混頻器開題報告

1、太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告微波混頻器設(shè)計i學(xué)生姓名導(dǎo)師姓名專業(yè)報告日期班級 TOC o 1-5 h z 廠“一 - 一丁 ”一III!EiI;I：i指導(dǎo)教IIIi師意見簽字簽字年 月日專業(yè)（教： 研室）主I 任意見年 月日1.選題意義混頻器是通信系統(tǒng)中超外差接收機(jī)中的核心部件。在無線電通信系統(tǒng)（特別是廣播電視系統(tǒng)）中，接收機(jī)應(yīng)該能接收來自各個發(fā)射臺的信 號，而且到達(dá)接收機(jī)的信號是非常微弱的，一般為為微伏數(shù)量級。這樣 微弱的信號是不能直接解調(diào)的，需要將信號放大，然而高頻、寬帶條件 下，增益達(dá)60-120dB的放大器要穩(wěn)定工作是很難實現(xiàn)的。 因此，在超外 差接收機(jī)中，是把

2、來自于不同發(fā)射臺不同頻率的高頻已調(diào)信號，通過混頻器搬移到某一固定的中頻頻帶上，例如調(diào)頻收音機(jī)為465kHz,調(diào)頻收音機(jī)為，然后使用窄帶的中頻放大器放大，窄帶的中頻放大器容易做到 很高的增益，從而使接收機(jī)的靈敏度和選擇性得到保障。中頻分為低中頻和高中頻兩種，低中頻就是中頻頻率低于接收信號 的頻率，高中頻就是中頻頻率高于接收信號的頻率。一般民用接收設(shè)備 如收音機(jī)電視機(jī)等采用低中頻：在通信設(shè)備中，為了避免某些干擾， 有時采用高中頻?；祛l器有廣泛的用途，它不僅用于通信接收機(jī)，也是頻率合成器等電 子設(shè)備中的重要組成部分，用混頻器可以實現(xiàn)頻率加、減運算功能。.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述混頻器是在第二次世界大戰(zhàn)中，

3、伴隨著雷達(dá)接收機(jī)而產(chǎn)生的。為了增加 雷達(dá)的作用距離，人們試圖從三個途徑進(jìn)行分析研究：首先，增大發(fā)射功率，加大發(fā)射功率固然可以增大雷達(dá)作用距離，但是 隨著發(fā)射功率逐漸增加，不但需要付出昂貴的代價，而且超大功率的電磁 波將使空間污染，影響人類健康。其次，增大天線面積。由于天線面積加大，加強(qiáng)了接收微弱信號的能力, 即提高了接收系統(tǒng)的靈敏度，從而使雷達(dá)的作用距離增大。但天線面積的 增大，將給加工與伺服系統(tǒng)帶來很大的困難，與此同時也需付出昂貴的代 價。第三，降低接收機(jī)中混頻器的噪聲系數(shù)。因為要增大雷達(dá)作用距離就必 須提高接收機(jī)的靈敏度，即盡力減少接收機(jī)內(nèi)部的噪聲，這是提高整機(jī)靈 敏度的關(guān)鍵。因此采用此方

4、法是既經(jīng)濟(jì)又有效的方法。所以，人們對混頻 器進(jìn)行了各種理論探討與科學(xué)實驗。但由于當(dāng)時微波半導(dǎo)體器件發(fā)展緩慢， 影響了混頻器的發(fā)展。直至五十年代中期，晶體管技術(shù)與外延單晶生長技術(shù)的不斷發(fā)展，給混 頻器的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。到六十年代，表面勢壘二極管和隧道二極管 問世后，人們對混頻器的研究才得到了迅速的發(fā)展。隨著混頻器技術(shù)的發(fā)展，混頻器的理論也得到了很大的發(fā)展。由用哥級 數(shù)法貝塞爾函數(shù)法分析小信號對非線性器件的作用，發(fā)展到用開關(guān)函數(shù) 法分析大信號對非線性器件的作用，使理論和實踐更加接近。后來，用信 號流圖法分析混頻器，就更加直觀、清晰了?；祛l器的基本功能是作頻率變換（又稱變量技術(shù)）。隨著頻率合成技

5、術(shù) 的發(fā)展，它已不僅用作超外差接收機(jī)前端的混頻器，而且還可以用來作乘 法器（即倍頻器）、除法器（分頻器）。雙平衡混頻器在鎖相技術(shù)中還可作 鑒相器使用。因此，混頻器的研制已發(fā)展成為一種專門技術(shù)。國外已有專 門生產(chǎn)各種混頻器的專業(yè)工廠，可根據(jù)用戶提出的具體指標(biāo)，在一定時間 內(nèi)提供合格的產(chǎn)品。.主要研究內(nèi)容各種微波混頻器的工作原理與參數(shù)、組成結(jié)構(gòu)，并對其特點及應(yīng)用領(lǐng) 域進(jìn)行闡述-、混頻器分類及其特點下混頻器都設(shè)計成為線性時變工作狀態(tài) 混頻電路類型I.無源混頻器1）單二極管混頻電路2）二極管平衡混頻電路3）雙平衡類型的二極管環(huán)形混頻器II.有源混頻器1）三極管混頻電路2）單平衡混頻電路吉爾伯特單元（G

6、ilbert Cell） 混頻電路無源混頻器通常由非線性器件或開關(guān)元件構(gòu)成，電路簡單不能提供變頻增益，作為下變頻的接收機(jī)電路為了得到更小的噪聲系數(shù)，在前級一般要加LNA由此會引起更多的互調(diào)失真。無源混頻器的變壓器通常會限制混頻器的最高工作頻率，從而影響帶 寬，且集成度差，體積較大優(yōu)點：電路簡單缺點：1）如果在射頻輸入信號含有直流分量，本振信號直接饋通到輸出端；2）輸出頻譜十分豐富，不能提供任何隔離，也不能提供混頻增益。除 了產(chǎn)生所需的混頻結(jié)果外，還含有大量的組合頻率分量。有源混頻器有源混頻器的應(yīng)用更為廣泛，特別是在射頻集成電路（ RFIC）中?？梢蕴峁┗祛l增益，采用有源平衡-非平衡轉(zhuǎn)換電路，易

7、于集成。在有源混頻器中，通常把射頻電壓轉(zhuǎn)成電流信號，本振開關(guān)控制電流 信號。優(yōu)點：通過端接適當(dāng)負(fù)載，可以獲得一定的電壓增益；對本振的振幅要求降低；端口的隔離度更好，更適于低電壓工作。缺點：需要一定的偏置電流，帶來了直流功耗和射頻電壓的直流分量， 線 性度也受到了限制。二、工作原理如圖:信號卷入 信號卷入 混頻原理追領(lǐng)苕孟是 相，頻率變換罌4tr 只虺4U乳式頻苕苫足日西 愉入伯多在射收中相乘=- .EJ3 = ?*.%( -+- f3)三、混頻器基本電路結(jié)構(gòu)IFIF四、混頻器的典型參數(shù)工作頻率 混頻器的工作頻率是指輸入或輸出射頻信號的頻率變頻損耗Lc = 101g?乃混頻器的變頻損耗定義為混頻

8、器射頻輸入端口的微波信號功率與中頻輸出端信號功率之比。主要由電路失配損耗，二極管的固有結(jié) 損耗及非線性電導(dǎo)凈變頻損耗等引起。鏡像頻率噪聲頻率一階交調(diào)系數(shù)%（必）二10陪交調(diào)失真一階交調(diào)系數(shù)%（必）二10陪交調(diào)失真/三階交調(diào)分功率、有用信號功率，P-101g 上隔離度 混頻器隔離度是指各頻率端口間的相互隔離，包括本振與射 頻，本振與中頻，及射頻與中頻之間的隔離。隔離度定義為本振或射頻信 號泄漏到其它端口的功率與輸入功率之比，單位 dBo動態(tài)范圍 動態(tài)范圍是指混頻器正常工作時的微波輸入功率范圍。其下 限因混頻器的應(yīng)用環(huán)境不同而異，其上限受射頻輸入功率飽和所限，通常 對應(yīng)混頻器的1 dB壓縮點。本振

9、功率混頻器的本振功率是指最佳工作狀態(tài)時所需的本振功率。原 則上本振功率愈大，動態(tài)范圍增大，線性度改善（1 dB壓縮點上升，三階 交調(diào)系數(shù)改善）。五、混頻器應(yīng)用領(lǐng)域混頻器是微波集成電路接收機(jī)系統(tǒng)中必不可少的部件。在微波通信、雷達(dá)、遙感、遙控、偵查與電子對抗系統(tǒng)，以及微波測量系統(tǒng)中，將微波信號用 混頻器降到中低頻來進(jìn)行處理。4.擬采用的研究思路（方法、技術(shù)路線、可行性論證等）晶體二極管的伏安特性曲線是非線性的，完全可以利用它作混頻器件。二極管混頻器與三極管相比較，具有動態(tài)范圍大，噪聲小，組合頻率分量 少，結(jié)構(gòu)簡單和工作頻率高等優(yōu)點。采用肖特基二極管的混頻電路，工作頻率可高到微波頻段。因此，二極管混

10、頻電路在高質(zhì)量的各種接收機(jī)和測 量儀器中得到了廣泛的應(yīng)用。但是二極管混頻器也有一個重要的缺點，那 就是沒有混頻增益（混頻增益小于 1）I.二極管平衡混頻器在混頻器中，信號頻率人與本振頻率R*混合后經(jīng)非線性變換，除產(chǎn)生需 要的中頻外，同時也產(chǎn)生許多其他組合頻率。這些組合頻率是產(chǎn)生組合干 擾的根源。如果采用二極管平衡混頻器，可大大減少噪聲電壓對混頻器輸 出的干擾。下圖為二極管平衡混頻器的原理電路%二極管混頻器的優(yōu)點是使輸出電流中的組合頻率數(shù)目大為減少，從而減少 混頻后的組合頻率干擾和混頻后的失真；其次是能降低混頻器的噪聲系數(shù), 這是由于本振中的噪聲電壓同相地加在兩只二極管上，從而使輸出電流中 的噪

11、聲分別相互抵消的緣故。平衡混頻器的低噪聲優(yōu)點在微波通信機(jī)中廣 泛應(yīng)用。II.二極管環(huán)形混頻器為了進(jìn)一步抑制由于非線性所產(chǎn)生的頻率組合分量，可采用環(huán)形混頻器, 如圖：二極管環(huán)形混頻器的輸出比二極管平衡混頻器要大，頻譜中的組合頻率分 量比二極管平衡混頻器要少，所以二極管混頻器在靈敏度和抑制干擾能力 方面更優(yōu)越。III.三極管混頻器昌德管溜r電路的四種小本申聘形式圖a和b均為共射混頻電路，應(yīng)用較多，特別是在廣播及電視接收機(jī) 中，圖c和d為共基混頻電路，電路頻率性好，多用在頻率較高的頻率接 收機(jī)中。圖a電路對本振電壓來說是共射級電路，輸入阻抗較大，在混頻時, 本地振蕩電路比較容易起振，因此需要的本振注

12、入功率較小，但是，由于 信號電壓和本振電壓都是從同一個極加入的，因此信號電壓對本振電壓有 影響，本振頻率往往受到信號頻率的牽引。圖b電路的輸入信號電壓和本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入， 所以相互影響小，不易產(chǎn)生牽引現(xiàn)象。同時，對于本振電壓來說是共基極 電路，具輸入阻抗較小，不容易產(chǎn)生過激勵，因此振蕩波形好，失真小， 但要求有較大的本振注入功率。圖c和d都是共基混頻電路。和發(fā)射極電路相比，當(dāng)工作頻率不高時， 混頻增益較低，輸入阻抗也較低，需要注入的本振功率較大，因此，在頻 率較低時一般都不采用，但在高頻端（幾十兆赫）工作時卻優(yōu)于共發(fā)射極 電路，因為共基極電路的f %比共發(fā)射極的f（3要高很多

13、，混頻增益較大， 適用于工作頻率較高的場合。5.研究工作安排及進(jìn)度第一周第三周：文獻(xiàn)檢索，完成開題報告。通過校圖書館網(wǎng)上資料庫查詢并下載大量文獻(xiàn)資料，先掌握最基本的課題要求，然后通過資料的積累完成開題報告。第四周第五周：微波混頻器相關(guān)知識的充實。在上一步的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步查閱并充實關(guān)于課題的內(nèi)容，深入研究混頻器相關(guān)知識，對課題的進(jìn)一步研究與仿真工作做好準(zhǔn)備。第六周：一種微波混頻器結(jié)構(gòu)及電路參數(shù)的理論設(shè)計。這一周開始深入研究混頻器，從混頻器的基本原理，各種參數(shù)設(shè)置, 各部分組成，及其在電路中所起的作用和實現(xiàn)的功能深入了解，為仿真 做好準(zhǔn)備。第七周：熟悉ADS臺?；贏DS成設(shè)計仿真，需要對ADS

14、a件有一個最基本的了解，并 在此基礎(chǔ)上，參閱ADS專業(yè)書籍，進(jìn)行深入設(shè)計仿真。第八周第十周：基于平臺的微波混頻器相關(guān)電路的建摸與仿真設(shè) 計。對ADSW了進(jìn)一步學(xué)習(xí)之后，著手對混頻器進(jìn)行設(shè)計仿真，寫下設(shè) 計心得，記錄實驗結(jié)果，為最后的論文寫作做好準(zhǔn)備。第十一周第十四周：論文設(shè)計說明書的編寫。在前十周的基礎(chǔ)之上，通過個部分的要求，完成畢業(yè)論文設(shè)計。第十五周：完善論文，準(zhǔn)備答辯6.參考文獻(xiàn)【1】錢聰 陳英梅 通信電子線路 人民郵電出版社【2】王蘊儀 【等】微波器件與電路 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社 第一版【3】張秉一 劉重光微波混頻器 國防工業(yè)出版社1984【4】董宏發(fā) 雷振亞微波電路基礎(chǔ) 西安電子科技大學(xué)出版社2010【5】武國機(jī) 微波起與電路 國防工業(yè)出版社1985-6-1【6美.拉德馬內(nèi)斯 著 顧繼慧 李鳴 譯射頻電子與微波電子學(xué) 科學(xué)出版社2006【7】美Joseph F White著李秀萍高建軍譯射頻與微波工程 實踐導(dǎo)論電子工業(yè)出版社【8】陳艷華 李朝暉 夏瑋ADS應(yīng)用詳解一射頻電路設(shè)計與