基于模拟乘法器MC1496的混频器设计
摘要
集成模拟乘法器是继集成运算放大器后最通用的模拟集成电路之一，是一种多用途
的线性集成电路。可用作宽带、抑制载波双边平衡调制器，不需要耦合变压器或调谐电路，还可以作为高性能的SSB乘法检波器，AM调制/解调器、FM解调器、混频器、倍频器、鉴相器等，它与放大器相结合还可以完成许多的数学运算，如乘法、除法、乘方、
开方等。
本设计主要应用集成模拟乘法器MC1496实现以上功能。
模拟乘法器的主要技术指标是工作象限、线性度和馈通度。工作象限是指容许输入
变量的符号范围。只容许ux和uy均为正值的相乘器称为一象限的,而容许ux和uy都可以取正、负值的则称为四象限的。线性度是指相乘器的输出电压uo与输入电压ux(或uy)成线性的程度。馈通度是指两个输入信号中一个为零时，另一个在输出端输出的大小。
混频是将载波为高频的已调信号，不失真地变换为载波为中间的已调信号，必须保持①
调制类型，调制参数不变，即原调制规律不变。②频谱结构不变，各频率分量的相位大小，相互间隔不变。
由于设计和制作增益高,选择性好,工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易,所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。此设计就是利用仿真软件，采用模拟相乘
器实现混频电路的。
关键词：MATLAB,模拟乘法器，混频电路
DESING OF MIXER BASED ON THE ANALOG MULTIPLIER MC1496
Abstract
Aftertheintegrated operational amplifier i n theintegrated analogmultiplier isone of themost
common analog integrated circuit, is a kind of multi-purpose linear integrated circuits.Modulato can be used as a broadband, suppressed carrier bilateral balance, don't need coupling transforme
detector,AM,FM
or tunedcircuit,alsocan be used as a high-performance S SB multiplication
demodulator, mixer/modem modulation, frequency multiplier, and phase discriminator, combining
division,
itwith amplifier can alsodo many mathematical operation,s uch as multiplication,
chengfang, root, etc.
This designmainly used integrated a nalog multiplier M C1496achieveabove functions.
Analog multiplier isthemain technique indexquadrant,linearity and feedthroughwork.Work
quadrantrefers to allow the inputvariable symbol scope.Onlyallow both ux and uy positive
multiplier iscalled a quadrant,and allow the ux and uy can takethe positive a nd negative is
known as the four quadrants.Linearity refers to the multiplication of the input voltage and outp voltage uo ux (or uy) into linear degree.Feed through degree is refers to the two input signals is equal to zero, the other in the size of the output terminal output.Mixing is the carrier for frequencymodulated signal,no distortion for the carrier to transformto the middle of the
modulated signal,m ust be kept in(1)modulationtype,modulationparameters are the same,
namely the original modulation law remains the same.The phase of each frequency component of
the spectrum structure remains the same, (2) the size and the spacing between the same.
Due to the design and production of high gain, good selectivity, and working frequency was lower than those of the original carrier frequency fixed intermediate frequency amplifier is easy, so mixing method can greatly improve the performanceof the receiver.This designisthe use of
simulation software, using analog multiplier to realize mixing circuit..
Key words:MA TLAB, Analog multiplier, mixing circuit
1.绪论
混频技术在高频电子线路和无线电技术中应用的相当广泛。在调制过程中，输入的
基带信号都要经过频率的转换变成高频的已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信
号也要经过频率转换，变成对应的中频信号。混频器也是超外差接收机中的关键部件。
直放式接收机是高频小信号检波，工作频率变化范围大时，工作频率对高频通道的影响
比较大（频率越高，放大量越低，反之频率低，增益高），而且对检波性能的影响也较大，灵敏度较低。采用超外差技术，将接收信号混频到一固定中频，放大量基本不受接收频
率的影响，这样，频段内信号的放大一致性好，灵敏度可以做得很高，选择性也较好。
因为放大功能主要放在中放，因此可以用良好的滤波电路。采用超外差接收使得调整方便，放大量、选择性主要由中频部分决定，且中频较高频信号低，性能指标容易得到满足。混频器在一些发射设备中也是必不可少的。在频分多地址信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要地位。此外，混频器也是许多电子设备、测量仪器（如频率合成器、频谱分析仪）的重要组成部分。
本实验中通过MC1946构成的混频器来对接收信号进行频率转换，变成需要的中频信号。
2.实验原理
2.1混频器原理
变频电路的基本功能是保持已调信号的调制规律不变
，仅改变其载波频率处理过
程。
用模拟乘法器实现混频，只要在Ux 端和Uy 端分别加上两个不同的频率信号，相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理框图如图1。图1混频器原理框图
混频电路的输入是载频为fo 的高频已调波信号u s (t)和频率为fL 的本地正弦波信号（标为本振信号）u L (t)，输出是中频为f I 的已调波信号u I (t)，通常取f I =f L -f C 。
以输入是普通调幅信号为例，若
，则输出中频信号为，本振信号为。
可见，调幅信号频谱从中心频率为fc处平移到中心频率为fi 处，频谱宽度不变，包络形状不变。图2是相应的频谱图。
图2（a）混频前（b）混频后
2.2模拟乘法器MC1596的工作原理
模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的的有源非线性器件。主要功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。它有两个输入端口，即X 和Y 输入端口。
在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。
根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟相乘器MC1496是四象限的乘法器。其内部电路如图3所示：其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1～V4; V7、R1、V8、R2、V9、R3和R5等组成多路电
流源电路;V7、R5、R1为电流源的基准电路;V8、V9分别供给V5、V6管恒值电流Io/2,R5为外接电阻，可用以调节Io的大小;由V5、V6、两管的发射极引出接线端2和3，外接电阻RY，利用RY的负反馈作用，以扩大输入电压u2的动态范围;Rc为外接负载电阻。引脚8与10接输入电压Ux，1与4接另一输入电压Uy.。
MC1496的管脚排列如图4所示，其符号如图5所示。
图3 MC1496内部电路
图4 MC1496引脚排列图5模拟乘法器电路符号
2.3调幅波原理
设载波信号的表达式为
调制信号的表达式为
则乘法器输出的DSB调幅信号的表达式为
2.4带通滤波器原理
滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。其主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。带通滤波器允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声，即能通过高于频率ωc L且低于频率ωc H的信号，频率从零到ωc L以及频率从ωc H到无穷大均为阻带。
3.电路仿真及代码
3.1电路图
由Multisim11程序得到仿真电路图如图6。
图6混频电路
3.2程序代码
在Matlab中用如下代码（如图7）对该电路中各信号波形进行仿真。
t=0:0.00000001:0.001;
U0=0.05;
%载波信号振幅%载波信号频率f0=10^6;
w0=2*f0*pi;
m=0.3;
f1=2000;
w1=2*pi*f1;
U1=0.2;
%调制度%调制信号频率Uam=U0*(1+m*cos((w1).*t)).*cos((w0).*t);
f2=1456000;
w2=2*pi*f2;
U2=0.2;
%AM 已调信号%本振信号频率
%本振信号电压%本振信号表达式u3=U2*cos((w2).*t);
u4=Uam;
u5=u4.*u3; w3=w2-w0;%两个信号相乘，设相乘系数为k=1 %经带通滤波器的中心频率
u6=1/2*U0*U2*cos((w1).*t).*cos((w3).*t);%
中频信号表达式plot(t,Uam);title('AM
已调信号波形');pause;
plot(t,u3);title('
本振信号');pause;
plot(t,u5);title('
经乘法器后的信号');pause;
plot(t,u6);title('
中频信号');
4.实验分析
4.1调幅电路
幅度调制电路按输出功率的高低，可分为高电平调幅电路和低电平调幅电路。低电平调幅电路包括：(1)简单的二极管调幅电路；(2).平衡调制器；(3)环形调制器。高电平调幅电路根据调制信号控制方式的不同，可分为基极调幅和集电极调幅。
m称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度，一般m越大，调制幅度越深。当m=0时，表示未调幅；当m=1时，调制系数的百分比达到100%；当m>1时，已调波的包络形状与调制信号的不一样，产生严重的包络失真，所以一般取0 4.2模拟乘法器 模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（连续变化的电压或电流）相乘作用的电子器件，通常具有两个输入端和一个输出端，电路符号如图11所示。 图7模拟乘法器电路符号 若输入信号为Ux, Uy,则输出信号Uo为： Uo=k Uy Ux 式中： k为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为 一个理想的乘法器中，其输出电压与在同一时刻两个输入电压瞬时值的乘积成正比，而且输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的。 对于一个理想的乘法器，当Ux、Uy中有一个或两个都为零时，但在实际乘法器中，由于工作环境、制造工艺及元件特性的非理想性，当Ux=0，Uy=0时，Uo不为0，通常把这时的输出电压称为输出失调电压；当Ux=0，Uy不为0（或Uy=0，Ux不为0）时，Uo不为0，这是由于Uy（或Ux）信号直接流通到输出端而形成的，称这时的输出电压为Uy（或Ux）的输出馈通电压。输出是调电压和输出馈通电压越小越好。此外，实际乘法器中增益系数K并不能完全保持不变，这将引起输出信号的非线性失真，在应用时需加注意。 经过乘法器后的波形如下图所示： 4.3混频电路 由模拟乘法器和带通电路组成，输出中频信号。其波形如下图所示： 4.3.1混频增益 混频增益Kvc是评价混频器性能的重要指标。混频增益是指混频器输出中频信号电压振幅对输入高频信号电压振幅的比值。在相同输入信号情况下，分贝数越大，表明混频增益越高，混频器将输入信号变换为输出中频信号的能力越强，接收机的灵敏度越高。 本实验中，Kvc=Ui/Us=0.005/0.05=0.1， 用分贝数表示Kvc=20lg(Ui/Us)(dB)= -20d 4.3.2噪声系数 混频器的噪声系数Nf定义为Nf=输入信噪比（信号频率）/输出信噪比（中频频率）。 4.3.3变频压缩（抑制） 理论上，在混频器中，输出与输入信号幅度成线性关系。而在实际中，由于非线性器件的限制，当输入信号增加到一定程度时，中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系。如图12。 中频输出电平/dB 3dB压缩电平输入电平/dB 3dB 图8 4.3.4选择性 混频器在理论上只输出中频信号，但实际会混杂很多干扰信号。而在本次实验中，得到的输出波形良好，说明此混频器的高频输入、中频输出回来有良好的选择性，即回路有较理想的谐振曲线，有效抑制了中频以外的不需要的干扰。 4.3.5干扰 4.3. 5.1组合频率干扰 组合频率干扰主要分为干扰噪声和寄生通道干扰，此处主要讨论干扰噪声，即有用信号和本振产生的组合频率干扰 （1）产生的原因： 输入到混频器的有用信号与本振信号，由于非线性作用，除了产生有用的中频外，还产生许多无用的组合频率分量，如果它们中的有些频率分量正好接近中频（或落在中频通带内），则这些成分将和有用中频同时经过中放加到检波器上。通过检波器的非线性特性，这些接近中频的组合频率与有用中频差拍检波，产生差拍信号（可听音频），形成干扰哨声。如二极管电路 i=a0+a1v+a2v2+a3v3+... 当v=vc+vL 时，代入即可得到电流中包含的频率分量为： 当（可听视频）时，他们将和有用信号fL 同时经过中放到达检波器，检波器的非线性作用产生差拍信号（△F）形成干扰哨声。 （2）形成的条件： 一般 此式说明：所以上式可为： a、当fL 选定后，只要fc接近此时所计算的值,即能产生干扰哨声。 b、若p、q 取不同的正整数，或产生干扰的输入信号频率有限多个，但当有p+q>5时，幅度已很小可以忽略 如当fc=918时，fL=918+456=1383 ,2fc- fL =1836-1383=453 ,△F=456-453=12在中频通带以外，不会形成干扰。 又如，当fc=931KHz 时，本振频率fL=(931+456)=1396KHz 这时P=1,q=2所对应的组合频率分量为 fpq=2fc-fL=2×931-1396=466KHz ，它与有用中频频率只差1KHz ，显然可以通过中频放大器进入检波器，与有用中频fI=465KHz 找信号作用后产生△F=466-465=1KHz 的差拍信号，在输出端产生1KHZ 的干扰哨叫声。所以为了避免干扰，应合理选择电台的发射载波频率，使组合频率在中放通带以外。 c、由知。当p=0,q=1时，fc= fI 这种干扰最强。所以为了避免这种干扰，应使在接收频段之外，如465在535-1605外。 （3）克服方法： a、选定合理的Q 点，减少滤波分量。 b 、限制Uc(t)的幅度。 c 、选合理的fI 4.3. 5.2非线性失真 包络失真和强信号阻塞（u 态），交叉调制（三次方以上各项），互相调制（平方项以上），混频器、放大器中均有存在。 克服方法： ①选平方律特性的器件 ②Q 合理选，使其工作在平方律区域 ③加负反馈扩大动态范围 5．心得体会 经过本次课程设计，我体会到平时的理论知识大概有印象，但到具体的计算时，总发觉很难，而且理论知识学的也不踏实，有的地方分析起来很吃力。以后一定要认真的对待。本次课程设计我应用了Matlab软件来仿真电路，发现以后要多动手，当仿真结果出现时，真的很高兴。我还对乘法器有了进一步的了解。作为一个电子方面的大学生，在今后的工作中难免需要很强的实践动手能力，所以这次课程设计实践对我来说是很值得珍惜的好机会。这次课程设计，虽然短暂，但却给了我一次自主设计电路的机会。在设计过程中，以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现，并且遇到了书本中不曾学到的情况。通过本次设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。在设计过程中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在与组员的反复讨论下，使整个电路可稳定工作。实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。 6.参考文献 [1]王卫东《高频电子电路（第2版）》电子工业出版社 [2]林春方《高频电子线路》电子工业出版社 [3]薛山《Matlab基础教程》清华大学出版社 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。 东北大学 研究生考试试卷 考试科目： 课程编号： 阅卷人: 考试日期： 姓名：xl 学号： 注意事项 1.考前研究生将上述项目填写清楚. 2.字迹要清楚,保持卷面清洁. 3.交卷时请将本试卷和题签一起上交. 4.课程考试后二周内授课教师完成评卷工作,公共课成绩单与试卷交研究生院培养办公室, 专业课成绩单与试卷交各学院,各学院把成绩单交研究生院培养办公室. 东北大学研究生院培养办公室 数字滤波器设计 技术指标： 通带最大衰减： =3dB ， 通带边界频率： ＝100Hz 阻带最小衰减： ＝20dB 阻带边界频率： ＝200Hz 采样频率：Fs=200Hz 目标： 1、根据性能指标设计一个巴特沃斯低通模拟滤波器。 2、通过双线性变换将该模拟滤波器转变为数字滤波器。 原理： 一、模拟滤波器设计 每一个滤波器的频率范围将直接取决于应用目的，因此必然是千差万别。为了使设计规范化，需要将滤波器的频率参数作归一化处理。设所给的实际频 率为Ω（或f ），归一化后的频率为λ，对低通模拟滤波器令λ＝p ΩΩ/，则1 =p λ， p s s ΩΩ=/λ。令归一化复数变量为p ，λj p =，则p p s j j p Ω=ΩΩ==//λ。所以巴 特沃思模拟低通滤波器的设计可按以下三个步骤来进行。 (1)将实际频率Ω规一化 (2)求Ωc 和N 11010/2-=P C α s p s N λααlg 1 10 110lg 10 /10/--= 这样Ωc 和N 可求。 p x fp s x s f 根据滤波器设计要求＝3dB ，则C ＝1，这样巴特沃思滤波器的设计就只剩一个参数N ，这时 N p N j G 222 )/(11 11)(ΩΩ+= += λλ (3)确定)(s G 因为λj p =，根据上面公式有 N N N p j p p G p G 22)1(11 )/(11)()(-+= += - 由 0)1(12=-+N N p 解得 )221 2exp(πN N k j p k -+=，k ＝1，2， (2) 这样可得 1 )21 2cos(21 ) )((1 )(21+-+-= --= -+πN N k p p p p p p p G k N k k 求得)(p G 后，用p s Ω/代替变量p ，即得实际需要得)(s G 。 二、双线性变换法 双线性变换法是将s 平面压缩变换到某一中介1s 平面的一条横带里，再通过标准变换关系)*1exp(T s z =将此带变换到整个z 平面上去，这样就使s 平面与z 平面之间建立一一对应的单值关系，消除了多值变换性。 为了将s 平面的Ωj 轴压缩到1s 平面的1Ωj 轴上的pi -到pi 一段上，可以通过以下的正切变换来实现： )21 tan(21T T Ω= Ω 这样当1Ω由T pi -经0变化到T pi 时，Ω由∞-经过0变化到∞+，也映射到了整个Ωj 轴。将这个关系延拓到整个s 平面和1s 平面，则可以得到 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 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 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。 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。 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 电磁场与电磁兼容 实验报告 学号： 姓名：院系：专业：教师： 5月28日 实验四电源滤波器插入损耗仿真实验 一、实验目的 通过对电源滤波器基本电路的仿真实验，掌握电源滤波器构成以及各器件的功能和作用，理解滤波器EMI 防护原理。 二、实验原理和内容 实验原理图： 图1 电源滤波器电路图 电源滤波器是一种多级差模和共模低通滤波器级联的应用实例，它可同时滤去差模和共模两种模式的高频噪声。 图1 所示为电源滤波器的原理图。L1 和L2是差模电感扼流圈，电感量一般选取几十至几百毫亨，C1是差模滤波电容，一般选取0.047~0.22uF，L3和L4是共模扼流圈，电感量约为几毫亨，绕在同一个铁氧体环上，C2 和C3 是共模滤波电容，电容量一般选取几纳法。 插入损耗计算公式： 图 2 共模扼流 圈 实验内容： 使用EWB 或Multisim 等电路仿真软件，对电源滤波器进行仿真，通过改变器件参数、输入阻抗、输出阻抗等条件，观察插入损耗的变化，并对实验结果进行分析。 三、实验步骤 1、设计电源滤波器电路 根据图1 的电路图，在仿真软件中建立仿真模型电路 如下图2、图3 分别为共模、差模插入阻抗测试电路。 图2 共模插入阻抗测试电路 图3 共模插入阻抗测试电路 2、仿真滤波器的频率响应 针对共模电路和差模电路分别进行仿真，分析不同频率下的输出信号。 1）控制输入频率分别等于1kHz,10kHz, 20kHz, 100kHz,观察示波器的输出波形。 2）改变L1 L2的参数、C2 C3的参数，观察频率响应曲线的变化。 3、仿真计算滤波器共模插入损耗 4、仿真计算滤波器差模插入损耗 四、实验数据和结果分析 1、共模电路仿真结果 1）函数发生器参数设置截图 通过改变函数发生器的频率参数来调节频率。 选用变压器代替共模扼流圈，但是选用的变压器并不是理想变压器，因此更改其中一些参数如下： 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。 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。 通信电子线路实验 实验名称：混频器仿真 混频器的作用是在保持已调信号的调制规律不变的前提下，使信号的载波频率升高（上变频）或下降（下变频）到另一个频率。 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。 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。 分析：图中最高频谱点在465KHZ的中频信号成分，同时电路中还有较弱的其他谐波成分。 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。 1、混频输入输出波形测试 在仿真软件中构建如下模拟乘法器混频电路，启动仿真，观察示波器显示波形，分析实验结果。 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: e R 2 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 其中，??? ? ? -=+ =ωωωω11j j j s 一般来讲，频率都归一成1，即ω≈ω0=1,则 ij ij ij M j M j jM 0ωω≈≈ 其中E 为电压矩阵，I 为电流矩阵，Z 为阻抗矩阵， R M U Z ++=00j s U0是N ×N 阶单位矩阵。M 是耦合矩阵，它是一个N ×N 阶方阵，形式如下： 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 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。 LMS 自适应滤波实验报告 ： 学号： 日期：2015.12.2 实验容： 利用自适应滤波法研究从宽带信号中提取单频信号的方法。 设()()()()t f B t f A t s t x 212cos 2cos π?π+++=，()t s 是宽带信号，A ，B ，1f ，2f ， ?任选 （1）要求提取两个单频信号； （2）设f f f ?+=12，要求提取单频信号()t f 22cos π，研究f ?的大小对提取单频信号的影响。 1. 自适应滤波器原理 自适应滤波器理论是现代信号处理技术的重要组成部分，它对复杂信号的处理具有独特的功能。自适应滤波器在信号处理中属于随机信号处理的畴。在一些信号和噪声特性无法预知或他们是随时间变化的情况下，自适应滤波器通过自适应滤波算法调整滤波器系数，使得滤波器的特性随信号和噪声的变化，以达到最优滤波的效果，解决了固定全系数的维纳滤器和卡尔曼滤波器的不足。 （1） 自适应横向滤波器 所谓自适应滤波，就是利用前一时刻已获得的滤波器参数等结果，自动调节现时刻的滤波器参数，以适应信号和噪声未知或随时间变化的统计特性，从而实现最优滤波。自适应滤波器由两个部分组成：滤波器结构和调节滤波器系数的自适应算法。自适应滤波器的特点是自动调节自身的冲激响应，达到最优滤波，此算法适用于平稳和非平稳随机信号，并且不要求知道信号和噪声的统计特性。 一个单输入的横向自适应滤波器的原理框图如图所示： 实际上这种单输入系统就是一个FIR 网络结构，其输出()n y 用滤波器单位脉冲响应表示成下式： ()()()∑-=-=1 N m m n x m w n y 这里()n w 称为滤波器单位脉冲响应，令： ()()n i n x x i w w m i i i ,1,1,1+-=-=+=用j 表示，上式可以写成 ∑==N i ij i j x w y 1 这里i w 也称为滤波器加权系数。用上面公式表示其输出，适用于自适应线性组合器，也适用于FIR 滤波器。将上式表示成矩阵形式： X W W X j T T j j y == 式中 [][ ] T Nj j j j T N x x x w w w X W ,...,,, ,...,,2121== 误差信号表示为 X W j T j j j j d y d e -=-= （2） 最小均方（LMS ）算法 Widrow 等人提出的最小均方算法，是用梯度的估计值代替梯度的精确值，这种算法简单易行，因此获得了广泛的应用。20151060042-贾炜光-混频器仿真实验报告
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