变频式射频密码锁控制软件混频器设计论文(编辑修改稿)

变频式射频密码锁控制软件混频器设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

生一个具有低相位抖动时钟信号，频率在 10100M 可调。 第三组： 构建一个混频电路，工作带宽分别 30M。 第四组： 设计调制、解调电路模块。 各个小组协同工作，共同完成射频电子密码锁的设计。 10 我们组设计的是混频器模块，顾名思义，混频器是将信号频率由一个量值变换为另一个量值 的过程。 具有这种功 能的电路称 为混频器 （或混频器）。 一般用混频器产生中频信号： 混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频， cosα cosβ =[cos(α +β )+cos(α β )]/2。 其中α为信号频率量，β为本振频率量，产生和差频。 当混频的频率等于中频时，这个信号可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。 检波后的信号被视频放大器进 行放大，然后显示出来。 由于本振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。 当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时，屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度，将不同频率上信号的幅度记录下来，就得到了被测信号的频谱。 在射频电子密码锁中，我们的混频器模块承接第二组的信号发生器，对其输出的调制信号进行混频，输出到中频放大器，用于信号解调。 研究背景 混频器是微波集成器件中必不可少的部件，在微波通信、雷达、遥控、遥感、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 到中低频进行处理。 经过混频后得到的中频信号比原始信号高，那么此种混频方式叫做上变频。 由于变频获得的中频频率较高，所以对接收机中中频放大、滤波、解调都提出了更高要求，使整个接收机成本较高。 上变频可获得极高的抗镜像干扰能力，且可获得整个频段内非常平坦的频率响应。 综合以上因素，使这种变频方式通常只有军用等特殊场合（如军用电台）得到广泛应用，但在民用级产品中极少见到。 图一：上变频原理示意 11 在超外差式接收机中，如果经过 混频 后得到的中频信号比原始信号低，那么此种混频方式叫做下变频。 由于下变频方式的电路简单，成本较低，所以被广泛应用于民用设备和对性能要求不高的军用设备中。 下变频的目的是为了降低信号的载波频率或是直接去除载波频率得到基带信号。 下变频方式最大的缺点是对 镜像干扰 的抑制能力较差。 图二：下变频原理示意 国内外研究现状 接收机的关键部件之一是晶体检波器或二极管混频器， edwin armstrong 首次采用真空管作为混频器，将入射的频率变为中频，再经过很好的选择性信号放大或检波。 二战期间，伴随着雷达的发展，微波混频器有了进一步的发展，直到上世纪 50 年代末，系统噪声系数才可以达到 7dB。 从微波到毫米波频率范围内，接收机灵敏度和动态范围在很大程度上仍然要靠混频器。 目前 ，国内外许多科研工作者对混频器的理论分析和工程应用都做了大量的 研究，研制了各种结构和形式的混频器 .而且其中很多取得了不错的指标。 国外 的研究起步早 .工艺也较为先进 .射频微波混频器主要为 MMIC 电路 .性能也较 为优良。 国外研究动态 1994 年， JcanM arc Mourant 等人，设计了 6I8GHz 超宽带镜像抑制混频器 . 其中的无源器件是根据当时最新的研究资料 .采用平面小型化结构 .LO 和 RF 工 作频段为 9dB. 12 1995 年 HwannKaco 等人采用缺陷地非对称共面波导到共面带线过渡结构 . 设计了超宽带巴伦，工作频率可到 16dB:采用硅肖特基 二极管，设计了工作频率可以达到 40GHz 的双平衡混频器 .本振 LO 到中频 IF 端 口的隔离度大于 LO到射频 RF 端口的隔离度大于 于 11dB。 1998 年 ShauGang Mao 等人采用共面波导 (CPW)到共面带线 (CPS)过度 巴伦结构，同时采用了 CPS 高通滤波器和低通滤波结构 .井且论文中提出了等效 电路模型。 变频损耗小于 10dB. LOIF 的隔离度大于 30dB. LORF 的隔离度大于 LO 工作频带为 10GHz35GHz，中频工作频带为 . 20xx 年 YoungGun Kim 等人 .采用微带到共面带线（ CPS)过渡巴伦结构 . 设计了可以从 DC 到 40GHz 的超宽带巴伦。 他们采用此结构设计了超宽带双平衡 混频器， LO 和 RF 的工作频率在 426GHZ 范围内，中频 IF 在 1GHz 以下，变频损 耗在 10dB 以下 .此平面结构为二极管的安装带来了方便。 国内研究动态 国 内相关技术发展比国外晚 .由于受到加工工艺及集成技术水平的限制 .国 内这方而的报道大部分采用混合集成电路 .井且很多都是单独做的双平衡混频器 . 或者镜像抑制混频器 .将二者结合起来的比较少。 20xx 年 .ChiYang Chang 等人 .采用共面波导 (CPW)到共面带线 (CPS) T 型结过渡的双巴伦结构 .设计了平面双平衡星形混频器。 此平面结构适合 MMIC设计，设计的 MMIC 变频损耗在通带内为 610dB。 20xx 年电子科技大学物理电子学院魏萍等人，采用了双面微带渐近线巴伦结 构，研究设计了双双 平衡超宽带微波混频器，射频 RF 和本振 LO 工作频段为 IF 为 LO 到射倾 RF 端口的隔 离度大于 LO 到中频 IF端口的隔离度大于 17dB。 . 20xx 年电子科技大学电子工程学院电磁场与微波技术专业宣扬采用鳍线结 构，研究设计了“ w 波段宽带混频器” .工作频率在 75105GHZ 范困内 .变频损耗 小于 9dB，本振 LO到射频 RF 端口的隔离度大于 25dB。 13 20xx年东南大学毫米波国家重点实验室王彦炜等人 .采用半模 SIW巴伦设计 了 X 波段双平衡混频器 .经测试 .在 的频率范闹内，变频损耗小于9dB. 噪声系数小于 60mm X 68mm. 20xx 年 .Fan Fan He 等人采用平而 S1W 结构的魔 T结构 .设计了工作在 X 波段的单平衡混频器 .变频损耗在 10dB 以下。 研究方法 设计混频电路，并测试其参数。 混频器的主要参数如下： （ 1）噪声系数：混频器的噪声定义为： NF=Pno/Pso Pno 是当输入端口噪声温度在所有频率上都是标准温度即 T0=290K 时，传输到输出端口的总噪声资用功率。 Pno 主要包括信号源热噪声，内部损耗电阻热噪声，混频器件电流散弹噪声及本振相位噪声。 Pso 为仅有有用信号输入在输出端产生的噪声资用功率。 （ 2）变频损耗：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） 1dB 压缩点：在正常工作情况下，射频输入电平远低于本振电平，此时中频输出将随射频输入线性变化，当射频电平增加到一定程度时，中频输出随射频输入增加的速度减慢，混频器出现饱和。 当中频输出偏离线性 1dB 时的射频输 入功率为混频器的 1dB 压缩点。 对于结构相同的混频器， 1dB 压缩点取决于本振功率大小和二极管特性，一般比本振功率低 6dB。 （ 4）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。 （ 5）双音三阶交调：如果有两个频率相近的微波信号 fs1 和 fs2 和本振 fLO 一起输入到混频器，由于混频器的非线性作用，将产生交调，其中三阶交调可能出现在输出中频附近的地方，落入中频通带以内，造成干扰，通常用三阶交调抑制比来描述，即有 用信号功率与三阶交调信号功率比值，常表示为 dBc。 因中频功率随输入功率成正比，当微波输入信号减小 1dB 时，三阶交调信号抑制比增加 14 2dB。 （ 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）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）。 （ 8）端口驻波比：端口驻波直接影响混频器在 系统中的使用，它是一个随功率、频率变化的参数。 （ 9）中频剩余直流偏差电压：当混频器作鉴相器时，只有一个输入时，输出应为零。 但由于混频管配对不理想或巴伦不平衡等原因，将在中频输出一个直流电压，即中频剩余直流偏差电压。 这一剩余直流偏差电压将影响鉴相精度。 设计流程 multisim 仿真 利用 EDA 仿真软件 multisim 对设计的混频电路进行仿真，通过对波形的观测，确定混频电路的设计是否能够满足要求。 Altium Designer 绘制 PCB 板 利用 Altium Designer 将原理图绘制成 PCB 板，并检测其电器特性，生成网格报表。 腐蚀电路板 将 Altium Designer 绘制好的电流图热转印。