射频电路中混频器的设计_黄军

射频电路中混频器的设计_黄军 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 射频电路中混频器的设计_黄军 ,,,,年,月,日第,,卷第,,期 现代电子技术 ,,,,,,,,,;,,,,,;,,,;,,,,, ？ ,,,(,,,, ,,,(,,,,(,, 射频电路中混频器的设计 黄 军，高晓蓉，王敏锡，罗 林 ()西南交通大学光电 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 研究所，四川成都 ,,,,,, 摘 要:目前实现小型化以及低功耗射频电路的一种可行性方法是实现收发机射频电路的集成。在射频电路的前端，混频器是实现频谱搬移的重要器件，是十分重要的模块。设计了一种微带平衡混频器，其主要由,,匹配电,定向耦合器、晶体管和低通滤波器组成，滤波器用来滤除输出信号中高次谐波频率成分，从而得到需要的中频成分。然后用,路、,,软件进行各部分电路设计、仿真，从功能仿真图中看到输出信号的频谱中有需要的中频频率成分，这就验证了混频器频谱搬移的功能。 关键词:滤波器;频率变换;混频器;,,,仿真 )中图分类号:,,,,,,, 文献标识码:, —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 文章编号:,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,, , ，，,,,, ，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,, , (，，),,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,, ,,,,, :,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,, ,,,;,,;,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,(，,,,,,,,,,,,,, , ,,,,,, ，,，,,,,,,,,,,(, ,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,;,,,;,,;,,—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , ,,,,,, ，,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , ,,？,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;;,,,,,,,,(,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ？？,,,, ,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,,，,,,;,,,, ？,,,,？,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(，,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,( ,, :;;,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ？,, , 引 言 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 随着通信技术的发展日新月异，无线应用技术包括射频识别(,,,电话、,,，,)系统、直播电视服务 ()、)、全球定位系统(无线局域网(和,,,,,,,,,,))本地多点分布系统(等在内，都获得了极大的发,,,,展。现代的通信接收机都需要根据实际应用进行,，,次频率变换。实现频率变换的电路就是混频器，也叫变频器。混频器广泛的应用领域使得它有许多种不同的形式，把输入信号的频率变低叫下变频，提高输入信号 ,, 。的频率叫上变频, 的频率都要变成中频，广播收音机的中频等于，。混频器还电视接收机的中频等于,,,,,,,,,,, 广泛应用于控制系统、电子对抗系统、锁相环的相位检波器、天线与射电天文、雷达和雷达天文、再生分频器、频谱分析、车距检测等各领域。 混频器的电路结构形式有单管式混频、两管平衡式混频、多管式混频。单管式混频只用一支二极管，结构简单，成本低，但噪声高，抑制干扰能力差，在要求不高时可以采用;两管平衡式混频器借助于平衡电桥可使本机振荡器的噪声抵消，因而噪声性能得到改善，电桥又使信号与本振之间达到良好隔离，因此平衡混频器是最普遍采用的形式;多管式混频:比如管对式双平衡混频器、镜频抑制混频器等，它们是专为特殊要求设计的，可用于多倍频程设备、镜频能量回收或自动抑制镜频干扰 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,, 。混频器还可分为:等,单端混频器、平衡混频器、双平 混频器的典型应用是在接收系统中将射频输入信号变换为频率较低的中频信号，以便更容易对信号进行后续的调整和处理。混频器对电子系统的性能、尺寸、重量和成本有着决定性的影响。发展小型化、高性能的混频混频器有相当重要的实际意义。在无线电技术中，的应用非常普遍。在超外差式接收机中，所有输入信号 收稿日期:,,,,,,,,,, 衡混频器。另外，根据传输线的类型还可划分为波导混频器、微带混频器、鳍线混频器。 混频器位于低噪声放大器(之后，直接处理,,,)混频器还,,,放大后的射频信号。为实现混频功能， 第,,期 黄 军，等:射频电路中混频器的设计 ,, 需要接收来自压控振荡器的本振(信号，其电路完,,)混频器的设计通常要考虑转全工作在射频频段。因此， 换增益、线性度、噪声系数、端口之间的隔离度以及功耗首先介等性能指标。本文设计一个微带单平衡混频器，绍了微带平衡混频器的原理结构，之后给出了设计目，，。然后标，射频,,,本振,(中频,,,,,,,,,,,用,先对,,,,软件进行设计，,定向耦合器进行仿得到端口间的反射系数在,,这样信号真，,,,以下，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 的反射能被很好地抑制，接着是低通滤波器的设计仿真，用于输出中频滤波。最后对完整的混频器电路进行功能仿真。, 混频器原理 ,, ，本文将设计一个微带平衡混频器,该混频器电路 利用，,,?,时， 当,,?,，,，,,，,，,的关系，,，，, 可以求出中频电流为: ,(,,,,，,ω，,,,,，,;,,ω,),， , , 混频器设计 ;;设计目标:射频为,,,本振为,(中频为,,,,,。,,,,,, ,, 定向耦合器,是一个四端口网络，主要性能指标有 (), 耦合度、端口隔离度、传输系数和带宽。本文主要考虑它的端口隔离度和传输系数。下面主要通过软件,,,进行各部分电路的设计，在,,,里设计的,,,定向耦 ,, 合器的原理图,如图,所示 。 匹配电路、晶体管和低通滤波主要由,,,定向耦合器、器组成，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 如图,所示 。 图, 微带平衡混频器 图, ,,,定向耦合器 设射频信号和本振信号分别从隔离臂,，,端口加，初相位都是,考虑到传输相同的路径不影响相入时，?对相位关系。通过定向耦合器，加到二极管,,,，,上的信号和本振电压分别为: ,,上电压: ,();,,,,πω,,,, 通过仿真得到的端口隔离度如图,所示 。 ,,,,;,,ω,,,,, ()) (),(),(), 图, ,，,端口间的隔离度 ,,, ,,上电压: (),,;,,,ω,,,,, ,，,,;,,ω,,,,, (), ,,信号和本振都分别以π,相位差分配到两只 可见， ( —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 由于混频器输出的频率成分中包含其他的高次谐 ,, 波成分，需用中频滤波器,进行滤波才能得到需要的中 ,二极管上，故这类混频器称为π,型平衡混频器。由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压可以得到,的相位差，,中混频电流为: ),,,,( ),(，,,,,,，ω,,,，,, ??,,，,,,? ),,(,,πω,, ?? ? 滤波器的设计如图,所示 。频信号， (), , 同样，,中的混频器电流为: ? ),,,,( ,，,,,? ??， ,，, ,),,,,(,,(,，)，,ωω,,,, , —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (), 图, 滤波器的设计 ,, 现代电子技术 在,,,定向耦合器后加入混频管和匹配电路就构 ,,,,年第,,卷 一列出进行仿真，主要是通过设计具体的一种混频器电熟悉,为以后进行这方面的研路结构形式，,,的使用，究打下基础。另外，本文的设计研究是在仿真环境下完实际研究中需要考虑存在的一些问题，如硬件的成的， 选择、安装等实际操作问题都需进一步研究。 参 考 文 献 ,,黄智伟(射频电路设计,北京:电子工业出版社，,,,(,,,,(,,康华光，陈大钦(电子技术基础:模拟部分,北京:,,,(,版( 高等教育出版社，,,,,( ,,范博(射频电路原理与实用电路设计,北京:机械工业,,,( 出版社，,,,,( ,,吴万春(微波网络及其应用,北京:国防工业出版,,,( 社，,,,,( ,,张秀兰(,:定向耦合器的工作原理,阴山学刊，,,(,,,,(,,) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,,,(, ,,,日,森荣二(蔡培鼎，译(北京:,,,滤波器设计与制作,,,( 科学出版社，,,,,( ,,沈伟慈(高频电路,西安:西安电子科技大学出版,,,( 社，,,,,( ,,陈墨(微波器件与电路,南京:东南大学，,,,(,,,,( ,,吴王震，,黄世震(超低中频,,,现代,,下混频器的设计,,( ():电子技术，,,,,，,,,,,,,,,(, ,,李延辉，胡东亮，潘英锋(混频器设计中的关键技术研究,, ,,():现代电子技术，,(,,,,，,,,,,,,(, ,,祝素军，,叶宇煌(一种鳍线混频器的设计,现代电子技,,,( ():术，,,,,，,,,,,,,(, ,,,, 。通过,成了完整的混频器电路,,,软件进行仿真， 看输出信号中是否有所需要的中频信号的频率成分，从而来判断混频器的设计是否正确。通过仿真得到的结果如图,所示。 从图,中看出，,,,,信号中含有多种频率成分。由，，于射—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 频信号幅度为,,,本振信号幅度为,(,,,,,，所以中频信号幅度应为,输出信号的频谱中,,,,,有这个频率成分，这就验证了混频器的功能 。 图, ,,,,信号频谱 , 结 论 本文在,只设计了微带线平衡混,,设计仿真中，设计原理图后，通过对功能的仿真，验证了该设计频器， 基本符合要求。但混频器的电路形式有多种，不可能一 作者简介:黄 军 ,湖北黄冈人，硕士研究生。主要研究方向为光通信。,,,年出生， 檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹 (上接) , 结 论 本文应用矩量法分析了十元八木天线的场分布，推运用遗传算法优化八木天线各振子导出增益计算公式， 长度及振子间距，通过合理设置目标函数得到满足要求的天线各参数。数值计算结果及远场天线方向图测试表明，该方法简单实用，是一种值得推广的工程实用方法。 参 考 文 献 ,,林昌禄，陈海，吴为公(近代天线设计,北京:人民邮电,—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,( 出版社，,,,,( ,,,,,,,,,,,,,, ,，,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,, ,, ’:’，,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,( ,, ,,黄涛，,章文勋，杨先华(长八木天线的分析和优化,南京,,( ():航空航天大学学报，,,,,,,,,,,(, ,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,; ,,, ,，,,,,,,,,,,(，,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,():,,,,，,,,,,,,,,(, ,,,，,,,，,,,,，,，,,,,,,,,,,,,,，,,,(,,,;,,,,, ,, ,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,, ,,,,？, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,( , —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,,,,, ，():,,,;,,,,,;,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,( , ,,许海堤，,傅光(一种八木天线的优化设计方法,现代电子,,( ():技术，,,,,，,,,,,,,,(, 作者简介:罗 琦 女，江西景德镇人，硕士。主要从事机载雷达天线设计工作。,,,,年出生， 史冰芸 女，江苏无锡人，硕士，工程师。主要从事机载雷达天线设计工作。,,,,年出生， ——————————————————————————————————————