混频电路设计3解读.docx

通信电路实验报告 ——谐振功率放大器设计及仿真 姓名：陈强华 学号班级专业：通信工程 实验三 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、实验准备1、学习二极管双平衡混频器电路组成和工作原理。2、认真学习附录相关内容，熟悉电路分析软件的基本使用方法。三、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、在本实验中采用二极管环形混频器进行设计，二极管采用 DIN4148。5、分析混频器的主要性能指标：混频增益、混频损耗、1dB 压缩点、输入阻 抗,互调失真等；画出输入、输出功率关系曲线。 四、设计步骤1、原理分析 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）其基本的原 理如下图所示。 通常，混频器通过在时变电路中采用非线性元件来完成频率转换，混频器通 过两个信号相乘进行频率变换，如下： 输入的两个信号的频率分别为ωRF \ωLO ，则输出混频信号的频率为ωRF LO +ω （上变频）或ωRF LO ?ω （下变频），从而实现变频功能。 在本试验中，我们采用二极管环形混频器，其的原理电路如图 3-2 所示，其 中v V t RF RF RF = cosω ， v V t LO LO LO = cosω ，并且有V V LO RF ，因此二极管主要受到 大信号vLO 控制，四个二极管均按开关状态工作，各电流电压的极性如图 3-2 所 示。在本振电压的正半周，二极管 D2 \ D3 导通， D1 \ D4 截止；在本振电压的负半 周，二极管 D1 \ D4 导通， D2 \ D3截止。因此，混频电路可以拆分成两个单平衡混 频器。 将二极管用开关等效，开关函数表示为：K1 LO ( ) ω t ，因此在vLO 正半周期间， 开关闭合，上下回路的方程为： 求得： 由上可得，双平衡混频器的输出电流中仅包括( ) pω ω LO RF ± （p 为奇数）的 组合频率分量，而抵消了ωLO ， ωRF 以及 p 为偶数的众多组合频率分量。2、整体电路设计与仿真分析 按照图 3-3 所示的原理图，在 PSpice 中建立电路图，并设置好 RF、 LO 信 号的参数（注意变压器的参数设置），最终仿真电路图如图 3-4 所示。 图 3-3 整体电路图 图 3-4 R2 的输出电压( vIF )波形 进行 FFT 变换后，得 R2 两端的电压( vIF )的频谱波形如图 3-5 所示。 图 3-5 R2 两端电压 vIF 的频谱图 由输出的频谱图可见， 环形混频器的输出电压中主要为pωLO RF ±ω ( p 为奇数) 的组合频率分量，（ 0.45MHz， 2.45MHz等等）， 与理论分析一致，其中， 0.45MHz 为差频输出信号（即为本实验所要求的输出IF 中频信号)， 2.45MHz 为和频输出信号。 同时可以仿真得到 RF 信号的输入电压 vin 、电流 iin 波形如图 3-6，图 3-7 所 示。 图 3-6 输入 RF 信号的电压 vin 波形 图 3-7 输入 RF 信号电流 iin 波形图 对于 RF 输入端可得到输入阻抗为： 对于混频器的 1dB 压缩点，当输入的 RF 功率（电压）较低时，输出的 I观察图 3-6 和图 3-7 波形图，对于输入电压 vin 和电流 iin 基本上为正弦波形， 由两图我们可以得到输入电压 vin 、电流 iin 的幅值Vin 、 Iin 分别为： 由图 3-5 可以得到输出的中频（ 0.45MHz）的幅度为： 因此，通过以上数据求出混频器的混频增益为： 输出的中频功率为 RF 信号的输入功率为： 所以有混频器的混频损耗为： F 功 率与输入 RF 功率成比例关系。然而，当输入 RF 功率超过一定的量之后，则输 入和输出功率就会偏离线性特征，当上述偏离达到 1dB 时所对应的点就可以作 为混频器的特性参数，即 1dB 压缩点。因此本实验中，可逐步改变输入 RF 信号 的电压值，从而得到对应的输出 IF 信号的