基于模拟开关的混频器设计

实验二混频器仿真实验一．无源混频器仿真实验二极管环形混频电路载频是f L=1kHz，调制频率为f R=100Hz，因此混频后会出现f L f Rf L- f R==900Hz ，f L+ f R=1100Hz，如图所示前两个峰值。

由于二级管的开关作用，还会产生组合频率，不过幅度会随次数的增加而减小，如图所示后两个峰值。

二．有源混频器仿真实验1．三极管单平衡混频电路直流分析傅里叶分析差模输出将直流分量抵消，组合频率分量也被抵消了，本振不会馈通。

但是由于射频信号是非平衡的，所以射频信号带入的直流分量与本振信号相乘后产生了较大幅值的本振频率分量，并且在频谱中还是会出现少量本振信号的奇次谐波与射频相混频的频率分量，单平衡混频电路有效地抑制了高频率分量，单节点输出存在低频分量过大的问题，但使用差分放大器的双点输出能够很好地解决这个缺陷。

但与无源混频器相比，出现了大量的杂波。

2.加入有源滤波器后混频后得到上下变频分量，通过一个带通滤波器，滤除上变频以及本振频率分量，只剩下下变频。

3.吉尔伯特单元混频电路由于射频信号差分输入，因此在输出的时候射频直流分量被抵消，本振不会馈通。

由于是双差分输入，频谱较为纯净。

但是由于吉尔伯特电路也是通过本振大信号作为开断信号对输出信号采样，因此也产生了本振信号的奇次谐波的分量与射频信号相混频产生的组合频率分量。

加入有源滤波器后本电路将作为接收机电路的前端。

与单平衡电路的频谱比较起来更加纯净，无用的频率分量更少，幅值更小。

思考题：1. 吉尔伯特电路是双平衡电路，而三极管是单平衡电路，它们的区别体现在射频信号是否是平衡的，吉尔伯特电路射频信号是平衡的，射频信号中蕴含的直流分量在输出时被抵消，因此不会产生本振信号馈通。

而三极管单平衡电路产生馈通和许多组合频率分量。

当频率增加后会更加明显，因为各个频点上的幅值都会降低，区别显得更加突出。

2.如图,该二阶带通有源滤波器的截止频率在1k 与1.4k 附近正好可以滤去不需要的分量。

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 MC1496AbstractAfter the integrated operational amplifier in the integrated analog multiplier is one of the most common analog integrated circuit, is a kind of multi-purpose linear integrated circuits.Modulator can be used as a broadband, suppressed carrier bilateral balance, don't need coupling transformeror tuned circuit, also can be used as a high-performance SSB multiplication detector, AM, FM demodulator, mixer/modem modulation, frequency multiplier, and phase discriminator, combiningit with amplifier can also do many mathematical operation, such as multiplication, division, chengfang, root, etc.This design mainly used integrated analog multiplier MC1496 achieve above functions. Analog multiplier is the main technique index quadrant, linearity and feed through work.Work quadrant refers to allow the input variable symbol scope.Only allow both ux and uy positive multiplier is called a quadrant, and allow the ux and uy can take the positive and negative is known as the four quadrants.Linearity refers to the multiplication of the input voltage and output voltage uo ux (or uy) into linear degree.Feed through degree is refers to the two input signals of ais equal to zero, the other in the size of the output terminal output.Mixing is the carrier for the high frequency modulated signal, no distortion for the carrier to transform to the middle of the modulated signal, must be kept in (1) modulation type, modulation parameters 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 the mixing method can greatly improve the performance of the receiver.This design is the use of simulation software, using analog multiplier to realize mixing circuit..Key words:MA TLAB, Analog multiplier, mixing circuit1.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。

目录前言 (1)工程概况 (1)正文 (2)3.1设计的目的及意义 (2)3.2 目标及总体方案 (2)3.2.1课程设计的要求 (2)3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 (2)3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 (2)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 (4)3.4.2混频器电路主要技术指标 (4)3.5 混频器的分类 (5)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 (9)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。

基于模拟乘法器的混频器摘要Multism10是属于新一代的电子工作平台，是一种在电子技术界广泛应用的优秀的计算机仿真软件，Multism10被称为电子工作人员的“计算机里的电子实验室”。

集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。

在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、监频、相频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工程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。

所以目前在无线通信、广播电视等方面应用比较多。

继承模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。

主要内容是基于MC1496混频器应用设计与仿真，阐述了混频器基本原理，并在电路设计与Multism仿真环境中创建集成电路乘法器MC1496电路模块，利用模拟乘法器MC1496完成各项电路的设计与仿真，并结合双踪示波器实现对信号的混频。

关键字：Multism10，模拟乘法器MC1496，混频器第一章绪论混频器在高频电子线路和无线电技术中，应用非常广泛，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，接受的已调高频信号也要经过频率转换，变成对应的中频信号。

特别是在超外差式接收机中，混频器应用比较广泛，如AM广播接收机将已调信号535KHZ-1605KHZ要变成465KHZ 的中频信号，电视接收机将48.5M-870M的图像信号要变成38M的中频图像信号。

再发射机中，为提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。

用一个频率较低的石英晶体振荡器为主振荡器，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。

由此可见，混频电路是电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。

本文通过MC1496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。

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。

基于ADS的微波混频器设计分析
微波混频器是一种重要的微波元器件，在现代通信和雷达系统中具有广泛的应用。

基于ADS的微波混频器设计和分析是一种有效的方法，它可以帮助工程师和科学家在微波混频器的设计和优化方面取得良好的效果。

基于ADS的微波混频器设计通常包括以下步骤：仿真建模、设计分析、优化设计和性能评估。

其中，仿真建模是最重要的步骤，它可以帮助工程师快速地确定混频器的结构和参数，从而节约设计时间和成本。

在仿真建模过程中，工程师需要使用ADS软件创建一个混频器的电路模型，包括输入和输出端口、局部振荡电路、混频器电路和相应的电容、电感和电阻器等元件。

然后，他们需要对混频器的参数进行优化，以确保它具有良好的性能和稳定性。

一旦混频器的电路模型被建立，就可以进行设计分析了。

在这个过程中，工程师可以使用ADS软件来分析混频器的性能和特性，例如增益、带宽、噪声和失真等。

这些分析结果可以帮助工程师了解混频器的优势和限制，从而指导设计优化。

设计优化是基于ADS的微波混频器设计的另一个重要步骤。

在这个过程中，工程师可以使用优化算法来找到最佳的混频器参数，从而满足所需的性能和规格。

常用的优化算法包括基于遗传算法和粒子群优化的算法，其中，遗传算法可以帮助工程师在大量参数空间中搜索最佳解，而粒子群优化算法可以更快速和精确地找到最佳解。

最后，性能评估是确定基于ADS的微波混频器性能的最后步骤。

在这个过程中，工程师可以使用ADS软件来模拟混频器的输出波形和频谱，并比较模拟结果与实际实验数据的差异。

这些分析结果可以帮助工程师确定混频器的实际性能和可靠性，并做出相应的修正和改进。

选课时间段：周五3、4、5序号：实验报告课程名称：通信电路上机实验实验名称：混频器设计及仿真学生姓名：***学生学号：********实验日期：5月24日混频器的设计及仿真一、 设计要求及主要指标1、 LO 本振输入频率：1.45MHz ，RF 输入频率：1MHz ，IF 中频输出频率：450KHz 。

2、 LO 本振输入电压幅度：5V ，RF 输入电压幅度：0.5V 。

3、 混频器三个端口的阻抗为50Ω。

4、 本实验采用二极管环形混频器进行设计，二极管采用DIN4148。

二、 实验电路图三、实验波形图图12R 的输出电压ifV 波形图22R 两端电压IF V 的频谱图频谱图分析：由输出的频谱图可见，环形混频器的输出电压中主要的组合频率分量为：0.45MHZ ，2.45MHz ，3.35 MHz ，5.35 MHz ，6.24 MHz ，8.25 MHz ，9.15 MHz 等等。

其中0.45MHZ 为差频输出信号，2.45MHz 为和频输出信号。

图3 输入RF 信号电压in V 波形图图4 输入RF 信号电流in I 波形图由图2可知：输出的中频（0.45MHZ ）幅度为：mV V if 2.153=由图3，图4可知输入电压，电流的幅值分别为： mV V in 8.270=mA I in 47.4=通过以上数据求出混频器的混频增益为： dB A C 95.48.2702.153log20== 输出的中频功率为：mW R V P LIFIF 2347.0212==RF 信号的输入功率为： mW I V P in in in 60524.021==所以有混频器的混频损耗为： dB P P L IFinC 11.4log10== 对于RF 输入端可得到输入阻抗为： Ω==6.60ininin i V R表1 输入\输出电压及电流值通过MATLAB仿真我们可以得到输入、输出功率(dBm)的关系图，如图5所示。

基于CMOS模拟开关实现平衡混频器1 引言近年来，无线通信技术得到了迅猛地发展。

它对收发信机前端电路提出的新要求是：高线性，低电压，低功耗，高度集成。

混频器作为无线通信系统射频前端的核心部分之一，其性能的好坏将直接影响整个系统的性能。

从频域角度看，混频器是频谱的线性搬移。

实现频谱搬移的基本方法是将两个信号相乘。

混频器利用器件的非线性特性来实现信号载波频率的变化，产生输入频率的和频和差频分量。

文章基于Gilbert 乘法器平衡混频器的工作原理，提出了一个新型混频器的结构，采用COMS 开关实现了一种平衡混频器，根据实测其性能完全满足工程需要且有低成本、高线性度、大动态等优点。

2 单平衡混频器的工作原理常用有源单平衡混频器为Gilbert 单平衡混频器，其实质为一可变互导乘法器，见图1 所示。

它由三部分组成，一是由本振信号VLO(t)激励的差分对管Q2、Q3; 二是输出电流受射频信号VRF(t)控制的晶体管Q1;三是中频负载RL。

如图1 所示。

Q1 是射频小信号线性放大器(也称输入跨导级);差分对Q2、Q3 在本振大信号作用下可看作轮流导通的双向开关;当双端输出时，输出电流i 是两电流i2和i3 的差。

图1 单平衡混频器原理图为保证Q1 工作于放大区，必须加上偏置电路给它设置合适的工作点。

设其直流工作点电流是ICQ1在信号VRF(t)作用下，Q1 的集电极电流为(设Re短路)由以上分析，有源单平衡混频器是通过本振开关电路(Q2、Q3) 对跨导级电路(Q1) 形成的射频电流信号进行开关调制, 实现混频功能。

负载级电路把混频产生的中频电流信号转换成电压信号。

3 CMOS 模拟开关实现平衡混频器吉尔伯特单平衡混频器的基本结构框图如图2 所示，组成单元为放大器、开关和负载。

混频器的最终输出等于输入信号与一个开关函数相乘，此开关函数与本振信号频率相同。

图2 单平衡混频器等效电路综上所述，得到一混频器设计思路一一寻找一个放大器，然后在输出之前，寻找一合适位置，设一开关级，使用平衡结构，再通过选择合适的负载输出信号。

模拟电路混频器设计在模拟电路设计中，混频器是一个重要的组件，用于将不同频率的信号进行混合。

本文将介绍模拟电路混频器的设计原理和步骤，以及一些常见的混频器电路结构。

一、设计原理在模拟电路中，混频器是将两个或多个不同频率的信号进行非线性运算，产生新的频率组合的电路。

混频器广泛应用于无线通信系统、雷达系统、视频处理等领域。

混频器的主要原理是利用非线性元件（如二极管、晶体管）的非线性特性，将输入信号的频率进行线性非线性转换，产生输出信号。

在混频器中，输入信号通常有两路，分别为射频信号（RF）和本地振荡信号（LO）。

混频器的输出信号一般为中频信号（IF）。

根据输入和输出信号的频率关系，混频器可分为上变频和下变频两种。

二、设计步骤下面以单二极管环形混频器为例，介绍混频器的设计步骤。

1. 选择工作频率首先确定混频器的工作频率范围，根据具体需求选择射频和本地振荡信号的频率。

2. 确定器件参数根据所选的工作频率，选择合适的二极管。

常用的二极管有硅二极管和砷化镓二极管，其特性参数包括最大工作频率、截止频率、反向击穿电压等。

3. 绘制电路图根据混频器的电路结构，绘制混频器的电路图。

对于单二极管环形混频器，电路图包括二极管、匹配网络和偏置电源。

4. 设计匹配网络在混频器中，匹配网络的设计非常重要。

它主要用于确保输入输出的阻抗匹配，提高混频器的性能。

匹配网络的设计需要考虑负载阻抗、源阻抗、谐振频率等因素。

5. 确定偏置电源混频器中的二极管需要合适的偏置电源，以确保其处于合适的工作状态。

偏置电源的设计需考虑二极管的导通和截止状态。

6. 进行仿真和验证完成混频器的设计后，进行电路仿真和验证。

利用电路仿真软件，验证混频器的性能指标，如增益、带宽等。

三、常见的混频器电路结构除了单二极管环形混频器，常见的混频器电路结构还包括平衡混频器、同步混频器、开关混频器等。

每种电路结构都有其特点和适用范围。

平衡混频器采用互补输入电路，可以大大降低非线性失真，适用于高要求的应用场景。

cmos模拟开关混频电路原理
CMOS模拟开关混频电路是一种基于CMOS技术的混频电路，用于将两个不同频率的信号混合在一起。

该电路的主要原理是通过两个CMOS模拟开关，在不同的时
刻将两个输入信号接入一个输出电路。

具体的工作原理如下：
1. 输入信号1和输入信号2分别接入两个CMOS模拟开关的
控制端。

第一个开关负责控制输入信号1的通断，第二个开关负责控制输入信号2的通断。

2. 输出电路接入两个CMOS模拟开关的输出端，输出信号通
过两个开关的通断状态决定是输入信号1还是输入信号2。

3. 通过时序控制信号，控制两个CMOS模拟开关的开闭时间，使得两个输入信号能够按照一定的时间序列接入输出电路。

通过不断切换两个输入信号的通断状态，输出电路能够获得两个信号的混合信号。

这样，就实现了混频的功能。

CMOS模拟开关混频电路具有低功耗、低噪声和较高的动态
范围等优点，广泛应用于无线通信、雷达和音频设备等领域。

,cos ,cos t V v t V v LO LO LO RF RF RF ωω==DL RF R R vi i +=-2232)(22141πω-+=-t K R R v i i LO DL RF实验名称：混频器设计及仿真一、实验目的1、理解和掌握二极管双平衡混频器电路组成和工作原理。

2、理解和掌握二极管双平衡混频器的各种性能指标。

3、进一步熟悉电路分析软件。

二、实验原理混频器作为一种三端口非线性器件，它可以将两种不同频率的输入信号变为一系列的输出频谱，输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及其谐波。

两个输入端分别为射频端RF 和本振LO 。

输出端称为中频端IF 。

基本原理图如图：本实验采用二极管环形混频器如图：由于RF LOV V >>,二极管主要受到大信号LO V 控制，四个二极管均按开关状态工作， 将二极管用开关等效，开关函数表示为：)(1t K LO ω，因此在LO v 正半周期间开关闭合，上下回路方程为：0)(,0)(233322=---+-=---+L D LO RF L D LO RF R i i R i v v R i i R i v v ，求得： ， 与之相应的开关函数)(1t K LO ω，因此一般形式为： ，与之相应的开关函数)(1t K LO ω，因此一般形式为：，同理分析得在LO v 负半周期间有：专业：信息对抗（12083511） 学生姓名：刘美琪（12083103） 实验名称：混频器设计及仿真)(22132t K R R v i i L DL RFω+=-)(22132t K R R v i i L DL RFω+=-所以通过L R 的总电流为：...]3cos 34cos 4[cos 22)()(3241+-+-=---=t t t R R V i i i i i LO LO LO D L RF o ωπωπω所以知：双平衡混频器的输出电流中仅包括 的组合频率分量，而抵消了RF LO ωω,即p 为偶数的众多组合频率分量。