下变频器设计

大庆 石 油 学 院

课 程 设 计

课 程 高频电子线路
题 目 下变频器设计
院 系 电子科学学院
专业班级 电信05-1 班
学生姓名 张磊
学生学号 050901140115
指导教师

2009年 3月13日

大庆石油学院课程设计任务书

课程 高频电子线路

题目 下变频器设计

专业电子信息工程姓名张磊学号 050901140115

主要内容、基本要求、主要参考资料等

1、主要内容
根据所提出的基本要求，设计一个下变频器设计。通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，掌握下变频器设计的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。

2、基本要求
设计一个下变频器，主要技术指标为：
(1)设输入信号调制信号频率1000Hz,载波频率10000Hz，电压自定。

(2)变频器本地载波频率15000Hz，电压自定。

3、主要参考资料
[1] 阳昌汉.高频电子线路.哈尔滨：高等教育出版社，2006.

[2]张肃文，陆兆雄.高频电子线路(第三版).北京：高等教育出版社，1993.[3] 谢自美.电子线路设计·实验·测试.武汉：华中科技大学出版社，2000.

[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2002.

完成期限 2009.3.13

指导教师

专业负责人

2009年 3 月6日

第一章下变频器设计方案论证

1.1下变频器的应用意义

在微波频段内，高性能的低噪声接收前端由场效应器件构成。随着对毫米波、亚毫米波频段的开发和应用，人们发现在毫米波频段高端和亚毫米波频段内，三端口场效应器件是难以实现的，在缺少低噪声前端放大器的情况下，接收前端为电阻性二极管构成的下变频器，通常其变频损耗为5～10dB［1］反映系统接收灵敏度的噪声系数性能也就限制在这个水平上。由于二端器件，如变容二极管，很容易在上述频段内实现，为此一些学者提出下变频器的电路模型。由于该参量下变频器具有稳定下变频增益或低变频损耗的优点，因此对提高系统的接收灵敏度有着重要的意义。

1.2下变频器设计的要求及技术指标

1．设计内容：
（1）用EWB仿真，设计一个下变频器
（2）能够观察输入输出波形。

（3）比较载波频率的关系。

2．设计参数：
（1）设输入信号调制信号频率1000Hz,载波频率10000Hz，电压自定。（2）变频器本地载波频率15000Hz，电压自定。

1.3设计方案论证

根据要求，该电路控制首先把高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率。这种频率变换通常是将已调高频信号的载波频率从高频变为中频，同时必须保持其调制规律不变。具有这种作用的电路称为混频电路或变频电路，亦称混频器或变频器。输入高频调幅波vs的载频范围为1.7-6MHz,与本振等幅波v0的频率范围为2.165-6.465MHz,经混频后，输出

频率为（2.165-6.465）MHz-(1.7-6)MHz=0.465MHz的中频调幅波vi。输出的中频调幅波与

输入的高频调幅波的调制规律完全相同。亦即产生了频谱搬移。

在实际应用中也可能将高频信号变为频率更高但固定的高中频信号。这时，同样只是把已调高频信号的载波频率变为更高的高中频，但调制规律保持不变。在频谱上也只是把已调波的频谱从高频位置移到高中频位置，各频谱分量的相对大小和相互间距离并不发生变化。输出的高中频可以取本振信号频率与输入信号频率的差频，也可以取它们的和频。

基于参量下变频器的小信号等效电路模型，推导了下变频器信号输入回路和中频输出回路的端口阻抗，以及变频增益的公式。虽然这些公式是难于直接地应用于电路设计，但它们直观地揭示了该参量下变频器工作的基本原理，并导出了电路稳定的实现条件和设计的若干准则。

本文是这样组织的，在基本理论一节，我们给出了下变频器基本的理论公式，并总结了若干重要的结论。在设计内容中用EWB仿真，设计一个下变频器，并能够观察输入输出波形，比较载波频率的关系，最后得出仿真图形。

1.4总体设计方案框图

Vs

混频器

V

Zi

i

Vo

图1下变频器主要构成方框图

第二章下变频器电路基本理论

2．1基本理论

下变频器小信号线性模型的电路原理如图1所示。

1

fs
s

fi Zi

fo Zo

图1小信号线性模型的电路原理图

由于源信号为大信号，故图1略去了泵源回路，在泵源的激励下，变容二极管等效为

一个时变电容C（t）串联，Ls为引线电感，Rs为串联电阻，如图2所示。

图2变容二极管等效电路图
在图2中的时变电容是由角频率为ωp的泵源激励变容二极管产生的，可表示[4]

C )



C o

 r n n

e

jnw

p

t

（1）

（1）式中的Co为变容二极管静态下的电容。由此可写出方程（2）

2



j

1



j

r 1



j

r 2



V i  V *







i C

0

0

C

0

s

C

0





I

*

 

(2)

j

r 1



j

1



j

r 1

i

I

o  V s





i C

0

0

C

0

s

C

0





I

0

  

I

j

r 2



j

r 1



j

1

s



i C

0

0

C

0

s

C

0



ωs＝ωp＋ω0，ωi＝ωp－ω0．考虑外电路的接入，可得到如下的方程

(3)方程（3）的解是非常复杂的，在规定如下的调谐条件时，可以得到有意义的解：

R e

i z 0



Z

ir

,

,



i L

  

,

R e



Z

0

r

ImZ

i







1

0

i C

s

.

（4）

ImZ

0







1





L

 

0

C

0

0

s

 

由方程（3）和方程（4）可推出四个重要的参数：（1）信号回路的输入阻抗。

（2）中频回路的输出阻抗。

Z



r 1 2

Q i

Q

0

 

Q 1



1



j

2

r

Q





Z

R



out

1



r 2 2

Q i

Q 0



Q 0

 

2

S



0

r

s

（6）

（3）闲频回路的输入阻抗。

3

（4）变频增益。

G



0

r 1 2

Q i

Q 0

1



r 2 2

Q i 2

t

s

1



r 1 2

Q i

Q 0

1





r 2



2

Q i

（8）



r 1

Q 0

由此可以得出下面的分析结论：
（1）二阶电弹对参量下变频器性能的影响。在上面的分析中，我们考虑了二阶电弹分量，它对参量下变频器的性能改善有很大地影响，如果只考虑一阶电弹分量，方程（7）和（8）为：

的，在输入回路很容易出现负阻。二阶电弹的引入，在（5）式中，相当于引入了一个零点，对（8）式来说，相当于引入一个极点，它对变频增益的提高是有贡献的。

（2）回路Q值的选择。从上面的表达式看到，发挥二阶电弹分量的作用，依赖于回路Q值的选择，当变容二极管选定后，通过调节激励参数就可以控制增益，例如对一线性

6．2dB．为了使电路稳定，还需要选定适当的Q值，由上面的公式看到，要维持输入回路的正阻特性，需要

r 21 Q i

Q 0



1

． （11）

通常Qi＞Q2，要维持中频回路稳定，需要满足的条件是

r 1 2 Q i Q 0   Q 1 1  r 2 2 Q i Q 0   Q 0 

 1





1

（12）

4

由于Qi与Qs总是比较接近的，因此在（10）式成立时闲频回路总是可以满足回路总阻抗的实部大于零的稳定条件。

第三章下变频器电路设计

3．1滤波器设计

设计如附录图。

3．2振荡器电路设计

C2,C3,C4,C5和L1组成振荡回路.Q1的集成电极直流负载为R3,偏置电路由R1,R2,W和R4构成,改变W可改变Q1的静态工作点.静态电流的选择既要保证振荡器处于截至平衡也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益.Q2与R6,R8组成,起隔离作用.振荡器的交流负载实验电阻为R5,R7的作用是为了用频率计测量振荡器工作频率时不影响电路的正常工作.电路图如附录。

3.3下变频器设计
下变频器是由一个振荡器和一个已调高频信号的载波频率通过乘法器再经过一个滤波器得出.图附录.

3.4电路仿真实现
由于电弹参数主要受泵源电平控制，由上面的理论分析看出，参量下变频器的工作状态：变频损耗、低变频损耗和变频增益状态，将随着泵源激励电平的增加，一一呈现。

按空格键将开关连接到两个正弦交流信号源上。双击连接示波器输入的导线，将两个通道的输入导线设置成不同的眼色以便于波形的观察。打开示波器面板，启动电路仿真 振荡器
开关，这时在示波器上可以看到两个波形（下图）。设输入信号调制信号频率1000Hz,载波频率10000Hz，变频器本地载波频率15000Hz.

输入端

5

第四章设计总结

通过这次对下变频器的设计，也让我充分了解了关于高频电子子原理与设计理念了解了下变频器的原理，加深对所学知识的了解和认识、以及知识迁移的能力。而且通过下变频器的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为电路本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

原理，我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、

以及如何检测电路的方法。这样会有助于我们进一步的进入状况，完成设计。

参考文献

[1]阳昌汉.高频电子线路.哈尔滨：高等教育出版社，2006.

[2]张肃文，陆兆雄.高频电子线路(第三版).北京：高等教育出版社，1993.

[3]谢自美.电子线路设计·实验·测试.武汉：华中科技大学出版社，2000.

[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2002.

［5］微波滤波器阻抗匹配网络与耦合结构［M］．上海：科技情报通讯编译室，1972：418－422

6

附录
滤波器电路原理图

下变频器电路原理图

振荡器电路图

7

8

大庆石油学院课程设计成绩评价表

指导教师： 2009年3月16日

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