓度出发,天线的尺⼨与发射频率的波长正相关.3.⽆线电发射机和超外差式接收机框图及各⾼频单元电路的作⽤?画出波形。
调制:将原始信号“装载”到⾼频振荡中的⽅法有好⼏种，如调频、调幅、调相等。
电视中图象是调幅，伴⾳是调频。
⼴播电台中常⽤的⽅法是调幅与调频1、⾼频放⼤：接收到有⼲扰的⾼频⼩信号，将该信号进⾏初步选择放⼤，并抑制其他⽆⽤信号。
2、混频器：将收到的不同载波频率转为固定的中频。
3、中频放⼤：主选择放⼤，具有较强的增益和滤波功能。
第三章习题讲解1、并联谐振回路外加信号频率等于回路谐振频率时回路呈（ C ）（A）感性（B）容性（C）阻性（D）容性或感性3、LC回路串联谐振时，回路阻抗最⼩，且为纯电阻。
4、LC回路并联谐振时，回路电阻最⼤，且为纯电阻。
5、LC回路的品质因数Q值愈⼩，其选频能⼒愈强。
（错）答：以串联震荡回路的品质因数为例：Q值不同即损耗R不同时，对曲线有很⼤影响，Q值⼤曲线尖锐，选择性好，Q值⼩曲线钝，选择性差。
混频器的作用和混频器原理分别是什么
混频器的作用和混频器原理分别是什么?当然也可以直接放大后就进行检波,这就是所谓的直接放大式接收机,这样的接收机,不适合作成多波段,灵敏度也不能做的很高.经过混频变成固定的中频后,可以对中频进行较高增益的放大,因为中频是固定的,所以中频放大器是稳定的,在检波前可以得到足够的放大,使接收机的灵敏度得到了很大的提高.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=290K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。
二极管平衡电路调制am波
二极管平衡电路调制am波
二极管平衡电路调制AM波的过程如下：
1.输入信号首先通过一个带通滤波器，确保只有符合调制频率范围的信号通过。
2.通过一个驱动器进行极性控制，然后进入二极管平衡放大器。
这个平衡放大器由两个完全相同的放大器组成，可以消除信号通过两个平衡元件（电容或电阻）时产生的偶次谐波失真。
3.输出的正弦波会经过滤波器去除高次谐波，从而得到已调信号。
这个已调信号最后会被二极管检波并解调出原始信号。
二极管平衡电路可以提供更好的音质和更低的失真，因此在音频设备中广泛应用。
同时，AM波是一种常用的无线通信调制方式，具有较高的频带利用率。
AM3 二极管环形调制器 - VISION at OCEAN University …
相乘得u=0.5UUcosΩ+0.5UUcos(Ω+2w)
使用低通滤波器可以得到解调信号。
3.二极管环形混频器
图3
实际的工作频率带到几十兆赫以上的混频器中，广泛采用一种由二极管构成的二极管双平衡混频电路，也称环形混频电路。
通常混频器的输入信号较小，当本振信号足够大时，二极管工作在受本振信号控制的开关状态。由此可见，在环形混频电路中，只要电路对称，则输出电流中仅有奇数的组合分量。
AM3
一、实验目的
1.通过二极管环形调制器产生抑制载波双边带调幅波（DSB/SC—AM）
EXTRA：
1.通过乘法器和低通滤波器实现DSB的解调
2.通过二极管环形混频器实现混频功能（频谱搬移）
二、实验元件
检波二极管 电阻 电容 电感 抽头变压器 四通道变压器 调制波发生器 正弦波发生器
三、
1.二极管环形调制器
图6
图7
2.DSB波的解调电路
如图2连线，输入4V 1KHz的调制信号，2V 30KHz的载波信号到低通滤波器，将示波器两端分别接到调制信号和解调信号，得到如图7的输出。
图8
3.二极管环形混频器
如图3连线，输入1V载波频率为20KHz调制频率1KHz的调制信号，以及4V 26KHz的本振信号，将示波器连接在输出，得到如图9的中频信号，进行傅里叶分析，得到如图10的频谱，中频为6KHz，上下边频分别为7KHz和5KHz。
图9
图10对值。
2相位反映了调制的极性，即在调制信号负半周，已调高频与原载波反相。严格地讲，DSB已非单纯调幅电路，既调幅又调相。
3 DSB波的频谱成分中抑制了载波分量。
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。
二极管环形混频器工作原理
二极管环形混频器工作原理二极管环形混频器是一种常用的无源混频器。
它的工作原理是利用两端均匀分布的二极管交错逆向集电连接组成的环形结构，在输入两个高频信号时产生非线性效应，从而产生混频信号。
工作原理二极管环形混频器的基本结构如图所示，其中有四条导线构成的环状结构，每条导线上有两个二极管，并且相邻两个二极管的极性相反，即正极连接在一起，负极连接在一起。
当输入两个高频信号时，它们沿着两条导线向环形结构中传播，经过相邻两个二极管的非线性特性，会产生二次谐波。
这些二次谐波在环形结构中沿着两个方向传播，最终会合并在一起，产生混频信号。
当输入的两个高频信号分别为f_1和f_2时，混频信号可以表示为：f_i=|2f_1-f_2|或f_i=|2f_2-f_1|。
当f_1=1GHz，f_2=1.2GHz时，混频信号为200MHz或400MHz。
二极管环形混频器的工作原理与反相器的反转器谐振原理有些相似，都是利用反向二极管的非线性特性产生谐波。
不过，在反向器中，反向二极管是通过电感串联来实现谐振的，而在环形混频器中，二极管是通过排列成环形来实现谐振的。
性能优点相比于其他混频器，二极管环形混频器具有以下优势：1. 节省功率。
二极管环形混频器没有放大器，不需要为信号提供额外的功率，因此具有较低的功耗。
2. 更广泛的频率范围。
由于工作原理是利用二极管的非线性特性产生二次谐波，因此其频率范围更广泛，可以覆盖几百MHz到数十GHz的范围。
3. 线性度较好。
由于二极管通过正反相间连接，可以抵消二极管之间非线性特性的差异，因此线性度较好。
4. 体积小，易于集成。
由于采用无源结构，且不需要额外放大器，因此体积小，便于在芯片上集成。
应用领域二极管环形混频器广泛应用于无线通信、雷达和毫米波成像等领域。
在无线通信中，它可用于实现频率转换、频率合成、频带过滤和混频信号的产生等功能。
在雷达领域，可以利用二极管环形混频器实现微弱信号的检测和处理。
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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ω
S 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。