搜索
太原理工大学信息工程学院本科毕业论文（设计）开题报告微波混频器设计学生姓名导师姓名专业报告日期班级指导教师意见签字年月日专业(教研室)主任意见年月日系主任意见年月日太原理工大学信息工程学院毕业设计（论文）开题报告11.选题意义混频器是通信系统中超外差接收机中的核心部件。在无线电通信系统（特别是广播电视系统）中，接收机应该能接收来自各个发射台的信号，而且到达接收机的信号是非常微弱的，一般为为微伏数量级。这样微弱的信号是不能直接解调的，需要将信号放大，然而高频、宽带条件下，增益达60-120dB的放大器要稳定工作是很难实现的。因此，在超外差接收机中，是把来自于不同发射台不同频率的高频已调信号，通过混频器搬移到某一固定的中频频带上，例如调频收音机为465kHz，调频收音机为10.7MHz，然后使用窄带的中频放大器放大，窄带的中频放大器容易做到很高的增益，从而使接收机的灵敏度和选择性得到保障。中频分为低中频和高中频两种，低中频就是中频频率低于接收信号的频率，高中频就是中频频率高于接收信号的频率。一般民用接收设备如收音机‘电视机等采用低中频：在通信设备中，为了避免某些干扰，有时采用高中频。混频器有广泛的用途，它不仅用于通信接收机，也是频率合成器等电子设备中的重要组成部分，用混频器可以实现频率加、减运算功能。2.国内外研究现状概述混频器是在第二次世界大战中，伴随着雷达接收机而产生的。为了增加雷达的作用距离，人们试图从三个途径进行分析研究：首先，增大发射功率，加大发射功率固然可以增大雷达作用距离，但是随着发射功率逐渐增加，不但需要付出昂贵的代价，而且超大功率的电磁波将使空间污染，影响人类健康。其次，增大天线面积。由于天线面积加大，加强了接收微弱信号的能力，即提高了接收系统的灵敏度，从而使雷达的作用距离增大。但天线面积的增大，将给加工与伺服系统带来很大的困难，与此同时也需付出昂贵的代价。第三，降低接收机中混频器的噪声系数。因为要增大雷达作用距离就必须提高接收机的灵敏度，即尽力减少接收机内部的噪声，这是提高整机灵敏度的关键。因此采用此方法是既经济又有效的方法。所以，人们对混频器进行了各种理论探讨与科学实验。但由于当时微波半导体器件发展缓慢，影响了混频器的发展。直至五十年代中期，晶体管技术与外延单晶生长技术的不断发展，给混频器的发展提供了物质基础。到六十年代，表面势垒二极管和隧道二极管问世后，人们对混频器的研究才得到了迅速的发展。太原理工大学信息工程学院毕业设计（论文）开题报告2随着混频器技术的发展，混频器的理论也得到了很大的发展。由用幂级数法‘贝塞尔函数法分析小信号对非线性器件的作用，发展到用开关函数法分析大信号对非线性器件的作用，使理论和实践更加接近。后来，用信号流图法分析混频器，就更加直观、清晰了。混频器的基本功能是作频率变换（又称变量技术）。随着频率合成技术的发展，它已不仅用作超外差接收机前端的混频器，而且还可以用来作乘法器（即倍频器）、除法器（分频器）。双平衡混频器在锁相技术中还可作鉴相器使用。因此，混频器的研制已发展成为一种专门技术。国外已有专门生产各种混频器的专业工厂，可根据用户提出的具体指标，在一定时间内提供合格的产品。3.主要研究内容各种微波混频器的工作原理与参数、组成结构，并对其特点及应用领域进行阐述一、混频器分类及其特点■下混频器都设计成为线性时变工作状态■混频电路类型I.无源混频器1)单二极管混频电路2)二极管平衡混频电路3)双平衡类型的二极管环形混频器II.有源混频器1)三极管混频电路2)单平衡混频电路3)吉尔伯特单元(GilbertCell)混频电路无源混频器①通常由非线性器件或开关元件构成，电路简单②不能提供变频增益，作为下变频的接收机电路为了得到更小的噪声系数，在前级一般要加LNA，由此会引起更多的互调失真。③无源混频器的变压器通常会限制混频器的最高工作频率，从而影响带宽，且集成度差，体积较大④优点：电路简单⑤缺点：1)如果在射频输入信号含有直流分量，本振信号直接馈通到输出端;2)输出频谱十分丰富，不能提供任何隔离，也不能提供混频增益。除了产生所需的混频结果外，还含有大量的组合频率分量。有源混频器①有源混频器的应用更为广泛，特别是在射频集成电路（RFIC）中。②可以提供混频增益，采用有源平衡－非平衡转换电路，易于集成。③在有源混频器中，通常把射频电压转成电流信号，本振开关控制电流信号。④优点：1)通过端接适当负载，可以获得一定的电压增益；2)对本振的振幅要求降低；3)端口的隔离度更好，更适于低电压工作。⑤缺点：需要一定的偏置电流，带来了直流功耗和射频电压的直流分量，线性度也受到了限制。二、工作原理如图：太原理工大学信息工程学院毕业设计（论文）开题报告3混频原理三、混频器基本电路结构四、混频器的典型参数①工作频率混频器的工作频率是指输入或输出射频信号的频率②变频损耗太原理工大学信息工程学院毕业设计（论文）开题报告4混频器的变频损耗定义为混频器射频输入端口的微波信号功率与中频输出端信号功率之比。主要由电路失配损耗，二极管的固有结损耗及非线性电导净变频损耗等引起。③镜像频率④噪声频率⑤交调失真⑥隔离度混频器隔离度是指各频率端口间的相互隔离，包括本振与射频，本振与中频，及射频与中频之间的隔离。隔离度定义为本振或射频信号泄漏到其它端口的功率与输入功率之比，单位dB。⑦动态范围动态范围是指混频器正常工作时的微波输入功率范围。其下限因混频器的应用环境不同而异，其上限受射频输入功率饱和所限，通常对应混频器的1dB压缩点。⑧本振功率混频器的本振功率是指最佳工作状态时所需的本振功率。原则上本振功率愈大，动态范围增大，线性度改善（1dB压缩点上升，三阶交调系数改善）。五、混频器应用领域混频器是微波集成电路接收机系统中必不可少的部件。在微波通信、雷达、遥感、遥控、侦查与电子对抗系统，以及微波测量系统中，将微波信号用混频器降到中低频来进行处理。4.拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性论证等）晶体二极管的伏安特性曲线是非线性的，完全可以利用它作混频器件。二极管混频器与三极管相比较，具有动态范围大，噪声小，组合频率分量少，结构简单和工作频率高等优点。采用肖特基二极管的混频电路，工作频率可高到微波频段。因此，二极管混频电路在高质量的各种接收机和测量仪器中得到了广泛的应用。但是二极管混频器也有一个重要的缺点，那就是没有混频增益（混频增益小于1）I.二极管平衡混频器在混频器中，信号频率与本振频率混合后经非线性变换，除产生需要的中频外，同时也产生许多其他组合频率。这些组合频率是产生组合干扰的根源。如果采用二极管平衡混频器，可大大减少噪声电压对混频器输出的干扰。下图为二极管平衡混频器的原理电路二极管混频器的优点是使输出电流中的组合频率数目大为减少，从而减少混频后的组合频率干扰和混频后的失真；其次是能降低混频器的噪声系数，这是由于本振中的噪声电压同相地加在两只二极管上，从而使输出电流中的噪声分别相互抵消的缘故。平衡混频器的低噪声优点在微波通信机中广泛应用。II.二极管环形混频器为了进一步抑制由于非线性所产生的频率组合分量，可采用环形混频器，如图：太原理工大学信息工程学院毕业设计（论文）开题报告5二极管环形混频器的输出比二极管平衡混频器要大，频谱中的组合频率分量比二极管平衡混频器要少，所以二极管混频器在灵敏度和抑制干扰能力方面更优越。III.三极管混频器图a和b均为共射混频电路，应用较多，特别是在广播及电视接收机中，图c和d为共基混频电路，电路频率性好，多用在频率较高的频率接收机中。图a电路对本振电压来说是共射级电路，输入阻抗较大，在混频时，本地振荡电路比较容易起振，因此需要的本振注入功率较小，但是，由于信号电压和本振电压都是从同一个极加入的，因此信号电压对本振电压有影响，本振频率往往受到信号频率的牵引。图b电路的输入信号电压和本振电压分别从基极输入和发射极注入，所以相互影响小，不易产生牵引现象。同时，对于本振电压来说是共基极电路，其输入阻抗较小，不容易产生过激励，因此振荡波形好，失真小，但要求有较大的本振注入功率。图c和d都是共基混频电路。和发射极电路相比，当工作频率不高时，混频增益较低，输入阻抗也较低，需要注入的本振功率较大，因此，在频率较低时一般都不采用，但在高频端（几十兆赫）工作时却优于共发射极电路，因为共基极电路的fα比共发射极的fβ要高很多，混频增益较大，适用于工作频率较高的场合。太原理工大学信息工程学院毕业设计（论文）开题报告65.研究工作安排及进度第一周~第三周：文献检索，完成开题报告。通过校图书馆网上资料库查询并下载大量文献资料，先掌握最基本的课题要求，然后通过资料的积累完成开题报告。第四周~第五周：微波混频器相关知识的充实。在上一步的基础之上，进一步查阅并充实关于课题的内容，深入研究混频器相关知识，对课题的进一步研究与仿真工作做好准备。第六周：一种微波混频器结构及电路参数的理论设计。这一周开始深入研究混频器，从混频器的基本原理，各种参数设置，各部分组成，及其在电路中所起的作用和实现的功能深入了解，为仿真做好准备。第七周：熟悉ADS平台。基于ADS完成设计仿真，需要对ADS软件有一个最基本的了解，并在此基础上，参阅ADS专业书籍，进行深入设计仿真。第八周~第十周：基于平台的微波混频器相关电路的建摸与仿真设计。对ADS有了进一步学习之后，着手对混频器进行设计仿真，写下设计心得，记录实验结果，为最后的论文写作做好准备。第十一周~第十四周：论文设计说明书的编写。在前十周的基础之上，通过个部分的要求，完成毕业论文设计。第十五周：完善论文，准备答辩。6.参考文献【1】钱聪陈英梅《通信电子线路》人民邮电出版社2003.10【2】王蕴仪【等】《微波器件与电路》江苏科学技术出版社1981.3第一版【3】张秉一刘重光《微波混频器》国防工业出版社1984【4】董宏发雷振亚《微波电路基础》西安电子科技大学出版社2010【5】武国机《微波起与电路》国防工业出版社1985-6-1【6】{美}M.M.拉德马内斯著顾继慧李鸣译《射频电子与微波电子学》科学出版社2006【7】{美}JosephF》White著李秀萍高建军译《射频与微波工程实践导论》电子工业出版社2009.1【8】陈艳华李朝晖夏玮《ADS应用详解》—射频电路设计与仿真人民邮电出版社2008.9【9】顾宝良《通信电子线路》电子工业出版社2002太原理工大学信息工程学院毕业设计（论文）开题报告7【10】栾秀珍等《微波技术》北京邮电大学出版社2009.6.1【11】潘积文《微波混频器测试技术研究》贵州航天计量测试技术研究所556609【12】张晶李厚德《微波混频器的研究》（井冈山学院工学院江西吉安343009）【13】逯贵祯等《射频电路的分析和设计》中国传媒大学出版社2003.6.1【14】赵建勋陆曼如邓军《射频电路基础》西安电子科技大学出版社【15】刘建清《从零开始学模拟电子技术》国防工业出版社2007