1、 通信電子線路課程設(shè)計說明書 課題名稱：混頻器的設(shè)計 專業(yè)名稱： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師：摘 要 混頻器在通信工程和無線電技術(shù)中，應(yīng)用非常廣泛，在調(diào)制系統(tǒng)中，輸入的基帶信號都要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換變成高頻已調(diào)信號。在解調(diào)過程中，接收的已調(diào)高頻信號也要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換，變成對應(yīng)的中頻信號。特別是在超外差式接收機(jī)中，混頻器應(yīng)用較為廣泛，如AM 廣播接收機(jī)將已調(diào)幅信號535KHZ-一1605KHZ要變成為465KHZ中頻信號，電視接收機(jī)將已調(diào)485M一870M 的圖象信號要變成38MHZ的中頻圖象信號。移動通信中一次中頻和二次中頻等。在發(fā)射機(jī)中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級式發(fā)射機(jī)。用

2、一個頻率較低石英晶體振蕩器做為主振蕩器，產(chǎn)生一個頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號，然后經(jīng)過頻率的加、減、乘、除運算變換成射頻，所以必須使用混頻電路，又如電視差轉(zhuǎn)機(jī)收發(fā)頻道的轉(zhuǎn)換，衛(wèi)星通訊中上行、下行頻率的變換等，都必須采用混頻器。由此可見，混頻電路是應(yīng)用電子技術(shù)和無線電專業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。本次課程設(shè)計使用的是三極管混頻器。功能實現(xiàn)要求是中心頻率為10MHZ，本振頻率為16.455MHZ，混頻輸出6.465MHZ。在設(shè)計過程當(dāng)中需要涉及的知識很多，包括重要參數(shù)的計算，原理圖的設(shè)計，仿真結(jié)果分析，誤差分析，以及所需要我們解決誤差的一些方法。其中難度最大的還是參數(shù)的選擇，不同規(guī)格的元器件所產(chǎn)生的效果是不

3、一樣的，所以需要仔細(xì)斟酌。通過這次課程設(shè)計，能夠檢測我們對高頻電子線路的掌握程度，同時對以后在電子線路設(shè)計方面會有更多的幫助。 關(guān)鍵詞：混頻器；通信；無線電 Abstract Mixer in communication engineering and electronic technology, are widely applied in modulation system, the input of the baseband signal through frequency conversion into high frequency modulated signals.In the pr

4、ocess of demodulation, receive the high frequency signal is modulated by frequency conversion, into the corresponding intermediate frequency signals.Especially in a superheterodyne receiver, which has been widely applied mixer, such as an AM radio receiver will have amplitude modulation signal - a 1

5、605 KHZ to 535 KHZ to 535 KHZ intermediate frequency signal, the receiver will have a 48.5 M 870 M image signals to become 38 MHZ frequency images.Mobile communication in the case of intermediate frequency and the second intermediate frequency, etc.In the transmitter, in order to improve the stabili

6、ty of transmitting frequency, using multistage transmitter.With lower frequency of a quartz crystal oscillator is given priority to oscillator, producing a very stable main oscillation frequency signal, and then after frequency of add, subtract, multiply and divide into radio frequency (rf), so you

7、must use the mixing circuit, and like a TV transposer transceiver channel conversion, uplink, downlink frequency transformation in satellite communications, etc., must adopt mixer.Thus, mixing circuit is a professional application of electronic technology, and radio must master the key circuit. The

8、curriculum design using the triode mixer.Function implementation requirement is the center frequency of 10 MHZ, the vibration frequency is 16.455 MHZ, mixer output 6.465 MHZ.In the design process need to involve a lot of knowledge, including the important parameters calculation, schematic design, th

9、e results of simulation analysis, error analysis, and some methods to what we need to solve the error.One of the biggest difficulty is the choice of parameters, the effect of different specifications of the components is different, so you need to consider carefully.Through this course design, we can

10、 detect on high-frequency electronic circuits of master degree, at the same time for future will have more help in terms of electronic circuit design.Key word:mixer; communication；wireless目 錄第一章 系統(tǒng)分析11.1 設(shè)計課題任務(wù)11.2 基本原理11.3 混頻電路的分類21.4 混頻電路的實際應(yīng)用31.5 實驗儀器設(shè)備3第二章 軟件介紹42.1 工具的選擇Multisim 10 簡介42.2 Multis

11、im 10的特點4第三章 設(shè)計課題的仿真分析晶體管混頻器虛擬實現(xiàn)53.1 設(shè)計課題的參數(shù)選擇53.2 晶體三極管混頻器設(shè)計及課題的仿真結(jié)果6 3.3 設(shè)計課題的仿真調(diào)試17第四章 設(shè)計體會20結(jié)束語21致 謝22參考文獻(xiàn)23附錄 A24附錄 B25附錄 C26附錄 D27 第一章 系統(tǒng)分析1.1 設(shè)計課題任務(wù) 設(shè)計一個三極管混頻器。要求中心頻率為10MHz, 本振頻率為16.455MHz。1.2 基本原理 混頻電路是一種頻率變換電路，是時變參量線性電路的一種典型應(yīng)用。如一個振幅較大的振蕩電壓（使器件跨導(dǎo)隨此頻率的電壓作周期變化）與幅度較小的外來信號同時加到作為時變參量線性電路的器件上，則輸出端

12、可取得此二信號的差頻或和頻，完成變頻作用。它的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變化換成固定的中頻載頻率。而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說它是一個線性頻率譜搬電路，對于調(diào)幅波、調(diào)頻波或調(diào)相波通過變頻電路后仍然是調(diào)幅波，調(diào)頻波或調(diào)相波。只是其載波頻率變化了，其調(diào)制規(guī)律是不變的。圖1.1 混頻器原理框圖以下是調(diào)幅波頻率形圖和混頻前后的頻譜原理圖： 圖1.2調(diào)幅波變頻波形圖 調(diào)幅波的混頻示意圖中，混頻器上加了倆個信號載頻為1.76MHZ的調(diào)幅波Vs（輸入信號）和頻率為2.1656.465MHZ的等幅波Vo(本振信號)，經(jīng)過變頻后，輸出為465KHz的中頻調(diào)波Vi。輸出的中頻調(diào)幅波與輸入的高頻調(diào)幅波調(diào)幅規(guī)律完全

13、相同，即載沒振幅的包絡(luò)形狀完全相同，唯一差別就是頻率不同。 下面我們來研究變頻是頻譜的變化，從示意圖我們可以看出經(jīng)過混頻，高頻已調(diào)波變成中頻已調(diào)波，只是把已調(diào)波的頻譜從高頻率位置到了中頻率位置，輸入信號中每個頻率分量的位置及相對大小、相互間距不發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)注意高頻率已調(diào)波的上、下邊頻搬到中頻位置后，分別成了下、上邊頻。 圖1.3變頻前后的頻譜圖1.3 混頻電路的分類混頻電路是基于某些器件的非線性遠(yuǎn)離工作的，其核心部件就是非線性元件。根據(jù)所用器件不同，混頻器主要有：（1）晶體管混頻器；（2）三極管混頻器；（3）場效應(yīng)管混頻器；（4）差分對混頻器。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)分有： （1）單管混頻器； （2）平

14、衡混頻器； （3）環(huán)形混頻器。本次課程設(shè)計運用的就是三極管混頻器。1.4 混頻電路的實際應(yīng)用 超處差式接收機(jī)的主要特點是，把被接收的已調(diào)波信號的載波的頻率c先變?yōu)轭l率較低的（或較高的）但是固定不變的中間頻率i（稱為中頻），而其振幅的變化規(guī)律保持不變，即是由低頻調(diào)制信號來決定，然后利用中頻放大器加以放大送至檢波器進(jìn)行檢波。解調(diào)出與調(diào)制信號U(t) 線性關(guān)系的輸出電壓。隨后通過低頻電壓放大、功率放大、由揚聲器還原為原來的聲音，因為中頻放大器的中心頻率是固定不變的，中頻放大器容易取得較大的增益和近似理想的選擇性曲線。而接收器的主要放大倍數(shù)由中頻放大承擔(dān)所以整機(jī)增益在接收頻率范圍內(nèi)，高端和底端的差別就

15、會很小，即易于獲得較高的靈敏度和臨道選擇性。對于調(diào)諧來說需要對混頻器的選頻輸入回路和本機(jī)振蕩器進(jìn)行同步調(diào)諧，這是容易實現(xiàn)的。 1.5 實驗儀器設(shè)備 12V直流穩(wěn)壓電源 1臺 數(shù)字存儲示波器 1臺 無感起子 1把 數(shù)字萬用表 1臺第二章 軟件介紹2.1 工具的選擇Multisim 10 簡介 Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPI

16、CE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。 NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計和驗證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進(jìn)行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NI

17、 LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。 2.2 Multisim 10的特點通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計電路通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為借助高級電路分析, 理解基本設(shè)計特征通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試通過改進(jìn)、整合設(shè)計流程, 減少建模錯誤并縮短上市時間第三章 設(shè)計課題的仿真分析晶體管混頻器虛擬實現(xiàn)3.1 設(shè)計課題的參數(shù)選擇 晶體管的原理電路如圖所示，圖中，本振電壓和信號電壓都加在 晶體管的基極與發(fā)射極之間，在混頻過程中，跨導(dǎo)隨本振電壓做周期變換，混頻管可看成線性參變

18、組件。當(dāng)高頻信號通過線性參變組件時，便產(chǎn)生各種頻率分量，達(dá)到變頻目的。 圖3.1 晶體管原理電路 晶體管混頻器的電路有多種形式。一般按照晶體管組態(tài)和本地振蕩電壓注入點的不同有圖4所示的四種基本電路。圖中（a）和（b）為共發(fā)混頻電路。圖（a）信號電壓由基極輸入，本振電壓也由基極注入。圖（b）表示信號電壓由基極輸入，本振電壓由發(fā)射極注入。圖（c）和（d）為共基混頻電路。圖（c）和（d）為共基混頻電路。圖（c）表示信號電壓由發(fā)射極輸入，本振電壓也由發(fā)射極注入。圖（d）表示信號電壓由發(fā)射極輸入，本振電壓由基極注入。這四種電路組態(tài)各有其優(yōu)缺點。 圖3.2晶體管混頻器的電路4種形式 圖（a）電路對振蕩電壓

19、來說是共發(fā)電路，輸入阻抗較大，因此用做混頻時，本地振蕩電路比較容易起振，需要的本振注入功率也較小。這是它的優(yōu)點。但是因為信號輸入電路與振蕩電路相互影響較大（直接耦合），可能產(chǎn)生牽引現(xiàn)象。這是它的缺點。當(dāng)s與0的相對頻差不大時，牽引現(xiàn)象比較嚴(yán)重，不宜采用此種電路。 圖（b）電路的輸入信號與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入，因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點。但需要較大的本振注入功率；不過通常所須功率也只有幾十mW，本振電路是完全可以供給的。因此，這種電路應(yīng)用較多。 圖（c）和（d）兩種電路都是

20、共基混頻電路。在較低的頻率工作時，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時一般都不采用。但在較高的頻率工作時（幾十MHz），因為共基電路的比共發(fā)電路的要大很多，所以變頻增益較大。因此在較高頻率工作時也有采用這種電路的。3.2 晶體三極管混頻器設(shè)計及課題的仿真結(jié)果 綜上所述，圖 3.2（b）比較適合本設(shè)計，電路的輸入信號與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入本課程設(shè)計-晶體三極管混頻器實驗電路如圖圖3.3 晶體三極管混頻器實驗電路 該電路主要由Q1 和6.5MHz 選頻回路組成?；祛l信號V1，V2分別由基極和發(fā)射級輸入。通過改變電阻R4的值來改變混頻器晶體工作點，使其工作在合適的非線性區(qū)域，同

21、時也可以用來調(diào)節(jié)混頻增益。 圖 3.3 晶體管工作點調(diào)節(jié)電路 不合適的工作點將導(dǎo)致輸出信號不穩(wěn)定，甚至不能工作。下面圖 3.4, 圖 3.5，圖 3.6，是R4在不同值時系統(tǒng)的輸出信號波（V1,V2電壓為1V） 圖 3.4 未接入R4時的輸出信號波形 圖3.5 當(dāng)R4等于80k時的輸出信號波形 圖 3.6 當(dāng)R4等于100k時的輸出信號波形 輸入信號頻率fs =10MHz ,本振頻率f0 =16.455MHz，其選頻回路選出差拍的中頻信號fi =6.455MHz。當(dāng)選頻回路的參數(shù)不合適時，輸出信號會被嚴(yán)重衰減和失真。如圖所示 當(dāng)R4等于80k時獲得最佳波形。輸出頻率經(jīng)測量得到頻率為6.448M

22、Hz，與預(yù)期的16.455MHz 10MHz一致，略有些誤差。 下面看一下輸入信號V1,V2在不同電壓下及電壓相同電壓值不同時的（電阻R4等于80K并保持不變）系統(tǒng)輸出的信號波形。 當(dāng)保持V1為500mV時，通過改變V2電壓看輸出波形V2電壓50mV100mV300mV500mvV1.0V1.5V2.0V2.5V3.0V輸出波形情況失真失真不失真不失真不失真失真失真失真失真表一： 圖 3.7 當(dāng)V1=500mV，V2=50mV時輸出波形圖 3.8當(dāng)V1=500mV，V2=1V時輸出波形 圖 3.9當(dāng)V1=500mV，V2=3V時輸出波形 當(dāng)保持V2為500mV時，通過改變V2電壓看輸出波形表二

23、：V1電壓50mV100mV300mV500mvV1.0V1.5V2.0V2.5V3.0V輸出波形情況失真失真失真不失真不失真不失真不失真不失真失真 圖 3.10當(dāng)V1=50mV，V2=500mV時輸出波形圖 3.11當(dāng)V1=1V，V2=500mV時輸出波形圖 3.12當(dāng)V1=3V，V2=500mV時輸出波形3.3 設(shè)計課題的仿真調(diào)試 混頻器的各種非線性干擾是很重要的問題，并且在討論各種混頻器時，把非線性產(chǎn)物的多少，作為衡量混頻器質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一非線性干擾中很重要的一類就是組合頻率干擾和副道波干擾。這類干擾是混頻器特有的。還有一些其他的干擾，比如交調(diào)互調(diào)，阻塞干擾等。干擾的解決辦法：1：選擇合適

24、的中頻。如果將中頻選在接收信號頻段之外, 可以避免中頻干擾和最強(qiáng)的干擾哨聲2：提高混頻電路之前選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性, 減少進(jìn)入混頻電路的外來干擾, 這樣可減小交調(diào)干擾和互調(diào)干擾。對于鏡頻可采用陷波電路將它濾掉。 3：采用具有平方律特性的場效應(yīng)管、 模擬乘法器或利用平衡抵消原理組成的平衡混頻電路或環(huán)形混頻電路, 可以大大減少無用組合頻率分量的數(shù)目, 尤其是靠近有用頻譜的無用組合頻率分量, 從而降低了各種組合頻率干擾產(chǎn)生的可能性。 在本課程設(shè)計中，高頻干擾由LC諧振網(wǎng)絡(luò)及RC有源濾波器共同完成，故效果較好。濾波器由RC網(wǎng)絡(luò)和運放組成，具有高輸入阻抗低輸出阻抗的特點，具有緩沖作用。在設(shè)計過程中取f0為6

25、.455MHz, 通帶增益1，帶寬500kHz. 根據(jù)公式：取， 則： 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 由于本實驗的目的是演練二階有源濾波器的設(shè)計，電路中采用理想元件。實際電路中可采用精密可調(diào)元件代替。 圖 3.13 RC有源二階濾波 經(jīng)仿真，該帶通濾波器的幅頻特性如下：圖 3.14帶通濾波器的幅頻特性下面的兩個輸出波形可以生動展示該RC有源二階濾波器在本混頻系統(tǒng)中的作用。圖 3.15濾波前后波形對比左邊為經(jīng)過RC有源二階濾波器的輸出信號波形，每個周期的信號幅值較為一致。而右變未經(jīng)過RC有源二階濾波器的輸出信號每個周期的信號幅值顯然有起伏。這說明有部分殘留的干擾信號被該帶通濾波

26、器有效地抑制了。 接待測網(wǎng)絡(luò)的輸出。關(guān)鍵點是必須在網(wǎng)絡(luò)的輸入端在并接一個函數(shù)信號發(fā)生器。第四章 設(shè)計體會 通過這次課程設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)實踐一定需要理論的指導(dǎo)，不然完全沒法做。首先是設(shè)計原理圖，通過multisim軟件仿真，驗證是否能得出相應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)然最重要的就是元器件的選擇以及規(guī)格，這就需要理論的支持了，包括書上的理論公式以及相應(yīng)的定律。這個反而成了這次設(shè)計的難點。通過在圖書館找尋相應(yīng)的書籍，還有在網(wǎng)上借鑒相應(yīng)課題的資料，得到原理圖，然后再得出元器件參數(shù)。接下來就是就是通過軟件仿真，得出的圖形發(fā)現(xiàn)是比較完美的，但是在實物上驗證時發(fā)現(xiàn)還是有很大的誤差，不知道問題出在哪里，然后通過網(wǎng)上資料的查詢，發(fā)現(xiàn)誤差很大可能是來自電路的設(shè)計以及混頻器的各種的非線性干擾，包括組合頻率干擾，副道波干擾，交調(diào)互調(diào)以及阻塞干擾等，當(dāng)然還有一定的環(huán)境因素包括溫度，濕度等。誤差在所難免，所以就需要對電路進(jìn)行合理的優(yōu)化過程，包括合理選擇原理圖方案，以及參數(shù)的重新定義，讓其工作在合適的環(huán)境中，從而達(dá)到最精確的實驗結(jié)果。這次課題的設(shè)計真是十分的艱辛，但是苦中還是有樂的，因為在其中收獲了更多的知識。 結(jié)束語 本次的課程設(shè)計歷經(jīng)幾周終于結(jié)束了，這對于每個人來說都是一次極大