调幅射频信号变频器设计
摘 要本设计主要利用Multisim软件设计了调幅射频信号变频器的电路的仿真，其中设计主要分成了四个部分，分别是射频变频电路、本振信号产生电路、射频小信号放大电路和射频功率放大电路。论文内容主要分为了四个部分，第一章节主要介绍了研究的意义和该项设计在国内外发展的历史等，第二章节中主要介绍了各级电路的基本原理分析，第三章中主要说明了电路的设计过程和仿真图像说明。最后总结了在设计中遇到的困难和解决方法等并在附录中体现了总体电路以及各部分性能的展示。
目 录
第一章 引言 1
1.1本课题研究的意义 1
1.2变频器在国内外的发展历程 1
第二章 射频信号变频器 3
2.1变频器组成与工作原理 3
2.2常用混频器 4
2.3调幅信号基本特性 6
2.4正弦波振荡器 8
2.5射频小信号放大电路 11
2.6射频功率放大电路 11
第三章 调幅射频信号变频器设计与仿真 13
3.1变频器总体设计 13
3.2混频电路的设计与仿真 13
3.3本地振荡电路的设计与仿真 16
3.4射频小信号放大电路的设计与仿真 18
3.5射频功率放大电路的设计与仿真 19
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录A 24
附录B 25
第一章 引言
1.1本课题研究的意义
变频器在通信系统的发展中具有非常重要的意义。在我们的日常生活中，例如收音机，电视机等接受信号的电器都需要变频电路的存在，因为在接收时候需要接受来自各个地方的信号，这些信号非常的小和混杂，这些信号不能直接使用，需要去将信号进行放大，变频后，变成一个稳定且容易解调中频信号，在超外差式接收机中，就是将接收到的高频信号变频为465KHz的中频信号，然后用放大器对其进行信号的放大，从而保证了接收机的选择性和灵敏度都很好。
在通信系统的发展中，要获得更好的信号，完成信号频率之间的转换是我们需要解决的一个重要问题，在发射的时候，对低频段的信号进行调制和放大
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
等过程，变成高频信号然后发出，在接收端，需要将接收到的高频信号，经过混频和放大，变成一个稳定的且易解调的中频信号。就此而言，变频电路在通信和信号处理的发展中占据了非常重要的地位。变频器的原理简单来说是就是通过一个具有乘法功能的器件完成调制信号载波和本振信号的变频可以达到将调制信号载波变成另一个频率的功能电路。变频电路一般存在于接收端的前端，它的功能好坏将影响到整个系统的优劣，所以也这是人们一直研究的课题。
1.2变频器在国内外的发展历程
在1924年最早的变频电路产生，它的发明人是Armstmg。至此之后由于晶体管的生产和技术的发展，变频电路技术较为缓慢的发展，在金属半导体接触的二极管和混合材质二极管发明之后，人们对混频电路的研究得到重视，且有了较为迅速的发展。在快速发展当中，人们对变频电路的理论基础也一点点的建立起来，由当时用的数学算法研究小信号通过乘法器的变频作用，到用函数法去分析混频作用是否正确，最后到用图形分析法分析变频电路的运行原理，这一步一步更加清晰且扎实的建立了变频器的理论基础。在国内外发展趋势来看，国外由于工业较为成熟，发展较快且主要方向集中于波段为毫米的方向，但是在国内，由于当时的条件和科研有限，从人员到技术都不成熟，且起步晚发展慢，到现在和国外还有很大的差距，所以有必要做深入的研究。本节主要内容将围绕变频电路的发展展开。
就国内而言，首先研究的变频器结构是两种不同类型的W波段的变频电路，一种是毫米波变频器，一种是线性带状变频器，此项在电子科技大学研究成功，到2001年中国才能独立制造出单平衡变频器和单端变频器，但是国外在上世纪八十年代就已经研发成功并制造，可看出我国的发展之缓慢。至此之后到2008年这几年年当中，国内的变频电路的得到了很快的发展，且由当初的毫米波变频器逐渐向多阶平衡谐振变频器发展。
就国外来说，在八十年代，帕罗什利用简单的无外壳二极管就能做成简单的平衡变频器，这和上文提到国内在2001年才研究出来的变频电路类似，后来凯伦路易采用了叉形结构就能实现w频段的变频电路。在八十年代中，国外的变频器发展突飞猛进从叉形到并联形，再到环形变频器，在2000年之后，国外的混频器逐渐向亚毫米波段发展，且获得了较大的发展。可以支持很高的频段。
从国内和国外的对比看来，国外已经从毫米波段向亚毫米段发展，但是国内由于受到工艺、设备、科研人员等方面的限制研究还停留在毫米波段，所以现今对变频电路的研究还是非常有必要的。
变频电路的功能就是实现载波频率的变化，现如今的变频器不仅仅只能用乘法器作为基本元器件还可以用鉴频器和除法器完成制作，在国外已经产生了一个产业链，且可以定制。
第二章 射频信号变频器
2.1变频器组成与工作原理
混频电路又称变频电路，它在电子设备和通信工程中被广泛应用，变频器的基本功能是实现载波频率的转换，按分类算事变参量线性电路。相当于是两种振幅不同的信号都加载到一个非线性元器件上，两种信号的混合得到了一个是两种信号频率的相差频率另一个是两种信号频率的混频，这就组成了一个频谱在此频谱上就存在了三种信号频率，也就相当于是变频。详细的来说，变频器的功能是接收端接收到一个已经调制好的信号，因为变频器中存在一个本振信号，这个本振信号与输入的信号载波混合成一个信号，然后再通过滤波得到了我们想要输出频率固定的一个信号，换言之也就是一个频谱的搬移电路，只是载波频率发生改变，已调制的信号特性还是不变。图21是调幅波混频前后的波形和频谱图。
图21 变频器工作原理图
在图21中可以看出，在变频电路的不同端口加入了已调制好的信号Us和一个由本振电路产生的本振信号调幅波Ulo，通过这个混频器后输出的Ul与之前Us波形相符，唯一的区别就是频率发生了改变。
从图22可以看出，频谱发生了变化，这边是变频的原理，经过了变频将高频输入的信号波形变成了中频的输出波形，从频谱上看也就是输入波形的频谱从高频变成了中频范围，但是高频信号的特性和波形的属性都没发生改变，只是上下边频率发生了翻转。
图22 混频前后频谱变化图
2.2常用混频器
一、二极管混频器
在混频电路当中，由于需要输出中频信号外还会因为输入信号和本振信号在叠加后产发其他频率的干扰信号，利用二极管平衡混频电路可以减少这干扰信号对中频信号的干扰。如图23就是二极管平衡混频器的电路图。
图23 二极管平衡混频器的原理电路
二极管平衡混频器的主要优良性能主要体现在减少了输出中频信号中混在的其他干扰信号，减少了信号输出产生的失真，并且因为本振信号的噪声电压在两个二极管中都成相同的相位，所以相互抵消，使得噪声的电流也相互抵消了。相比较三极管混频电路，二极管混频电路没有混频增益，但是从结构上说，二极管混频电路的结构简单且工作频率较高，从功能上说具有噪声小，干扰波形少，并且动态范围较大的特点。
目 录
第一章 引言 1
1.1本课题研究的意义 1
1.2变频器在国内外的发展历程 1
第二章 射频信号变频器 3
2.1变频器组成与工作原理 3
2.2常用混频器 4
2.3调幅信号基本特性 6
2.4正弦波振荡器 8
2.5射频小信号放大电路 11
2.6射频功率放大电路 11
第三章 调幅射频信号变频器设计与仿真 13
3.1变频器总体设计 13
3.2混频电路的设计与仿真 13
3.3本地振荡电路的设计与仿真 16
3.4射频小信号放大电路的设计与仿真 18
3.5射频功率放大电路的设计与仿真 19
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录A 24
附录B 25
第一章 引言
1.1本课题研究的意义
变频器在通信系统的发展中具有非常重要的意义。在我们的日常生活中，例如收音机，电视机等接受信号的电器都需要变频电路的存在，因为在接收时候需要接受来自各个地方的信号，这些信号非常的小和混杂，这些信号不能直接使用，需要去将信号进行放大，变频后，变成一个稳定且容易解调中频信号，在超外差式接收机中，就是将接收到的高频信号变频为465KHz的中频信号，然后用放大器对其进行信号的放大，从而保证了接收机的选择性和灵敏度都很好。
在通信系统的发展中，要获得更好的信号，完成信号频率之间的转换是我们需要解决的一个重要问题，在发射的时候，对低频段的信号进行调制和放大
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
等过程，变成高频信号然后发出，在接收端，需要将接收到的高频信号，经过混频和放大，变成一个稳定的且易解调的中频信号。就此而言，变频电路在通信和信号处理的发展中占据了非常重要的地位。变频器的原理简单来说是就是通过一个具有乘法功能的器件完成调制信号载波和本振信号的变频可以达到将调制信号载波变成另一个频率的功能电路。变频电路一般存在于接收端的前端，它的功能好坏将影响到整个系统的优劣，所以也这是人们一直研究的课题。
1.2变频器在国内外的发展历程
在1924年最早的变频电路产生，它的发明人是Armstmg。至此之后由于晶体管的生产和技术的发展，变频电路技术较为缓慢的发展，在金属半导体接触的二极管和混合材质二极管发明之后，人们对混频电路的研究得到重视，且有了较为迅速的发展。在快速发展当中，人们对变频电路的理论基础也一点点的建立起来，由当时用的数学算法研究小信号通过乘法器的变频作用，到用函数法去分析混频作用是否正确，最后到用图形分析法分析变频电路的运行原理，这一步一步更加清晰且扎实的建立了变频器的理论基础。在国内外发展趋势来看，国外由于工业较为成熟，发展较快且主要方向集中于波段为毫米的方向，但是在国内，由于当时的条件和科研有限，从人员到技术都不成熟，且起步晚发展慢，到现在和国外还有很大的差距，所以有必要做深入的研究。本节主要内容将围绕变频电路的发展展开。
就国内而言，首先研究的变频器结构是两种不同类型的W波段的变频电路，一种是毫米波变频器，一种是线性带状变频器，此项在电子科技大学研究成功，到2001年中国才能独立制造出单平衡变频器和单端变频器，但是国外在上世纪八十年代就已经研发成功并制造，可看出我国的发展之缓慢。至此之后到2008年这几年年当中，国内的变频电路的得到了很快的发展，且由当初的毫米波变频器逐渐向多阶平衡谐振变频器发展。
就国外来说，在八十年代，帕罗什利用简单的无外壳二极管就能做成简单的平衡变频器，这和上文提到国内在2001年才研究出来的变频电路类似，后来凯伦路易采用了叉形结构就能实现w频段的变频电路。在八十年代中，国外的变频器发展突飞猛进从叉形到并联形，再到环形变频器，在2000年之后，国外的混频器逐渐向亚毫米波段发展，且获得了较大的发展。可以支持很高的频段。
从国内和国外的对比看来，国外已经从毫米波段向亚毫米段发展，但是国内由于受到工艺、设备、科研人员等方面的限制研究还停留在毫米波段，所以现今对变频电路的研究还是非常有必要的。
变频电路的功能就是实现载波频率的变化，现如今的变频器不仅仅只能用乘法器作为基本元器件还可以用鉴频器和除法器完成制作，在国外已经产生了一个产业链，且可以定制。
第二章 射频信号变频器
2.1变频器组成与工作原理
混频电路又称变频电路，它在电子设备和通信工程中被广泛应用，变频器的基本功能是实现载波频率的转换，按分类算事变参量线性电路。相当于是两种振幅不同的信号都加载到一个非线性元器件上，两种信号的混合得到了一个是两种信号频率的相差频率另一个是两种信号频率的混频，这就组成了一个频谱在此频谱上就存在了三种信号频率，也就相当于是变频。详细的来说，变频器的功能是接收端接收到一个已经调制好的信号，因为变频器中存在一个本振信号，这个本振信号与输入的信号载波混合成一个信号，然后再通过滤波得到了我们想要输出频率固定的一个信号，换言之也就是一个频谱的搬移电路，只是载波频率发生改变，已调制的信号特性还是不变。图21是调幅波混频前后的波形和频谱图。
图21 变频器工作原理图
在图21中可以看出，在变频电路的不同端口加入了已调制好的信号Us和一个由本振电路产生的本振信号调幅波Ulo，通过这个混频器后输出的Ul与之前Us波形相符，唯一的区别就是频率发生了改变。
从图22可以看出，频谱发生了变化，这边是变频的原理，经过了变频将高频输入的信号波形变成了中频的输出波形，从频谱上看也就是输入波形的频谱从高频变成了中频范围，但是高频信号的特性和波形的属性都没发生改变，只是上下边频率发生了翻转。
图22 混频前后频谱变化图
2.2常用混频器
一、二极管混频器
在混频电路当中，由于需要输出中频信号外还会因为输入信号和本振信号在叠加后产发其他频率的干扰信号，利用二极管平衡混频电路可以减少这干扰信号对中频信号的干扰。如图23就是二极管平衡混频器的电路图。
图23 二极管平衡混频器的原理电路
二极管平衡混频器的主要优良性能主要体现在减少了输出中频信号中混在的其他干扰信号，减少了信号输出产生的失真，并且因为本振信号的噪声电压在两个二极管中都成相同的相位，所以相互抵消，使得噪声的电流也相互抵消了。相比较三极管混频电路，二极管混频电路没有混频增益，但是从结构上说，二极管混频电路的结构简单且工作频率较高，从功能上说具有噪声小，干扰波形少，并且动态范围较大的特点。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/1527.html
