混頻器的設計與仿真匯總

1、目錄前言 1工程概況 1正文 23.1 設計的目的及意義 23.2 目標及總體方案 23.2.1 課程設計的要求 23.2.2 混頻電路的基本組成模型及主要技術特點 23.2.3 混頻電路的組成模型及頻譜分析 23.3 工具的選擇 Multiusim 10 33.3.1 Multiusim 10 簡介 33.3.2 Multisim 10 的特點 33.4 混頻器 33.4.1 混頻器的簡介 43.4.2 混頻器電路主要技術指標 43.5 混頻器的分類 53.6 詳細設計 53.6.1 混頻總電路圖 53.6.2 選頻、放大電路 53.6.3 仿真結果 63.7 調試分析 9致謝 9參考文獻

2、9附錄 元件匯總表 10塔里木大學信息工程學院課程設計混頻器的設計與仿真前言混頻器在通信工程和無線電技術中， 應用非常廣泛， 在調制系統(tǒng)中， 輸入的基帶信號都 要經(jīng)過頻率的轉換變成高頻已調信號。 在解調過程中， 接收的已調高頻信號也要經(jīng)過頻率的 轉換，變成對應的中頻信號。特別是在超外差式接收機中，混頻器應用較為廣泛，如AM 廣播接收機將已調幅信號 535KHZ-一 1605KHZ要變成為 465KHZ中頻信號，電視接收機將已調 485M一 870M 的圖像信號要變成 38MHZ的中頻圖像信號。 移動通信中一次中頻和二次中頻 等。在發(fā)射機中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級式發(fā)射機。用一個頻率

3、較低石英晶 體振蕩器作為主振蕩器， 產(chǎn)生一個頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號， 然后經(jīng)過頻率的加、 減、乘、 除運算變換成射頻， 所以必須使用混頻電路， 又如電視差轉機收發(fā)頻道的轉換， 衛(wèi)星通訊中 上行、 下行頻率的變換等，都必須采用混頻器。由此可見，混頻電路是應用電子技術和無線 電專業(yè)必須掌握的關鍵電路。工程概況混頻的用途是廣泛的， 它一般用在接收機的前端。 除了在各類超外差接收機中應用外在 頻率合成器中為了產(chǎn)生各波道的載波振蕩， 也需要用混頻器來進行頻率變換及組合在多電路 微波通信中， 微波中繼站的接收機把微波頻率變換為中頻， 在中頻上進行放大， 取得足夠的 增益后， 在利用混頻器把中頻變換為微波

4、頻率， 轉發(fā)至下一站此外， 在測量儀器中如外差頻 率計， 微伏計等也都采用混頻器。 因此，做有關混頻電路的課題設計很能檢驗對高頻電子線 路的掌握程度； 通過混頻器設計， 可以鞏固已學的高頻理論知識。 混頻器是頻譜線性搬移電 路，能夠將輸入的兩路信號進行混頻。具體原理框圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 具體原理框圖第 1 頁 共 10 頁塔里木大學信息工程學院課程設計正文3.1 設計的目的及意義（1）加深對混頻理論方面的理解，提高用程序實現(xiàn)相關信號處理的能力（ 2）掌握 multisim 實現(xiàn)混頻器混頻的方法和步驟（ 3）掌握用 muitisim 實現(xiàn)混頻的設計方法和過程，為以后的設計打下良好的

5、基礎 （4）加深對高頻知識的理解3.2 目標及總體方案3.2.1 課程設計的要求將頻率為 10MHZ的輸入信號，和頻率為 16.465MHZ 的本振信號，利用 MC1496模擬乘法 器進行混頻，再利用中周得到頻率為464KHZ的輸出信號。由于我們的設計是通過軟件模擬來實現(xiàn)，所用的軟件版本中沒有MC1496芯片，在方案里我選用相乘器來代替。3.2.2 混頻電路的基本組成模型及主要技術特點混頻， 工程上也稱變頻， 是將信號的頻率由一個數(shù)值變成另一個數(shù)值的過程，實質上也是頻譜線性搬移過程，完成這種功能的電路就稱為混頻電路或變頻電路。3.2.3 混頻電路的組成模型及頻譜分析（1）混頻器的組成模型圖圖3

6、-1混頻器組成模型圖(2) 混頻電路的基本原理Us(t) 為輸入信號， Uc(t) 為本振信號。 Ui(t)輸出信號。 當Us(t) Usm cos st則U p(t) Us(t)Uc(t) U sm cos stU cm cos ct Amcos st cos ct 其中： Am U smU cm對上式進行三角函數(shù)的變換則有 :1U p(t1) Amcos st cos ct Amcos( cs)t cos( cs )t2第 2 頁 共 10 頁塔里木大學信息工程學院課程設計從上式可推出， Up(t) 含有兩個頻率分量的和量和差量。 若選頻網(wǎng)絡是理想上邊帶濾波1器則輸出為 Ui(t) Am

7、cos( c s)t ，若選頻網(wǎng)絡是理想下邊帶濾波器則輸出：21U i (t) Amcos( cs)t 。在工程應用中，我們多選用的是差頻分量。2通過對設計題目的分析， 要想得到 465KHZ的輸出信號， 是不可能通過一次混頻直接得到 的。必須要在經(jīng)過二次混頻。通過分析：第一次混頻會出現(xiàn)兩個頻率分量：26.465MHZ和6.465MHZ的輸出信號。 我在這里選擇了 6.465MHZ的輸出信號作為二次混頻的輸入信號， 選擇 6.93MHZ的信號作為二次混頻的本振信號。這樣在最終的相乘器輸出端里就含有我們所需要 的465KHZ的信號。3.3 工具的選擇 Multiusim 103.3.1 Mult

8、iusim 10 簡介Multisim 是美國國家儀器( NI)有限公司推出的以 Windows 為基礎的仿真工具，適用 于板級的模擬 / 數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語 言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用 Multisim 交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。 Multisim 提煉了 SPICE仿真的復雜內容， 這樣工程師無需懂得深入的 SPICE 技術就可以很快地進行捕 獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過 Multisim 和虛擬儀器技術， PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再

9、到原型設計和 測試這樣一個完整的綜合設計流程。NI Multisim 軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電 路進行設計和驗證。憑借 NI Multisim ，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用 工業(yè)標準 SPICE模擬器模仿電路行為。 借助專業(yè)的高級 SPICE 分析和虛擬儀器， 您能在設計 流程中提早對電路設計進行的迅 速驗證，從而縮短建 模循環(huán)。與 NI LabVIEW 和 SignalExpress 軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù) 的實現(xiàn)建模測量。3.3.2 Multisim 10 的特點通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境

10、, 輕松設計電路通過交互式 SPICE仿真 , 迅速了解電路行為借助高級電路分析 , 理解基本設計特征通過一個工具鏈 , 無縫地集成電路設計和虛擬測試通過改進、整合設計流程 , 減少建模錯誤并縮短上市時間3.4 混頻器第 3 頁 共 10 頁塔里木大學信息工程學院課程設計3.4.1 混頻器的簡介輸出信號頻率等于兩輸入信號頻率之和、 差或為兩者其他組合的電路。 混頻器通常由 非線性元件和選頻回路構成。變頻（或混頻） ，是將信號頻率由一個量值變換為另一個量值的過程。具有這種功能 的電路稱為變頻器（或混頻器） 。一般用混頻器產(chǎn)生中頻信號：混頻器將天線上接收到的信 號與本振產(chǎn)生的信號混頻： cos c

11、os cos（ ） cos（ ） / 2可以這樣理解， 為信號頻率量， 為本振頻率量，產(chǎn)生和差頻。當混頻的頻率等于 中頻時，這個信號可以通過中頻放大器， 被放大后，進行峰值檢波。檢波后的信號被視頻放 大器進行放大， 然后顯示出來。 由于本振電路的振蕩頻率隨著時間變化， 因此頻譜分析儀在 不同的時間接收的頻率是不同的。 當本振振蕩器的頻率隨著時間進行掃描時， 屏幕上就顯示 出了被測信號在不同頻率上的幅度， 將不同頻率上信號的幅度記錄下來， 就得到了被測信號 的頻譜。3.4.2 混頻器電路主要技術指標（ 1）變頻增益 ge射頻輸入功率電平與混頻器中頻輸出功率電平之比稱為變頻增益 ge（2）變頻壓縮

12、點變頻壓縮點用來表示混頻器的非線性失真程度。 混頻器在射頻輸入電平遠小于本振電平 時，混頻器處于線性運行狀態(tài)下。此時， 中頻輸出隨輸入射頻電平的增長而線性地增長。但 是，當射頻輸入增加到一定程度后， 中頻輸出隨射頻輸入增加的速度變慢， 混頻器開始進入 飽和狀態(tài)。（3）三階互調阻斷點三階互調阻斷點又稱為三階截點或三階交點， 它是表征混頻器線性性能的指標。 混頻器 非線性特性中的立方項會引起互調失真， 輸入功率每增加 1db，互調失真功率就要增加 3db， 隨輸入按照 3：1的速度上升，而正常接收射頻所產(chǎn)生的中頻輸出是按照1：1 的速度上升。當互調輸出功率電平與中頻輸出功率電平相等時， 通信機無法

13、進行正常通信。 三階截點所對 應的射頻輸入功率， 是混頻器的非線性互調失真使收信機無法正常收信時的最大射頻輸入功 率，工程上用 ip3 （ dbm）表示?？梢?， ip3 越大，表明混頻器的線性運行范圍越寬。（4）噪聲系數(shù) nf混頻器的噪聲系數(shù) nf 可以用輸入、輸出信號功率和噪聲的比值的對數(shù)來定義（5）隔離度隔離度是表征混頻器內部電路平衡度的一個指標， 即表示混頻器各端口之間泄露和竄透的大小。第 4 頁 共 10 頁塔里木大學信息工程學院課程設計3.5 混頻器的分類（1）根據(jù)所用器件不同，混頻器主要有：（1）晶體管混頻器；（2）二極管混頻器；（ 3）場效應管混頻器；（4）差分對混頻器。（2）根

14、據(jù)電路結構分有：（1）單管混頻器；（2）平衡混頻器；（3）環(huán)形混頻器。3.6 詳細設計3.6.1 混頻總電路圖A1U1OPAMP_3T_BASIC2R41.015M 1.353M 6 R2 8200kC11pF 1pF5 R1290kC31pF0 R72.1C243M1110 1pFR5455kR81.593MU2PAMP_3TR6455kXSC101BASXFC1123圖 3-2 混頻總電路圖3.6.2 選頻、放大電路1pF 1pF圖 3-3 選頻、放大電路這是一個典型的帶通濾波器， 他是選用有源二階低通濾波器和有源二階高通濾波器的串第 5 頁 共 10 頁塔里木大學信息工程學院課程設計聯(lián)來

15、實現(xiàn)帶通濾波功能的。這個選頻網(wǎng)絡不僅有很好的選頻特性，同時也具備放大功能。(1) 低通濾波器的具體參數(shù)分析：通帶放大倍數(shù)：品質因數(shù)：通帶截止頻率：1 RR12 115932123Q 1 1 0.83 Aup 1.2512 RC350KHZ帶通濾波器的通頻帶：350KHZ550KHZ1.753.6.3 仿真結果通帶放大倍數(shù)：R21015Aup 1 1 1.75 upR11353品質因數(shù)：11Q 1 1 0.83 Aup 1.25通帶截止頻率：1f p 1 550KHZ p 2 RC(2) 高通濾波器的具體參數(shù)分析：圖 3-4 一次混頻后的波形第 6 頁 共 10 頁塔里木大學信息工程學院課程設計

16、圖 3-5 二次混頻后的波形圖 3-6 二次混頻后的傅里葉分析圖由幅頻特性可以看出有四個主要的頻率分量有：465KHZ、13.395MHZ、 19.535MHZ、33.395MHZ。下邊依次對其中的三個干擾頻分量進行分析： 之所以會出現(xiàn) 13.395MHZ 的干擾分量是因 為在二次混頻的時候， 我們輸入的頻率為 6.465MHZ的輸入信號和二次混頻的頻率為 6.93MHZ 的本振信號之間的干擾產(chǎn)生的。出現(xiàn) 19.353MHZ的干擾分量是因為在第一次混頻的時候由于頻率為10MHZ的輸入信號與一次混頻的頻率為 16.465MHZ的本振信號之間產(chǎn)生的干擾， 因為在一次混頻與二次混頻之間第 7 頁 共

17、 10 頁塔里木大學信息工程學院課程設計沒有加選頻網(wǎng)絡， 導致這一干擾信號隨著二次混頻的輸入信號一同輸入到了二次混頻的相乘 電路當中。致使這個外來干擾與二次混頻的本振之間產(chǎn)生了 19.353MHZ 的差頻干擾分頻。出現(xiàn) 33.395MHZ與 19.353MHZ 的原因是一樣的， 33.395MHZ 的干擾分頻是二次混頻的外 來干擾與本振信號之間的和頻的干擾分頻。由此波形可以計算得出：1464.6KHZ2.1523 s465KHZ圖 3-8 最終輸出頻率圖 3-7 最終輸出的波形第 8 頁 共 10 頁塔里木大學信息工程學院課程設計3.7 調試分析在仿真時輸出的波形有可能會失真，這是將信號源和本

18、振的幅值調整到2V 的時候產(chǎn)生的輸出失真， 造成這種失真的主要原因是， 有源濾波器中的有源器件的直流工作電壓是 -10V +10V，當選 2V的電壓時， 最終的放大后輸出的波形的幅值將會大于有源器件的工作電壓。 所以會被切割了頂部， 所以可以調節(jié)輸入信號電壓的大小， 那么， 輸出波形就可為標準的輸 出波形。致謝 經(jīng)過十天的學習，我完成了這個課程設計，在這次課程設計期間， 我認為， 在這學期的 實驗中， 不僅培養(yǎng)了獨立思考、 動手操作的能力， 在各種其他能力上也都有了提高更重要的 是，要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。這對于我們的將來也有 很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴 的事情。 就像中國提倡的艱苦奮斗一樣， 我們都可以在實驗結束之后變的更加成熟， 會面對 需要面對的事情?；仡櫰鸫苏n程設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里， 可以說得是苦多于甜， 但是可以學到很多很多的東西， 同時不僅可以鞏固了以前所學過的知 識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識， 感謝老師對我的指導， 也感謝同學們對 我的幫助， 在遇到一些小問題或課程設計之外的問題時， 就沒有必要再去麻煩老師了， 同學 之間自己就可以解決了， 增加了我與同學們之間的溝通， 也增強了同學們自己思考問題和自 己動