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张沛泓
成绩:
电子与信息工程学院
信息与通信工程系
摘要
混频器是经典的频谱搬移电路,在通信工程和无线电技术中应用非常广泛,在调制系统中,输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。
在解调过程中,接收的已调高频信号也要经过频率的转换,变成对应的中频信号。
特别是在超外差式接收机中,混频器应用较为广泛,如AM广播接收机将已调幅信号535KHZ~1605KHZ要变成为465KHZ中频信号,电视接收机将已调48.5M~870M的图象信号要变成38MHZ的中频图象信号。
移动通信中一次中频和二次中频等。
在发射机中,为了提高发射频率的稳定度,采用多级式发射机。
用一个频率较低石英晶体振荡器做为主振荡器,产生一个频率非常稳定的主振荡信号,然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频,所以必须使用混频电路,又如电视差转机收发频道的转换,卫星通讯中上行、下行频率的变换等,都必须采用混频器。
由此可见,混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。
本文通过MC1496构成的混频器来对接收信号进行频率的转换,变成需要的中频信号。
关键词:
MC496相乘器,选频电路,混频器,仿真
目录
摘要2
1混频器简介及原理1
2模拟乘法器电路4
3电路性能指标的测试6
4结束语8
参考文献8
1混频器简介及原理
混频技术应用的相当广泛,混频器是超外差接收机中的关键部件。
直放式接收机是高频小信号检波,工作频率变化范围大时,工作频率对高频通道的影响比较大(频率越高,放大量越低,反之频率低,增益高),而且对检波性能的影响也较大,灵敏度较低。
采用超外差技术后,将接收信号混频到一固定中频,放大量基本不受接收频率的影响,这样,频段内信号的放大一致性好,灵敏度可以做得很高,选择性也较好。
因为放大功能主要放在中放,因此可以用良好的滤波电路。
采用超外差接收后,调整方便,放大量﹑选择性主要由中频部分决定,且中频较高频信号低,性能指标容易得到满足。
混频器在一些发射设备中也是必不可少的。
在频分多地址信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要地位。
此外,混频器也是许多电子设备、测量仪器(如频率合成器、频谱分析仪等)的重要组成部分。
混频器是频谱线性搬移电路,能够将输入的两路信号进行混频。
具体原理框图如图1所示。
振荡器输出一频率为
=10MHz、幅值0.2V<
<1V的正弦波信号,此信号作为混频器的第一路输入信号;
高频信号源输出一正弦波信号,
=10MHz、幅值
=200mV,此信号作为混频器的第二路信号,将这两路信号作为模拟乘法器的输入进行混频。
选频放大电路则对混频后的信号进行选频、放大,最终输出2MHz的正弦波信号。
图1混频器原理框图
对于混频电路的分析,重点应掌握,一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点,二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法,三是应用电路分析。
混频电路的基本组成模型及主要技术特点:
混频,工程上也称变频,是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程,实质上也是频谱线性搬移过程,完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。
混频电路的组成模型及频谱分析:
图2
图2是混频电路的组成模型,可以看出是由三部分基本单元电路组成。
分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。
当为接收机混频电路时,其中Us(t)是已调高频信号。
Ul(t)是等幅的余弦型信号,而输出则是Ui(t)为中频信号。
混频电路的基本原理:
图3
图3中,Us(t)为输入信号,Uc(t)为本振信号。
Ui(t)输出信号。
分析:
当
时,
则有
=
(1-1)
其中:
对式(1-1)进行三角函数的变换,则有
(1-2)
由式(1-2)可推出,Up(t)含有两个频率分量和为(ψc+ψS),差为(ψC-ψS)。
若选频网络是理想上边带滤波器则输出为:
(1-3)
若选频网络是理想下边带滤波器则输出:
(1-4)
工程上对于超外差式接收机而言,如广播电视接收机则有ψc>
>
ψS.往往混频器的选频网络为下边带滤波器,则输出为差频信号,
为接收机的中频信号。
衡量混频工作性能重要指标是混频跨导。
规定混频跨导的计算公式:
混频跨导g:
输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。
该电路由LC正弦波振荡器﹑高频信号源﹑模拟乘法器以及选频放大电路组成。
LC正弦波振荡器产生的10MHz正弦波与高频信号源所产生的8MHz正弦波通过模拟乘法器进行混频后产生双边带调幅信号。
2模拟乘法器电路
用模拟乘法器实现混频,就是在
端和
端分别加上两个不同频率的信号,相差一中频,再经过带通滤波器取出中频信号,其原理方框图如图6所示:
图3混频原理框图
若
(2-1)
则
(2-2)
经带通滤波器后,取差频得:
(2-2)
其中,
为所需要的中频频率。
由MC1496模拟乘法器构成的混频器电路如图4所示。
LC正弦波振荡器输出的10.245MHz正弦波由10端(X输入端)注入,高频信号源输出的10.7MHz正弦波由一端(Y输入端)输入,混频后的中频电压由6端经
形带通滤波器输出,其中C1﹑L2﹑C5﹑C6构成一选频滤波回路,调节可变电阻Rp能使1﹑4脚直流电位差为零,可以减小输出信号的波形失真,使电路平衡。
在2﹑3脚之间加接电阻,可扩展输入信号
的线性范围。
图4MC1496构成的混频器
图5MC496原理图
3电路性能指标的测试
根据设计方案,应用计算机Multisim软件进行了模拟仿真。
用示波器观察本振信号,波形如图5所示。
图6本振信号波形
用示波器观察调幅波(本机振荡)信号,波形如图6所示。
图7调幅波信号波形图
用示波器观察下变频信号输出波形如图11所示。
图8下变频信号输出波形
结论:
由示波器可观察到相应的波形,仿真值基本满足要求,说明电路各部分均正常工作。
但仿真结果同理论值仍存在一定的误差,需要进一步改善电路的性能,使电路更加精确和抗干扰能力更强。
4结束语
此次课程设计的题目是混频器的设计,主要应用了通信电子线路中三方面内容:
电容三点式振荡电路、模拟乘法器和选频放大电路。
通过查找资料,结合书本中所学的知识,完成了课程设计的内容。
把书中所学的理论知识和具体的实践相结合,有利于我们对课本中所学知识的理解,并加强了我们的动手能力。
在这次的课程设计过程中,我使我发现了很多自身存在的问题,也学习了很多相关知识。
课程设计不光是让我们去“设计”,更重要的是培养我们的能力!
通过本次课程设计使我对通信电子线路又有了进一步的了解,增加了对所学知识的应用。
本次课程设计教会我查阅书籍的重要性,通过翻阅书籍我找到了与我课设题目有关的内容,顺利进行了课程设计,我希望通过更多这样有价值的课设来充实自己。
参考文献
[1]张义芳,冯建华编.高频电子线路[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2012年10月
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- 关 键 词:
- 高频 混频器