混频器的设计与仿真
目录
前言 0
工程概况 0
正文 (1)
3.1设计的目的及意义 (1)
3.2 目标及总体方案 (1)
3.2.1课程设计的要求 (1)
3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 (1)
3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 (1)
3.3工具的选择—Multiusim 10 (3)
3.3.1 Multiusim 10 简介 (3)
3.3.2 Multisim 10的特点 (3)
3.4 混频器 (3)
3.4.1混频器的简介 (3)
3.4.2混频器电路主要技术指标 (4)
3.5 混频器的分类 (4)
3.6详细设计 (5)
3.6.1混频总电路图 (5)
3.6.2 选频、放大电路 (5)
3.6.3 仿真结果 (6)
3.7调试分析 (9)
致谢 (9)
参考文献 (10)
附录元件汇总表 (10)
混频器的设计与仿真
前言
混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM 广播接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调48．5M一870M 的图像信号要变成38MHZ的中频图像信号。移动通信中一次中频和二次中频等。在发射机中，为了提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。用一个频率较低石英晶体振荡器作为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频，所以必须使用混频电路，又如电视差转机收发频道的转换，卫星通讯中上行、下行频率的变换等，都必须采用混频器。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。
工程概况
混频的用途是广泛的，它一般用在接收机的前端。除了在各类超外差接收机中应用外在频率合成器中为了产生各波道的载波振荡，也需要用混频器来进行频率变换及组合在多电路微波通信中，微波中继站的接收机把微波频率变换为中频，在中频上进行放大，取得足够的增益后，在利用混频器把中频变换为微波频率，转发至下一站此外，在测量仪器中如外差频率计，微伏计等也都采用混频器。因此，做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线路的掌握程度；通过混频器设计，可以巩固已学的高频理论知识。混频器是频谱线性搬移电路，能够将输入的两路信号进行混频。
具体原理框图如图2-1所示。
图2-1具体原理框图
正文
3.1设计的目的及意义
（1）加深对混频理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力（2）掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤
（3）掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础
（4）加深对高频知识的理解
3.2 目标及总体方案
3.2.1课程设计的要求
将频率为10MHZ的输入信号，和频率为16.465MHZ的本振信号，利用
MC1496模拟乘法器进行混频，再利用中周得到频率为464KHZ的输出信号。
由于我们的设计是通过软件模拟来实现，所用的软件版本中没有MC1496芯片，在方案里我选用相乘器来代替。
3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点
混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。
3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析
（1）混频器的组成模型图
图3-1混频器组成模型图
（2）混频电路的基本原理
)(t U s 为输入信号，)(t U c 为本振信号。)(t U i 输出信号。
当st sm U t U ψ=cos )(s
则)()()(t U U t U c t s p =ct cm st sm U U ψψ=cos cos ct st Am ψψ=cos cos 其中：cm sm U U Am =
对上式进行三角函数的变换则有:
ct st p Am t U ψψ=cos cos )(1])cos()[cos(2
1
t t Am s c s c ψ-ψ+ψ+ψ=
从上式可推出，(t)p U 含有两个频率分量的和量和差量。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为t Am t U s c i )cos(2
1
)(ψ+ψ=，若选频网络是理想下边带滤波器则输出：
t Am t U s c i )cos(2
1
)(ψ-ψ=
。在工程应用中，我们多选用的是差频分量。 通过对设计题目的分析，要想得到465KHZ 的输出信号，是不可能通过一次混频直接得到的。必须要在经过二次混频。通过分析：第一次混频会出现两个频率分量：26.465MHZ 和6.465MHZ 的输出信号。我在这里选择了6.465MHZ 的输出信号作为二次混频的输入信号，选择6.93MHZ 的信号作为二次混频的本振信号。这样在最终的相乘器输出端里就含有我们所需要的465KHZ 的信号。
3.3工具的选择—Multiusim 10
3.3.1 Multiusim 10 简介
Multisim 是美国国家仪器（NI ）有限公司推出的以Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim 提炼了SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim 和虚拟仪器技术，PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim ，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE 模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE 分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW 和SignalExpress 软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。 3.3.2 Multisim 10的特点
●通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路 ●通过交互式SPICE 仿真, 迅速了解电路行为 ●借助高级电路分析, 理解基本设计特征
●通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试 ●通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间
3.4 混频器
3.4.1混频器的简介
输出信号频率等于两输入信号频率之和、差或为两者其他组合的电路。混频器通常由非线性元件和选频回路构成。
变频（或混频），是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种功能的电路称为变频器（或混频器）。一般用混频器产生中频信号：混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频：
2/)]cos()[cos(cos cos βαβαβα-++=
可以这样理解，α为信号频率量，β为本振频率量，产生和差频。当混频的频率等于中频时，这个信号可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时，屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度，将不同频率上信号的幅度记录下来，就得到了被测信号的频谱。
3.4.2混频器电路主要技术指标
（1）变频增益ge
射频输入功率电平与混频器中频输出功率电平之比称为变频增益ge
（2）变频压缩点
变频压缩点用来表示混频器的非线性失真程度。混频器在射频输入电平远小于本振电平时，混频器处于线性运行状态下。此时，中频输出随输入射频电平的增长而线性地增长。但是，当射频输入增加到一定程度后，中频输出随射频输入增加的速度变慢，混频器开始进入饱和状态。
（3）三阶互调阻断点
三阶互调阻断点又称为三阶截点或三阶交点，它是表征混频器线性性能的指标。混频器非线性特性中的立方项会引起互调失真，输入功率每增加1db，互调失真功率就要增加3db，随输入按照3：1的速度上升，而正常接收射频所产生的中频输出是按照1：1的速度上升。当互调输出功率电平与中频输出功率电平相等时，通信机无法进行正常通信。三阶截点所对应的射频输入功率，是混频器的非线性互调失真使收信机无法正常收信时的最大射频输入功率，工程上用ip3（dbm）表示。可见，ip3越大，表明混频器的线性运行范围越宽。
（4）噪声系数nf
混频器的噪声系数nf可以用输入、输出信号功率和噪声的比值的对数来定义
（5）隔离度
隔离度是表征混频器内部电路平衡度的一个指标，即表示混频器各端口之间泄露和
窜透的大小。
3.5 混频器的分类
（1）根据所用器件不同，混频器主要有：
（1）晶体管混频器；
（2）二极管混频器；
（3）场效应管混频器；
（4）差分对混频器。
（2）根据电路结构分有：
（1）单管混频器； （2）平衡混频器； （3）环形混频器。
3.6详细设计
3.6.1混频总电路图
图3-2混频总电路图
3.6.2 选频、放大电路
5
图3-3选频、放大电路
这是一个典型的带通滤波器，他是选用有源二阶低通滤波器和有源二阶高通滤波器的串联来实现带通滤波功能的。这个选频网络不仅有很好的选频特性，同时也具备放大功能。 (1) 低通滤波器的具体参数分析：
●通带放大倍数：75.11353
10151112=+=+
=R R A up
●品质因数： 8.025.11
31==-=
up A Q
●通带截止频率：KHZ RC
f p 55021
==
π (2) 高通滤波器的具体参数分析：
●通带放大倍数：75.12123
15931112=+=+
=R R A up ●品质因数： 8.025
.1131==-=
up A Q
●通带截止频率：KHZ RC
f p 35021
==
π 带通滤波器的通频带：350KHZ —550KHZ 3.6.3 仿真结果
图3-4一次混频后的波形
图3-5二次混频后的波形
图3-6二次混频后的傅里叶分析图
由幅频特性可以看出有四个主要的频率分量有：465KHZ、13.395MHZ、19.535MHZ、33.395MHZ。
下边依次对其中的三个干扰频分量进行分析：之所以会出现13.395MHZ的干扰分量是因为在二次混频的时候，我们输入的频率为6.465MHZ的输入信号和二次混频的频率为6.93MHZ的本振信号之间的干扰产生的。
出现19.353MHZ 的干扰分量是因为在第一次混频的时候由于频率为10MHZ 的输入信号与一次混频的频率为16.465MHZ 的本振信号之间产生的干扰，因为在一次混频与二次混频之间没有加选频网络，导致这一干扰信号随着二次混频的输入信号一同输入到了二次混频的相乘电路当中。致使这个外来干扰与二次混频的本振之间产生了19.353MHZ 的差频干扰分频。
出现33.395MHZ 与19.353MHZ 的原因是一样的，33.395MHZ 的干扰分频是二次混频的外来干扰与本振信号之间的和频的干扰分频。
图3-7最终输出的波形
由此波形可以计算得出：KHZ KHZ s
T T f 4656.4641523.21
112≈==-=
μ
图3-8最终输出频率
3.7调试分析
在仿真时输出的波形有可能会失真，这是将信号源和本振的幅值调整到2V 的时候产生的输出失真，造成这种失真的主要原因是，有源滤波器中的有源器件的直流工作电压是-10V—+10V，当选2V的电压时，最终的放大后输出的波形的幅值将会大于有源器件的工作电压。所以会被切割了顶部，所以可以调节输入信号电压的大小，那么，输出波形就可为标准的输出波形。
致谢
经过十天的学习，我完成了这个课程设计，在这次课程设计期间，我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其他能力上也都有了提高更重要的是，要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，
感谢老师对我的指导，也感谢同学们对我的帮助，在遇到一些小问题或课程设计之外的问题时，就没有必要再去麻烦老师了，同学之间自己就可以解决了，增加了我与同学们之间的沟通，也增强了同学们自己思考问题和自己动手的能力，还可以相互之间进行学习，因为同学们选的题目都不一样，这样可以了解的多一点。
参考文献
[1] 曹才开，《高频电子线路原理与实践》，（第1版），中南大学出版社， 2010年
[2] 黄智伟，《基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析》，（第1版），电子工业出版社，2004年
[2] 曹才开，《高频电子线路原理与实践》，中南大学出版社，2010年
[3] 阎石，《数字电子技术》，（第四版），高等教育出版社.2009年
[4] 谢自美，《电子线路设计与实验测试》，（第二版），华中科技大学，2010年
[5] 康华光，《电子技术基础模拟部分》，（第五版），华中科技大学出版社，2005年
[6] 曹才开，《电路分析基础》，（第四版），北京：清华大学出版社，2009年
附录元件汇总表
混频器仿真实验 姓名：贾炜光 学号：20151060042 学院：信息学院 专业：通信工程 指导教师：谢汝生
一、实验目的 （1）加深对混频理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力； （2）掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤； （3）掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础。 二.实验原理 混频器将天线上接收到的射频信号与本振产生的信号相乘，cosαcosβ=[cos(α+ β)+cos(α-β)]/2 可以这样理解，α为射频信号频率量，β为本振频率量，产生和差频。当混频的频率等于中频时，这个信号可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。 混频是指将信号从一个频率变换到另外一个频率的过程 ,其实质是频谱线性搬移的过程。在超外差接收机中 ,混频的目的是保证接收机获得较高的灵敏度 ,足够的放大量和适当的通频带 ,同时又能稳定地工作。混频电路包括三个组成部分 : 本机振荡器、非线性器件、带通滤波器。[1] 由于非线性元件( 如二极管、三极管、场效应管等) 的作用,混频过程中会产生很多的组合频率分量 : p f L ±qf S 。一般来讲 ,其中满足需要的仅仅是 f I =f L -f S 或者是f I =f S -f L 。前者产生中频的方式称为高差式混频 , 后者称为低差式混频。在这里 ,混频过程中产生的一系列组合频率分量经过带通滤波器即可以选择输出相应的中频 ,而其他的频率分量会得到抑制。
混频器的设计与仿真
目录 前言 0 工程概况 0 正文 (1) 3.1设计的目的及意义 (1) 3.2 目标及总体方案 (1) 3.2.1课程设计的要求 (1) 3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 (1) 3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 (1) 3.3工具的选择—Multiusim 10 (3) 3.3.1 Multiusim 10 简介 (3) 3.3.2 Multisim 10的特点 (3) 3.4 混频器 (3) 3.4.1混频器的简介 (3) 3.4.2混频器电路主要技术指标 (4) 3.5 混频器的分类 (4) 3.6详细设计 (5) 3.6.1混频总电路图 (5) 3.6.2 选频、放大电路 (5) 3.6.3 仿真结果 (6) 3.7调试分析 (9) 致谢 (9) 参考文献 (10) 附录元件汇总表 (10)
混频器的设计与仿真 前言 混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM 广播接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调48．5M一870M 的图像信号要变成38MHZ的中频图像信号。移动通信中一次中频和二次中频等。在发射机中，为了提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。用一个频率较低石英晶体振荡器作为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频，所以必须使用混频电路，又如电视差转机收发频道的转换，卫星通讯中上行、下行频率的变换等，都必须采用混频器。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 工程概况 混频的用途是广泛的，它一般用在接收机的前端。除了在各类超外差接收机中应用外在频率合成器中为了产生各波道的载波振荡，也需要用混频器来进行频率变换及组合在多电路微波通信中，微波中继站的接收机把微波频率变换为中频，在中频上进行放大，取得足够的增益后，在利用混频器把中频变换为微波频率，转发至下一站此外，在测量仪器中如外差频率计，微伏计等也都采用混频器。因此，做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线路的掌握程度；通过混频器设计，可以巩固已学的高频理论知识。混频器是频谱线性搬移电路，能够将输入的两路信号进行混频。 具体原理框图如图2-1所示。
高频实验报告 班级班级 学号学号 姓名姓名 预习成绩预习成绩 实验成绩实验成绩 实验报告成绩实验报告成绩 总成绩总成绩 2013年 12月
实验一、调幅发射系统实验 一、实验目的与内容： 通过实验了解与掌握调幅发射系统，了解与掌握LC三点式振荡器电路、三极管幅度调制电路、高频谐振功率放大电路。 二、实验原理： 1、LC三点式振荡器电路： 原理：LC三点式振荡器电路是采用LC谐振回路作为相移网络的LC正弦波振荡器，用来产生稳定的正弦振荡。图中5R5，5R6，5W2和5R8为分压式偏置电阻，电容5C7或5C8或5C9或5C10或5C11进行反馈的控制。5R3、5W1、5L2以及5C4构成的回路调节该电路的振荡频率，在V5-1处输出频率为30MHZ 正弦振荡信号。 2、三极管幅度调制电路： 原理：三极管幅度调制电路是通过输入调制信号和载波信号，在它们的共同
作用下产生所需的振幅调制信号。图中7R1，7R4，7W1和7R3为分压式偏置电阻，电容7C10、7C2以及电感7L1构成的谐振滤波网络，7W2控制输出幅度，在信号输出处输出所需的振幅调制信号。 3、高频谐振功率放大电路： 原理：高频谐振功率放大电路是工作频率在几十MHZ 到几百MHZ 的谐振功率放大电路。图中前级高频功放电路中，6R2和6R3分压式偏置电阻，供给三极管6BG1偏置电压，输出采用6C5、6C6、6L1构成的T 型滤波匹配网络，末级高频功放电路中，基极采用由6R4产生偏置电压供给电路，输出采用6C13、6C13、6L3和6L4构成的T 型滤波匹配网络。 4、调幅发射系统： 图1 调幅发射系统结构图 原理：首先LC 振荡电路产生一个频率为30MHZ ，幅度为100mV 的信号源，然后加入频率为1KHZ ，幅度为100mV 的本振信号，通过三极管幅度调制，再经过高频谐振功率放大器输出稳定的最大不失真的正弦波。 本振 功率 放大 调幅 信源
实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真 一、 实验目的 1.设计一个交叉耦合滤波器 2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S 参数 二、 实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、 实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合，以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中，e1表示激励电压源，R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik （k=1,2,3,…,N ）表示各谐振腔的回路电流，Mij 表示第i 个谐振腔与第k 个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,…,N ，且i ≠j)。在这里取ω0=1，即各谐振回路的电感L 和电容C 均取单位值。Mkk （k=1,2,3,…,N ）表示各谐振腔的自耦合系数。 n 腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示: ...1F 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1H 1F 1F 1F ...i 1 i 2 i k i N i N M N ,1M k 1M kN M N 1 ,2-M 12 M k 2M N k 1 ,-M N N ,1-e 1 R 1 R 2 1F 1H 这个电路的回路方程可以写为 ?? ? ??? ? ?? ? ???????????????????????? ? ?? ???++=????????????????????---------N N N N N N N N N N N N n N N N N N i i i i i R s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131 ,3231321,22312 11,11312110000M Λ ΛM M ΛM M M ΛΛΛM 或者写成矩阵方程的形式：I R M sU ZI E )(0++==j
混频器的设计与仿真 设计题目：混频器的设计与仿真 学生姓名： 学院： 专业： 指导老师： 学号： 日期: 2011年 12 月 20 日
目录 一、射频电路与ADS概述 (3) 1、射频电路概述 (3) 2、ADS概述 (3) 二、混频器的设计 (7) 1.混频器的基本原理 (7) 2、混频器的技术指标 (9) 三、混频器的设计 (9) 1、3 D B定向耦合器的设计 (9) 1.1、建立工程 (9) 1.2、搭建电路原理图 (10) 1.3、设置微带线参数 (11) 1.4、耦合器的S参数仿真 (12) 2、完整混频器电路设计 (17) 3、低通滤波器的设计................................... 2错误！未定义书签。 四、混频器性能仿真 (23) 1、混频器功能仿真 (23) 1.1、仿真原理图的建立 (23) 1.2功能仿真 (25) 2、本振功率的选择 (27) 3、混频器的三阶交调点分析 (28) 3.1、三阶交调点的测量 (28) 3.2、三阶交调点与本振功率的关系 (31) 4、混频器的输入驻波比仿真 (31) 五、设计总结 (33)
一、 射频电路与ADS 概述 1、 射频电路概述 射频是指超高频率的无线电波，对于工作频率较高的电路，人们经常称为“高频电路”或“射频（RF ）电路”或“微波电路”等等。 工程上通常是指工作频段的波长在10m ～ 1mm 或频率在30MHz ～ 300GHz 之间的电路。此外，有时还含有亚毫米波（ 1mm ～0.1mm 或300GHz ～ 3000GHz ）等。 一方面，随着频率升高到射频频段，通常在分析DC 和低频电路时乐于采用的基尔霍夫定律、欧姆定律以及电压电流的分析工具，已不精确或不再适用。分布参数的影响不容忽略。另一方面，纯正采用电磁场理论方法，尽管可以很好的全波分析和计及分布参数等的影响，但很难触及高频放大器、VCO 、混频器等实用内容。所以，射频电路设计与应用已成为信息技术发展的关键技术之一。 2、ADS 概述 ADS 电子设计自动化（EDA 软件全称为 Advanced Design System ，是美国安捷伦（Agilent ）公司所生产拥有的电子设计自动化软件；ADS 功能十分强大，包含时域电路仿真 (SPICE-like Simulation)、频域电路仿真 (Harmonic Balance 、Linear Analysis)、三维电磁仿真 (EM Simulation)、通信系统仿真(Communication System Simulation)和数字信号处理仿真设计（DSP ）；支持射频和系统设计工程师开发所有类型的 RF 设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC ，是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件软件。 2.1 ADS 的仿真设计方法 ADS 软件可以提供电路设计者进行模拟、射频与微波等电路和通信系统设计，其提供的仿真分析方法大致可以分为：时域仿真、频域仿真、系统仿真和电磁仿真；ADS 仿真分析方法具体介绍如下： 2.1.1 高频SPICE 分析和卷积分析（Convolution ） 高频SPICE 分析方法提供如SPICE 仿真器般的瞬态分析，可分析线性与非线性电路的瞬态效应。在SPICE 仿真器中，无法直接使用的频域分析模型，如微带线带状线等，可于高频SPICE 仿真器中直接使用，因为在仿真时可于高频SPICE )()/(1038Hz f s m f c ?==λ
电磁场与微波技术 实验报告 院系： 班级： 姓名： 学号： 指导老师：
实验一线驻波比波长频率的测量 一、实验目的 1、熟练认识和了解微波测试系统的基本组成和工作原理。 2、掌握微波测试系统各组件的调整和使用方法。 3、掌握用交叉读数法测波导波长的过程。 二、实验用微波元件及设备简介 1．波导管：本实验所使用的波导管型号为BJ—100，其内腔尺寸为α＝22.86mm，b＝10．16mm。其主模频率范围为8．20～12．50GHz，截止频率为6．557GHz。2．隔离器：位于磁场中的某些铁氧体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同的吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性(见图1)。隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输作用。 3．衰减器：把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成(见图2)，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。衰减器起调节系统中微波功率以及去耦合的作用。 图 1 隔离器结构示意图图2 衰减其结构示意图 4．谐振式频率计（波长表）： 图3 a 谐振式频率计结构原理图一图3 b 谐振式频率计结构原理图二 1. 谐振腔腔体 1. 螺旋测微机构 2. 耦合孔 2. 可调短路活塞 3. 矩形波导 3. 圆柱谐振腔 4. 可调短路活塞 4. 耦合孔 5. 计数器 5. 矩形波导 6. 刻度 7. 刻度套筒 电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率
满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。(图3a) 或从刻度套筒直接读出输入微波的频率(图3b)。两种结构方式都是以活塞在腔体中位移距离来确定电磁波的频率的，不同的是，图3a读取刻度的方法测试精度较高，通常可做到5×10－4，价格较低。而见图3b直读频率刻度，由于在频率刻度套筒加工受到限制，频率读取精度较低，一般只能做到3×10－3左右且价格较高。 5．驻波测量线：驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。在波导的宽边中央开有一个狭槽，金属探针经狭槽伸入波导中。由于探针与电场平行，电场的变化在探针上感应出的电动势经过晶体检波器变成电流信号输出。 6．匹配负载：波导中装有很好地吸收微波能量的电阻片或吸收材料，它几乎能全部吸收入射功率。 7．微波源：提供所需微波信号，频率范围在8．6～9．6GHz内可调，工作方式有等幅、方波、外调制等，实验时根据需要加以选择。 8．选频放大器：用于测量微弱低频信号，信号经升压、放大，选出1kHz附近的信号，经整流平滑后由输出级输出直流电平，由对数放大器展宽供给指示电路检测。 三、实验内容及过程 1.微波信号源的调整： 频率表在点频工作下，显示等幅波工作频率，在扫频工作下显示扫频工作频率，在教学下，此表黑屏。电压表显示体效应管的工作电压，常态时为12.0 0.5V，教学工作下可通过“电压调节钮”来调节。电流表显示体效应管的工作电流，正常情况小于500毫安。 2.测量线探针的调谐： 我们使用的是不调谐的探头，所以在使用中不必调谐，只是通过探头座锁紧螺钉可以将不调谐探头活动2mm。 3.用波长计测频率： (1)在测量线终端接上全匹配负载。 (2)仔细微旋波长计的千分尺，边旋边观测指示器读数。由于波长计的q值非常 高，谐振曲线非常尖锐，千分尺上0.01mm的变化都可能导致失谐与谐振两种状态之间切换，因此，一定慢慢地仔细微旋千分尺。记下指示器读数为最小时（注意：如果检流指示器出现反向指示，按下其底部的按钮，读数即可）的千分尺读数并使波长计失谐。 (3)由读得的千分尺刻度可在该波长计的波长表频率刻度对照表上读得信号源的工作频率。 4.交叉读数法测量波导波长： (1)检查系统连接的平稳，工作方式选择为方波调制，使信号源工作于最佳状态。 (2)用直读式频率计测量信号频率，并配合信号源上的频率调谐旋钮调整信号源的工作频率，使信号源的工作频率为9370MHz。
微带低通滤波器的设计与仿真 分类： 电路设计 嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波 器。现把它放到网上，以供大家参考。 带低通滤波器的设计 一、题目 第三题：低通滤波器的设计 f < 800MHz ；通带插入损耗 ；带外 100MHz 损耗 ；特性阻抗 Z0=50 Ohm 。 二、设计过程 1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为 f < 800MHz ;通带插入损耗；带外100MHz 损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。 介质材料：介电常数 ￡r = 2.65，板厚 1mm 。 2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的 宽度及长度，确保各段长度均小于 X /8(入为带内波长)。 3、设计过程： (1)确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器， ?s = fs/fc = 1.82 , ?s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB , Ls >= 30，查表得N=5,原型滤波器的归 一化元件参数值如下： g1 = g5 = 1 .3394， g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1 .0000。 该滤波器的电路图如图 1 所示： O H 技术参数： 仿真软件： HFSS 、 ADS 或 IE3D 介质材料： 介电常数 ￡ r = 2.65板厚1mm
(2)计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50?，则有 C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*8*10^8*50) = 5.3293pF , C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*8*10^8*50)= 8.6182pF , L2 = L4 = Z0*g2/(2* pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*8*10^8) = 13.2994nH。 (3)计算微带低通滤波器的实际尺寸: 设低阻抗(电容)为Z0I = 15?。 经过计算可得W/d = 12.3656, ￡ e = 2.443,贝U 微带宽度W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm , 各段长度I1 = I5 = Z0I*V pl *C1 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*5.3293*10A-12 =15.3412mm， I3 = Z0I*V pl*C3 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*8.6182*10A-12 =24.8088mm， 可知各段均小于入/8符合要求。 设高阻抗(电感)为Z0h = 95? 。 经过计算可得W/d =0.85，￡ e = 2.0402则 微带宽度W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm ， 各段长度l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 29.4031mm ， 带内波长入=Vpl/f = 3*10^11/(sqrt(2.0402)*8*10^8) = 262.5396mm,入/8 = 32.8175mm 可知各段均小于入/8符合要求。
基于FPGA的正交数字混频器的设计与验证 摘 要：本文研究了用DDS加乘法器实现正交数字混频器的设计及其完整的验证方法,用DDS产生的正/余弦正交本振序列与模拟信号通过A/D采样数字化后的数字序列相乘,再通过数字低通滤波实现数字混频。其中DDS采用正弦和余弦波形幅值存储功能依靠片内EAB 实现,省去了片外ROM,符合片上系统（SoC）的思想；用MATLAB软件增强QUARTUS的仿真功能,得到的仿真结果完整而且直观。 关键词：FPGA；NCO；DDS；MATLAB 中图分类号：TN773 Design and Certification of Quadrature NCO Based on FPGA Abstrct: The paper mainly studies the design and certification of quadrature NCO realized by DDS and multiplication based on FPGA, sin and cos sequences are produced by DDS, and the two output sequences then multiplicate with the input digital sequence, after by LPF we can get the results of quadrature NCO. in which, the wave amplitude are stored in memory of on-chip EAB. The emulational function of QUARTUS are enganced by MATLAB, and the result is rounded and intuitionistic. Key Words: FPGA；NCO；DDS；MATLAB 1 概述 数字混频器是数字通讯中调制解调单元必不可少的部分，同时也是各种数字频率合成器和数字信号发生器的核心。随着数字通信技术的发展，对传送数据的精度和速率要求越来越高。如何得到可数字的高精度的高频载波信号是实现高速数字通信系统必须解决的问题，利用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）实现数字混频具有设计灵活、精确度高、频率高和稳定性好等优点，可以产生各种调制信号，广泛应用于通信、遥测、电子对抗和仪表工业等领域。 数字混频可采用CORDIC加累加器或DDS加乘法器实现,由于DDS加乘法器实现比较简捷因此得到普遍应用, DDS产生正/余弦正交本振序列与模拟信号通过A/D采样数字化后的数字序列相乘,再通过数字低通滤波实现数字混频。 2 DDS的实现 2.1 DDS的原理与设计 DDS的作用是产生正交的正弦和余弦样本。正(余)弦样本可以用实时计算的方法产生，但这只适用于信号采样频率很低的情况。在软件无线电超高速信号采样频率的情况下，用实时计算的方法实现比较困难。此时，产生正弦波样本的最有效、最简便的方法就是查表法，即事先根据各个正弦波相位计算好相位的正弦值，并按相位角度作为地址存储该相位的正弦值数据，因此，DDS采用图1所示的顶层电路。其基本功能包括：接收频率控制字FSW进行相位累加；以相位累加器的输出为地址，对存有正 (余) 弦幅度值的存储器进行寻址。输出的离散幅度码即为DDS的输出结果，用查表法实现DDS的性能指标取决于查表的深度和宽度，即取决于表示相位数据的位数和表示正弦值数据的位数。 假设存储器有1024个波形数据,系统时钟频率FCLK为1.024MHZ,相位累加器字长N=10:当频率字FSW=1,在系统时钟作用下,相位累加器累加1024个系统时钟后溢出,即经过1024个系统时钟输出波形循环一周,系统输出频率FOUT=FCLK/1024=1KHZ。当频率字FSW=2,相位累加器累加512个系统时钟后溢出,即经过512个系统时钟输出波形循环一周,系统输出频率 FOUT=FCLK/512=2KHZ。可见,输出频率FOUT与系统时钟频率FCLK关系为FOUT=FSW*FCLK/2N,从存储器中读出数据的过程是对存储器所存储波形的再次采样,一个周期查表的点数即为采样点数,根据奈奎斯特定理,每个周期至少采样2点才能重构波形,这样理论上最大输出频率
混频器设计 简介 无线收发机射频前端在本质上主要完成频率变换的功能，接收机射频前端将 接收到的射频信号装换成基带信号，而发射机射频前端将要发射的基带信号转换成射频信号，频率转换功能就是由混频器完成的。 本文设计应用于无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）的混频器，无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。这就要求所设计的混频器具有很低的功耗。同时，混频器是一种非线性电路，是接收机中输入射频信号最强的模块，这就对混频器的线性度提出了严格的要求。而混频过程通常会引入很大的噪声，考虑到LNA 的增益有限，混频器噪声也是要考虑的关键指标。由于所设计的接收机采用的是低中频的结构，中频频率只有2MHz，所以混频器的隔离度也是关键的指标。 结构选择及原理分析 结构选择 本接收机采用的结构为低中频结构，中频频率只有2MHz，LO 信号泄漏到RF 端口可能造成自混频及信号阻塞等问题。LO 信号泄漏到IF 端口，会对中频信号形成阻塞，同时LO 的噪声也将提高整体的噪声系数。而RF 信号馈通到LO端会造成自混频现象。双平衡的吉尔伯特混频器具有很好的隔离度，故本设计采用该结构。 本设计中频频率很低，开关对噪声（包括热噪声和1/ 噪声）是限制混频器噪声性能的主要因素，可以在不影响驱动级偏置电流的情况下减小流过开关对的偏置电流来减小混频器的噪声系数。可以通过在开关对的源极注入一个固定的偏置电流来实现。 线性度是混频器的一个重要指标，通常可以采用在驱动级晶体管的源极串一个无源元件形成串联反馈来提高驱动级的线性度。电阻作源简并元件会引入热噪声，而电阻本身会产生压降。电感和电容作源简并元件不会引入额外的噪声，而且对高频谐波成分和交调成分具有一定的抑制作用。因此通常选择电感作为源简并元件。但是本设计并没有采用结构，考虑到本设计的偏置电流很低，转换增益低，源简并技术将进一步降低转换增益，同时电感占用很大的芯片面积，不利于降低成本，故不可采用。根据Zigbee 协议，WSN 接受信号范围为-85 -20dBm,为了达到系统的线性度的要求，可以在低噪放级采用可调结构，这样使输入混频器的最大信号为-20dBm，降低了对混频器线性度的要求，有助于降低整个系统的功耗，但增加了LNA 的设计难度。 混频器的负载通常有三种形式：电阻作负载、晶体管作负载和LC 并联谐振电路作负载。晶体管作负载会引入非线性，而LC 并联谐振电路作负载虽具有很多的优势，但电感占用的芯片面积很大，不宜采用。电阻作负载不会引入非线性，同时具有很宽的带宽，但电阻上会引入直流压降，为了不使开关对和驱动级中的晶体管离开饱和区，电阻的取值不能太大，考虑到转换增益，电阻的取值将需要特别注意。而且这种负载不具有滤波的特性，因此不能衰减混频过程中产生的毛刺以及LO-IF、RF-IF 馈通成分。所以，本设计采用一个电容与电阻并联组成一个低通滤波网络来滤除高频成分。 综上所述，本设计所采用的结构如图4.1 所示。
- - - 变频器基础知识入门 1、什么是变频器？ 变频器一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 2、PWM和PAM的不同点是什么？ PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。 PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脉冲幅度调制）缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。 3、电压型与电流型有什么不同？ 变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路的滤波是电感。 4、为什么变频器的电压与电流成比例的改变？ 异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。 5、电动机使用工频电源驱动时，电压下降则电流增加；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加？ 频率下降（低速）时，如果输出相同的功率，则电流增加，但在转矩一定的条件下，电流几乎不变。 6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？ 采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%~200%）。用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。 7、V/f模式是什么意思？ 频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。 8、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？ 频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生的转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f，要使输出电压提高一些，以便获得一定地起动转矩，这种补偿称增强起动。 可以采用各种方法实现，有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法。 9、在说明书上写着变速范围60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就没有输出功率吗？ 在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率（起动频率）根据机种为0.5~3Hz。 10、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定，是否可以？ 通常情况下是不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。 11、所谓开环是什么意思？ 给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行PG反馈。 12、实际转速对于给定速度有偏差时如何办？ 开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内（1%~5%）变动。对于要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在接近给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器（选用件）。 13、如果用带有PG的电机，进行反馈后速度精度能提高吗？ 具有PG反馈功能的变频器，精度有提高。但速度精度的值取决于PG本身的精度和变频器输出频率的分辨率。 14、失速防止功能是什么意思？ 如果给定的加速时间过短，变频器的输出频率变化远远超过转速（电角频率）的变化，变频器将因流过过电流而跳
大连理工大学 本科实验报告 课程名称：电子系统仿真实验 学院（系）：信息与通信工程学院 专业：电子与信息工程 班级： 学号： 学生姓名： 2014年月日
一、 实验目的和要求 使用电路分析软件，运用所学知识，设计一个晶体管混频器。要求输入频率为10MHz ，本振频率为16.485MHz 左右，输出频率为6.485MHz 。本振电路为LC 振荡电路。 二、实验原理和内容 混频电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的一种典型应用。如一个振幅较大的振荡电压（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与幅度较小的差频或和频，完成变频作用。它是一个线性频率谱搬电路。图2.1是其组成模型框图。 中频 图2.1 本地振荡器产生稳定的振荡信号（设其频率为L f ）通过晶体管混频电路和输入的高频调幅波信号（设其频率为s f ），由于晶体管的非线性特性，两个信号混合后会产生L f +s f L f -s f 频率的信号，然后通过中频滤波网络，取出L f -s f 频率的信号，调节好L f -s f 的大 小使其差为中频频率，即所需要的中频输出信号。图 2.2调幅前后的频谱图。 图2.2 本次试验本振电路采用LC 振荡电路。其等效原理图为西勒振荡电路，如图2.3所示。 本振电路 非线性器件 输入 中频滤波 输出
图2.3 混频器采用晶体混频电路，其等效电路图如图2.4。 图2.4 三、主要仪器设备 名称型号主要性能参数 电子计算机宏碁V-531,Windows 7 AMD A10-4600M 2.3GHz,2GB 内存 电路分析软件 Multisim.12 多种电路元件，多种虚拟仪 器多种分析方法 表3.1
信号与系统课程设计 题目巴特沃斯滤波器的设计与仿真 学院英才实验学院 学号2015180201019 学生姓名洪 健 指导教师王玲芳
巴特沃斯滤波器的设计与仿真 英才一班 洪健 2015180201019 摘 要：工程实践中，为了得到较纯净的真实信号，常采用滤波器对真实信号进行处理。本文对巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性、设计方法及设计步骤进行了研究，并利用Matlab 程序和Multisim 软件，设计了巴特沃斯模拟滤波器，并分析了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性。利用 Matlab 程序绘制了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性曲线，并利用Matlab 实现了模拟滤波器原型到模拟低通、高通、带通、带阻滤波器的转换。通过Multisim 软件，在电路中设计出巴特沃斯滤波器。由模拟滤波器原型设计模拟高通滤波器的实例说明了滤波器频率转换效果。同时通过电路对巴特沃斯滤波器进行实现，说明了其在工程实践中的应用价值。 关键词：巴特沃斯滤波器 幅频特性 Matlab Multisim 引言 滤波器是一种允许某一特定频带内的信号通过，而衰减此频带以外的一切信号的电路，处理模拟信号的滤波器称为模拟滤波器。滤波器在如今的电信设备和各类控制系统里应用范围最广，技术最为复杂，滤波器的好坏直接决定着产品的优劣。滤波器主要分成经典滤波器和数字滤波器两类。从滤波特性上来看，经典滤波器大致分为低通、高通、带通和带阻等。 模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。 无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L 和C 组成。有源滤波器：集成运放和R、C 组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。 Multisim10 是美国NI 公司推出的EDA 软件的一种，它是早期EWB5.0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9等版本的升级换代产品，是一个完全的电路设计和仿真的工具软件。该软件基于PC 平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个如同真实的电子电路实验平台，它几乎可以完成实验室进行的所有的电子电路实验，已被广泛应用于电子电路的分析，设计和仿真等工作中，是目前世界上最为流行的EDA 软件之一。 本文主要对低通模拟滤波器做主要研究，首先利用MATLAB 软件对巴特沃斯滤波器幅频特性曲线进行研究，并计算相应电路参数，最后利用Multisim 软件实现有源巴特沃斯滤波器。 正文 1巴特沃斯低通滤波器 巴特沃斯（Butterworth）滤波器的幅频特性如该幅频特性的特点如下： ① 最大平坦性。可以证明，在ω=０处，有最大值|H(0)|=1，幅频特性的前２n－１阶导数均为零。这表示它在ω＝０点附近是很平坦的。 ② 幅频特性是单调下降的，相 频 特 性 也 是 单 调 下降的。因此， 巴特沃斯滤波器对有用信号产生的幅值畸变和相位畸变都很小。 ③ 无论阶数ｎ是什么数，都会通过C = ，并且此时|()|H j ，而且ｎ 越大，其幅频响应就越逼近理想情况。
混频器仿真实验报告 一．实验目的 （1）加深对混频理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力； （2）掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤； （3）掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础。 二．实验原理以及实验电路原理图 (一).晶体管混频器电路仿真 本实验电路为AM调幅收音机的晶体管混频电路，它由晶体管、输入信号源V1、本振信号源V2、输出回路和馈电电路等组成，中频输出465KHz的AM波。 电路特点：（1）输入回路工作在输入信号的载波频率上，而输出回路则工作在中频频率（即LC选频回路的固有谐振频率fi）。（2）输入信号幅度很小，在在输入信号的动态范围内，晶体管近似为线性工作。（3）本振信号与基极偏压Eb共同构成时变工作点。由于晶体管工作在线性时变状态，存在随U L周期变化的时变跨导g m(t)。 工作原理：输入信号与时变跨导的乘积中包含有本振与输入载波的差频项，用带通滤波器取出该项，即获得混频输出。 在混频器中，变频跨导的大小与晶体管的静态工作点、本振信号的幅度有关，通常为了使混频器的变频跨导最大（进而使变频增益最大），总是将晶体管的工作点确定在：U L=50~200mV，I EQ=0.3~1mA，而且，此时对应混频器噪声系数最小。 (二).模拟乘法器混频电路 模拟乘法器能够实现两个信号相乘，在其输出中会出现混频所要求的差频（ωL-ωC），然后利用滤波器取出该频率分量，即完成混频。
与晶体管混频器相比，模拟乘法器混频的优点是：输出电流频谱较纯，可以减少接收系统的干扰；允许动态范围较大的信号输入，有利于减少交调、互调干扰。 三．实验内容及记录 (一).晶体管混频器电路仿真 1、直流工作点分析 使用仿真软件中的“直流工作点分析”，测试放大器的静态直流工作点。 注：“直流工作点分析”仿真时，要将V1去掉，否则得不到正确结果。因为V1与晶体管基极之间无隔直流回路，晶体管的基极工作点受V1影响。若在V1与Q1之间有隔直流电容，则仿真时可不考虑V1的存在。 2、混频器输出信号“傅里叶分析” 选取电路节点8作为输出端，对输出信号进行“傅里叶分析”，参数设置为： 基频5KHz，谐波数为120，采用终止时间为0.001S，线性纵坐标请对测试结果进行分析。在图中指出465KHz中频信号频谱点及其它谐波成分。 注：傅里叶分析参数选取原则：频谱横坐标有效范围=基频×谐波数，所以这里须进行简单估算，确定各参数取值。
混频器实验（虚拟实验） 姓名：郭佩学号：04008307 （一）二极管环形混频电路 傅里叶分析 得到的频谱图为 分析：可以看出信号在900Hz和1100Hz有分量，与理论相符 （二）三极管单平衡混频电路 直流分析
傅里叶分析 一个节点的傅里叶分析的频谱图为 两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的频谱图为：
分析：同样在1K的两侧有两个频率分量，900Hz和1100Hz 有源滤波器加入电路后 U IF的傅里叶分析的频谱图为： U out节点的傅里叶分析的频谱图为：
分析：加入滤波器后，会增加有2k和3k附近的频率分量 （三）吉尔伯特单元混频电路 直流分析 傅里叶分析 一个节点的输出电压的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图如下： 两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为：
分析：1k和3k两侧都有频率分量，有IP3失真 将有源滤波器加入电路 U IF的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为： U out节点的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为：
分析：有源滤波器Uout节点的傅里叶分析的频谱相对于Uif的傅里叶分析的频谱来说，其他频率分量的影响更小，而且Uout节点的输出下混频的频谱明显减小了。输出的电压幅度有一定程度的下降。 思考题： （1）比较在输入相同的本振信号与射频信号的情况下，三极管单平衡混频电路与吉尔伯特混频器两种混频器的仿真结果尤其是傅里叶分析结果的差异，分析其中的原因。若将本振信号都设为1MHz，射频频率设为200kHz，结果有何变化，分析原因。 答：没有改变信号频率时 三极管 吉尔伯特 吉尔伯特混频器没有1k、2k、3k处的频率分量，即没有本振信号的频率分量，只有混频后的频率分量。因为吉尔伯特混频器是双平衡对称电路结果，有差分平衡。 将本振信号频率和射频频率改变后：
变频器基础知识 一、变频器的定义 通常所说的变频器，是指将频率固定的电源（如50Hz三相交流电）变成频率可变的电源（如在0～50Hz之间随意变换）的转换设备。如果原有电源的频率为0（即为直流电源供电），则变频器可以省去直流变换环节，退化成单一的逆变器（DC→AC）。 二、变频器的分类 从不同的角度，可以对变频器进行不同的分类。 1、按电压等级不同，变频器可分为：高压变频器、中压变频器、低压变频器 按照国际惯例，电压≥10kV时称高压，1-10kV为中压，小于1kV时称低压，与其电压范围相对应的变频器分别称为高压变频器、中压变频器、低压变频器。 在我国，习惯上把10KV、6kV或3kV的电机称为高压电机，相应的电压为10KV、6kV或3kV的变频器均称高压变频器。平常所说的“高-高”、“高-低-高”、“高-低”只是变频器的不同应用形式。 2、按主回路结构不同，变频器可分为：交-直-交变频器，交-交变频器。交-直-交变频器 1）交-直-交变频器先将电网交流电用整流电路整成直流电，再用逆变电路将直流电转换为频率可变的交流电。整流电路、直流回路、逆变电路是交-直-交变频器的三个基本组成部分。 整流电路可以是不控的（二极管全波整流）、也可以是可控的，如果是可控整流，则它也能工作在逆变状态，将直流回路的能量逆变回电网。
逆变电路肯定是可控的，主要功能是将直流回路电能变成交流电输出给电机。如果电机工作在发电工况时（比如制动场合），逆变电路工作在整流状态，将电机的能量送到直流回路。 交-交变频器 2）交-交变频器没有直流回路，每相都由两个相互反并联的整流电路组成，正桥提供正向相电流，反桥提供负向相电流。 3、按储能方式不同，变频器可分为：电流源型、电压源型。 电流源型变频器 1）电流源型： 电流源变频器输入采用可控整流，控制电流的大小。中间采用大电感，对电流进行平滑。逆变桥将直流电流转换为频率可变的交流电流，供给交流电机。在电流源变频器中，直接受控量是电流。整流桥控制电流大小，逆变桥控制电流频率，电机侧得到的是幅值和频率可变的方波电流。 特点：①电流源变频器具有很好的抗过流能力，甚至负载短路都不会导致变频器损坏。②由于整流桥输出电压可以为负，从而进入逆变状态工作，实现能量由变频器向电网的回馈，可用于频繁正反转或需要制动的场合。 缺点：其网侧功率因数不高，电流谐波较大。 2）电压源型：