电子线路大作业题目：题目：混频的原理与应用混频的原理与应用姓 名 院 系 专 业 年 级 学 号 混频的原理与应用混频的原理与应用摘摘 要：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：关键词：混频器 射频 本振 AD8311 1混频的有关概念混频的有关概念1 11 1 基本概念基本概念混频：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。,() ,()CLCI IcLI LCICffffffffffff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。21 12 2 实现模型实现模型实现模型：1输入信号频谱（调制信号为FminFmax时）：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。2 2AD831AD831 的组成及主要特点的组成及主要特点3 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 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。AD831 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。表表 1 1 AD831AD831 的引脚功能说明的引脚功能说明引 脚名 称功 能引 脚名 称功 能1Vp正电源11LOP本振输入2IFN混频级电流输出12Vp正电源3AN输出放大器负输入端13GND地4GND地14BIAS偏置输入5VN负电源15VN负电源6RFP射频输入16OUT输出放大器输出7RFN射频输入17VFB输出放大器反馈输入8VN负电源18COM输出放器输出公共端9Vp正电源19AP输出放大器正输入端10LON本振输入20IFP混频级电流输出3.3.工作原理工作原理3.13.1 混频原理混频原理图 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 Q3Q6 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，片内的负载电阻可将输出电流转换成电压来驱动输出放大器。3.23.2 控制偏置电流控制偏置电流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。3.33.3 低通滤波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 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。3.43.4 输出放大器的应用输出放大器的应用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。4.4.在频踪式雷达本振在频踪式雷达本振中的应用中的应用图 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。恒温晶振产生的频率稳定度达 10 -9的 100MHz 信号，功率分配器分为四路：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。4.14.1 下混频电路下混频电路图 4 是 AD831 用于下混频工作时的典型电路。其电源电压应在4.55.5V 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，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。4.24.2 上混频电路上混频电路图 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 6MHz38MHz 之间可调，并使相应的上混频输出信号在 106MHz138MHz 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 131MHz，通频带分别为 106MHz110MHz、 110MHz116MHz、116MHz124MHz 和124MHz138MHz。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。 4.34.3 使用中应用注意的问题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。5.5.参考文献参考文献1高如云.通信电子线路(第二版) .西安电子科技大学出版社，2002.72周选昌.高频电子线路.浙江大学出版社，2006.73中国科技金书网