2022年电子线路作业混频的原理与应用 .pdf

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1、电子线路大作业题目：混频的原理与应用姓名院系专业年级学号名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页 -混频的原理与应用摘要：在无线电技术中，混频的应用非常普遍。混频器在广播、通信、电视等外差式设备及频率合成设备中具有广泛的应用，它是用来进行信号频率变换并可保持调制性质不变的电路组件，其性能对整个系统有着足轻得的作用。AD831是美国 AD公司生产的单片低失真混频器，它采用双差分模拟乘法器混频电路。文中介绍了AD831的工作原理、内部电路、引脚排列及功能说明，最后给出了AD831在频踪式雷达本振中的应用电路。关键词：混频器射频 本振 AD831 1混频的有关概念11 基

2、本概念混频：混频是将中心频率为fc（载频）的已调信号s，不失真地变换为中心频率为fI的已调信号I的频率变换过程。通常将I称为中频信号，fI称为中频频率。1图中，L=VLmcosLt是本地振荡电压，L=2fL为本振角频率。,(),()CLCIIcLILCICffffffffffff称为下混频或称为上混频通常取fI=fL-fC混频实质：就频谱搬移观点而言，混频的作用就是将输入已调信号频谱不失真的从fC搬到fI的位置上。因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器来实现。212 实现模型实现模型：1输入信号频谱（调制信号为FminFmax时）：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第

3、 2 页，共 7 页 -混频器输出电流频谱：vs=Vsm1+a(t)cosct设输入调幅波本振信号调制信号为(t),a(t)(t),当fLfc时乘法器输出电流i为:i 经 LC 中频带通滤波器后输出，一般取差频I=L-C；若取和频I=L+C。2AD831的组成及主要特点3AD831是 AD公司生产的低失真、宽动态范围的单片有源混频器，它输入输出方式多样，使用灵活方便。AD831 由混频器、限幅放大器、低噪声输出放大器和偏置电路等组成，主要用于HF和 VHF接收机中射频到中频的频率转换等场合。AD831采用双差分模拟乘法器混频电路，具有+24dBm三阶交叉点，且三阶互调失真小，同时有+10dBm

4、的 1dB 压缩点，线性动态范围大，神经质本振输入信号仅需要-10dBm。同无放大器的混频器相比，它不仅省去了对大功率本振驱动器的要求，而且避免了由大功率本振带来的屏蔽、隔离等问名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -题，因而大大降低了系统费用；AD831的本振和射频输入频率可达到500MHz，中频输出方式有两种差分电流输出和单端电压输出，在采用差分电流输出时，输出频率可达250MHz；采用单端电压输出时，输出频率大于200MHz。AD831既可用双电源供电也可以用单电源供电，双电源供电时所有端口均可采用直流耦合，因而可由用户根据需要通过外围电路控制电源功耗。A

5、D831采用 20 脚 PLCC封装，图 1 是 AD831的引脚排列图，表1 是它的引脚功能说明。表 1 AD831 的引脚功能说明引脚名称功能引脚名称功能1 Vp 正电源11 LOP 本振输入2 IFN 混频级电流输出12 Vp 正电源3 AN 输出放大器负输入端13 GND 地4 GND 地14 BIAS 偏置输入5 VN 负电源15 VN 负电源6 RFP 射频输入16 OUT 输出放大器输出7 RFN 射频输入17 VFB 输出放大器反馈输入8 VN 负电源18 COM 输出放器输出公共端9 Vp 正电源19 AP 输出放大器正输入端10 LON 本振输入20 IFP 混频级电流输出

6、3.工作原理3.1 混频原理图 2 所示是 AD831的内部电路框图。图中，频频输入信号加到晶体管 Q1、Q2的基极，由于电阻 R1、R2的负反馈潮作用，因而差分电流射频信号的幅度成线性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -关系。-10dBm的本振输入信号经过一个高增益、低噪声的限幅放大器转换成方波，而后交叉地加到 Q3 Q6的基极，最后混频信号从IFP 和 IFN 脚输出。当将 IFP、IFN 连接到有中心抽头的变压器上时，AD831不可提供从射频到中频的单路输出。若使用输出放大器，则可降IFP 和 IFN 脚直接与 AP 和 AN脚相连，这时，片内的负载电

7、阻可将输出电流转换成电压来驱动输出放大器。3.2 控制偏置电流AD831 的射频输出的最大值与偏置电流成比例，在BIAS 引脚与电源之间接一个电阻可使偏置电流减小。正常工作时可将BIAS脚悬空，而在低功耗工作时，可将 BIAS 脚直接连接到正电源。混频器工作电流的调节范围可从正常工作的100mA调整至最小功耗时的45mA。3.3 低通滤波在混频和输出放大器之间可加入一个简单的低通滤波器，方法是在芯片的内部电阻性负载上并联一个外接电容（芯片的内部电阻性负载为14，允许有 20%的偏差），这样在下混频应用中将显著衰减本振信号和射频信号的和频成分。该一阶低通滤波器的转折频率，应选择在比下混频的IF

8、输出高一个倍频程的位置。例如，对70MHz中频输出而言，-3dB 点可选在 140MHz附近，此时CF应为 82pF。3.4 输出放大器的应用AD831 的输出放大器可将混频的差分电流转换为单端电压输出形式，并可在50 的负载上提供高达1V 的峰-峰值电压。把 AN和 AP直接连接到混频级的集电极输出上，并将输出端（OUT）接至 VFB，这样可提供单增益。改变增益时，可在放大器的输出端外接一个电阻网络 R3、R4并连接至 VFB。4.在频踪式雷达本振中的应用图 3 是基于直接数字频率合成技术（DDS）的某频踪式雷达的本振组成框图。该系统应用了两片AD831，分别用作下混频和上混频。恒温晶振产生

9、的频率稳定度达 10-9的 100MHz信号，功率分配名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -器分为四路：一路放大后作DDS时钟；一路送往频率测量电路作为测频基准；一路则送至AD831与 DDS的输出信号混频，经滤波取上中频放大后作为本振信号。本振信号同样经四功分器分为四路，其中两路作为雷达的本振信号，一路用作检测，一路则送到另一片AD831与雷达发射机耦合来的射频信号进行混频。AD831输出的下中频信号经滤波后送到频率测量电路进行测频，以使单片机根据测量结果改变DDS的输出频率从而实现频率跟踪，保证雷达中频信号频率的稳定。4.1 下混频电路图 4 是 AD83

10、1用于下混频工作时的典型电路。其电源电压应在4.5 5.5V 的范围内。图中用 C1、C2、L1 组成高通滤波网络，以保证射频信号的输入；82pF的电容 CF跨接在IFN、IFP 与 Vp 端作低通滤波器。当本振频率低于 100MHz时，其电平应在-20dBm以保证 AD831安全工作，而在本振频率高于100MHz时，是怦应为-10dBm。在频踪式雷达本振系统中可通过调整图4 中跨接在16、17、18 脚的两个电阻R3、R4的阻值来使中频信号输入端得到1V的峰峰值，并值接经比较器整形为TTL 方波后送往数字测频系统进行频率测量。当本振频率不变时，中频信号的频率变化反映了雷达发射信号的频率变化，

11、而为了使接收机中频频率的稳定，此时只须根据测量结果的调整本振频率，即可实现本振频率跟随发射脉冲频率变化，以及保持中频信号频率稳定，还能很好地解决单级振荡式雷达发射机发射频率漂移的问题。4.2 上混频电路图 5 为 AD831上混频器的应用电路图。将 DDS的输出信号与来自晶振的100MHz信号分别输入到 AD831的 RF端和 LO端，这样可使 DDS芯片产生的射频信号在6MHz 38MHz之间可调，并使相应的上混频输出信号在106MHz 138MHz之间变化。为抑制高次谐波，电路中采用了声表面滤波器组，四个声表面滤波器的中心频率分别为108MHz、113MHz、120MHz和名师资料总结-精

12、品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -131MHz，通频带分别为106MHz 110MHz、110MHz116MHz、116MHz 124MHz和 124MHz 138MHz。通过由单片机控制的射频开关来选择滤波器，使在某一时刻的信号只通过与其频率相对应的滤波器。因声表面波滤波器的插入损耗较大（约18dB），所以对AD831的上混频输出信号要求很高，再加上上混频输出频率也较高，因此，此时电路的上中频频率低于AD831采用单端电压输出时的最大输出频率，仅靠 AD831采用单端电压输出时的最大输出频率，仅靠AD831的片内输出放大器难以满足需要，于是笔者在图5 电路中再外接一级放

13、大，把 AD831的 IFN 脚和 IFP 脚分别接到外接放大器的妙手回相端和反相端，而未使用芯片内的输出放大器。由于采用了声表面滤波器进行滤波，所以，得到的输出信号频谱比较纯净。图中，AD831其余各引脚的连接可参考图4，但 AN、AP脚不可接地，而OUT、VFB和 COM 引脚则应接地。4.3 使用中应用注意的问题在使用 AD831的过程中，曾出现其输出噪声较大时系统不能正常工作的情况，经改进电路板布局重新布线后有一定改善，并将AD831及外围电路装入1mm 厚铜板制作的屏蔽盒中，输入输出全部采有SAM50 接头，电源输入端均加入滤波网络，其结果是输出噪声显著降低，系统工作稳定。因此，合理选择元件、精心布局电路板、有效的电源去耦滤波及可靠的屏蔽对发挥 AD831的性能是十分重要的。AD831的外围电路简单，动态范围大、失真小，且输出方式多，使用灵活方便，是性价比高的混频器。5.参考文献1高如云.通信电子线路(第二版).西安电子科技大学出版社，2002.7 2周选昌.高频电子线路.浙江大学出版社，2006.7 3中国科技金书网名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 7 页 -