混频器的噪声系数测试
混频器的噪声系数测试
安捷伦科技应用工程师余弦
安捷伦科技高级应用工程师顾宏亮
问题来源
在采用噪声系数表或者频谱仪的噪声系数选件进行下变频器噪声系数测试时，被测件设置（DUT setup）中的一个参数sideband常常使人感到迷惑，究竟LSB，USB和DSB各自是什么含义，测试结果之间存在什么关系呢？本文将通过原理和实例来详细阐述这一点。
背景介绍
通信系统中的噪声会影响到微弱信号的传输。系统参数中的灵敏度，误码率和噪声系数反映了该系统处理微弱信号的能力。与其它两者相比，噪声系数的优点在于它不仅可以表征一个完整的系统，还能够表征单个的射频元件，包括LNA，混频器等等。设计者可以通过规划单个元件的增益和噪声系数来控制整个系统的噪声系数。因此，元器件的噪声系数测试是系统设计中经常碰到的一项测试。通常情况下，我们采用噪声系数表或者频谱分析仪的噪声系数选件进行测试。这两者的原理和操作界面几乎一致。在本文中，以MXA的噪声系数选件为例。
在元器件的噪声系数测试中，下变频器是一项难点，设输入信号为F in，本振信号为F LO，则输出信号会存在四个分量：F in-F LO，F LO-F in，F in（输入信号泄漏），F LO（本振泄漏），因此，两个频段的输入信号和LO混频都可以得到同一个输出F out，这就是通常所说的镜像。在实际系统中，混频器前端有滤波器和低噪放等元件限制镜像频率，而在单个元件的测试中，却不一定有相关的设备。噪声源是一个宽带的激励信号，若不加滤波器就直接连到混频器输入端，必然会有镜像频率的响应叠加到输出信号中，使测试结果存在偏差。因此，我们需要了解仪表测试的原理及设置参数的含义，从而分析测试结果，修正镜像频率带来的偏差，得出正确的噪声系数。
测试原理
噪声系数测试中DUT setup界面如下：
首先选择DUT为下变频器（Downconv），频率关系中，IF代表输出，RF代表输入。然后选择对应的边带sideband，LSB和USB分别表示低边带和高边带，统称SSB（单边带），DSB表示双边带。不同的变频器，可选择的边带不同，对于上变频器来说，只有LSB和USB两种选择：
LSB：RF=LO-IF；
USB：RF=IF-LO
对于下变频器来说，可以选择LSB，USB和DSB：
LSB：RF=LO-IF；
USB：RF=IF-LO；
DSB：RF LSB和RF USB混频得到的IF的叠加。如下图所示：
通常的噪声系数测试，都是把噪声源直接接到被测件的输入端，被测件输出端接到测试仪表的RF input。由于噪声源产生的是一个宽带白噪声信号，会覆盖包括IF，LO，RF在内的整个频段，一般混频器RF，LO到IF都有隔离，所以输入信号和本振泄露不会给测试带来太大的影响，但是RF LSB和RF USB混频得到的IF频率相同，功率接近，如果不考虑这部分影响，可能会使得测试结果与预期相差一倍。
怎样判断当前所作的是SSB还是DSB呢？这是由被测混频器决定的。如果被测混频器
的输入端有滤波器，或者说，它的频率选择性很好，只有单个边带的输入会产生IF输出，此时的测试模式为SSB。如果被测件的带宽较宽，会覆盖RF LSB和RF USB，这时的测试为DSB。
我们在测试中经常碰到的问题就是，被测件的带宽会覆盖RF LSB和RF USB，但是实际工作却是SSB模式，如果要得到最精确的测试结果，就需要在被测件和噪声源之间加上单边带滤波器，然后进行SSB测试，配置框图如下：
如果要对它作DSB的测试，就可以拿掉滤波器，直接将噪声源接到被测件输入端，配置框图如下：
可以看到，DSB的测试配置比SSB要简单得多，如果能够根据DSB测试结果推算出SSB 结果，就可以省去滤波器带来的麻烦，因为在测试时我们不一定有这个滤波器，而且当IF 较低时，RF LSB和RF USB非常接近，要进行滤除也比较困难。
那么，DSB和SSB的测试结果之间存在什么样的关系呢？下面我们将依据测试原理进行分析。以下的分析有一个前提：被测件在整个带宽之内的响应是平坦的。
频谱仪/噪声系数表测试噪声系数的原理都是Y系数法，如下图所示：
噪声源给出冷态/热态噪声（T c ，T h ），分别测试被测件在两种状态下的噪声功率输出（N 1，N 2），得到上图所示直线，直线的斜率为被测件增益，Na 为被测件产生的噪声。
我们一般认为噪声是平稳分布的，噪声功率与占用带宽成正比，即N=K*T*B ，对于DSB 来说，由于两个RF 频段同时混频得到IF ，等效带宽为SSB 的两倍，因此，DSB 获得的噪声功率输出为SSB 的两倍，由Y 系数法原理可知，采用DSB 配置得到的被测件增益将会是SSB 的两倍。
下面我们从信噪比（SNR ）的角度来分析DSB 和SSB 的噪声系数，其定义如下：
o
o i i N S N S NF = DSB 和SSB 的输入SNR 是相同的，取决于噪声源。但是SSB 的输出SNR 要比DSB 差，因为SSB 的输入信号经过了滤波，只有一个边带会得到输出信号，而输出噪声却包含了两个边带的贡献（滤波器无法滤除噪声），与DSB 相同。所以SSB 的输出SNR 近似为DSB 的一半，代入上面的公式可得，DSB 的噪声系数为SSB 的1/2。
由上面的分析可知，DSB 和SSB 的结果存在固定的关系。我们可以在DSB 配置下进行测试，然后做如下修正，得出真实工作情况（SSB ）下的噪声系数和增益：
? 将增益减去3dB
? 将噪声系数加上3dB
以上修正可以通过在测试仪表中设置输入损耗补偿为-3dB ，补偿温度为常温（Tc ）后，由仪表自动执行，此时，仪表显示的结果即为SSB 的结果。
测试实例
为了给前面的分析加以验证，我们以一个宽带混频器作为被测件进行了实测。
被测件： Mixer ，Mini-Circuits ZFM-11，1-2000MHz
抗混叠滤波器： Low Pass Filter ，Mini-Circuits SLP-1200，截止频点1200MHz
测试仪表： MXA ，Noise Figure Personality
(a) Mixer (b) LPF
混频器参数设置如下：
LO ：1.4GHz ，3.5dBm
IF ： 400MHz~420MHz
RF ：980MHz~1000MHz （LSB ），1800MHz~1820MHz （USB ）
用网络仪测试混频器变频损耗如下，两根曲线分别表示LSB 和USB 的变频损耗，可以看出，两者是比较接近的：
DSB测试结果如下图：
SSB（LSB）测试结果如下：
实测结果和理论分析比较吻合。在MXA中设置-3dB损耗补偿：
结论及注意事项
从以上原理分析及测试实例可知，如果下变频器在RF LSB和RF USB频段的传输特性一致，完全可以用DSB测试的结果来分析得到SSB情况即真实工作情况下的器件特性。有一点需要特别点明，对于测试环境来说，DSB和SSB唯一的区别在于SSB多了一个滤波器，如果不加这个滤波器而仅仅在测试仪表里选择SSB是没有意义的，测试仪表接收到的还是两个边带同时变换到中频得出的信号，即DSB的结果。
另外，若RF LSB和RF USB不一致，则两者的噪声系数和增益并不存在两倍的关系，用3dB 修正的方法会引入较大的误差。因此，测试方法要根据被测件的实际特性和所需的测试精度
来进行合理的选择。
平衡混频器设计
应用ADS 设计混频器 1． 概述 图1为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用3dB 分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2为隔离臂，1到3、4端口以及从2到3、4端口都是功率平分而相位差90°。 图1 设射频信号和本振分别从隔离臂1、2端口加入时，初相位都是0°，考虑到传输相同的路径不影响相对相位关系。通过定向耦合器，加到D1，D2上的信号和本振电压分别为： D1上电压 ) 2cos(1π ω- =t V v s s s 1-1 )cos(1πω-=t V v L L L 1-2 D2上电压 )cos(2t V v s s s ω= 1-3 )2cos(2π ω+ =t V v L L L 1-4 可见，信号和本振都分别以2 π 相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为 2 π 型平衡混频器。由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压的相位差，可以得到D1中混频电流为：
∑∑ ∞-∞ =∞ -+- = m n L s m n t jn t jm I t i ,,1)]()2 (exp[)(πωπ ω 同样，D2式中的混频器的电流为： ∑∑∞ -∞ =∞ + += m n L s m n t jn t jm I t i ,,2)]2 ()(exp[)(π ωω 当1,1±=±=n m 时，利用1,11,1-++-=I I 的关系，可以求出中频电流为： ]2 )cos[(41,1π ωω+ -=+-t I i L s IF 主要的技术指标有： 1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数)； 2、变频增益，中频输出和射频输入的比较； 3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围； 4、双频三阶交调与线性度； 5、工作频率； 6、隔离度； 7、本振功率与工作点。 设计目标：射频：3.6 GHz ，本振：3.8 GHz ，噪音：<15。 2.具体设计过程 2.1创建一个新项目 ◇ 启动ADS ◇ 选择Main windows ◇ 菜单－File －New Project ，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名 ◇ 点击“ok ”这样就创建了一个新项目。 ◇ 点击 ，新建一个电路原理图窗口，开始设计混频器。
实验三集成混频器研究通信电路与系统实验
实验三 集成混频器的实验研究 一、实验目的 1．了解集成乘积混频器的工作原理及典型电路。 2．了解本振电压幅度和模拟乘法器的偏置电流对混频增益的影响。 3．学习利用直流负反馈改善集成混频器动态工作范围的方法。 4．观察混频器寄生通道干扰现象。 二、实验原理 当本振电压u L 和信号电压u s 皆为小信号(U Lm <<26mV ，U sm <<26mV)时，模拟乘法器的输出电压可表示为[1][4] []t t U U kT q R I u s L s L sm Lm L o )cos()cos(42 0ωωωω++-?? ? ??≈ (2-15) 式中，R L 为负载电阻，I 0为恒流源电流。 当u L 为大信号、u s 为小信号(U Lm 约为100～200mV ，U sm <<26mV)时，模拟乘法器的输出电压是多谐波的，可表示为[1][4] []2 01sin 2cos()cos()22 L o Lm sm L s L s n n I R q u U U t t n kT πωωωωπ∞ =?? ? ??≈?-++ ? ??? ??? ∑ (2-16) 其中最低的一组频率分量(n=1)为 []2 00.637cos()cos()2L o Lm sm L s L s I R q u U U t t kT ωωωω?? ≈-++ ??? (2-17) 式中，相乘因子较Lm u 为小信号时增大。 由上述讨论可知，若模拟乘法器输出端接有带通滤波器，也就是说接有中频为)(S L I ωωω-=的滤波网络作为负载，可取出所需的差频分量来实现混频。 三、实验电路说明 集成混频器的实验电路如图2-7所示。图中，晶体管VT 1与电容C 1、C 2、C 3、C 4及 L 1构成改进型电容三点式振荡电路，作为本地振荡器。晶体管VT 2和VT 3分别构成两级射随器起缓冲隔离作用。本振电压u L 从P1端口馈入，信号电压u s 从P2端口馈入。中频滤波网络为L 2、C 13、C 14构成的并联回路。VT4为缓冲隔离级。 在图2-7所示实验电路中，中频回路调谐于2MHz ，模拟乘法器及其外接元件的作用与前一个实验中的情况相似，只是R w4代替了接在MC1496P 引脚2和引脚3之间的固定反馈电阻R E 。电位器R w5用来调节乘法器的偏置电流I 5。另外，图中的P4端口是由中频回路副方输出的中频电压u I 。 四、实验仪器及设备 1．直流稳压电源 SS3323型 1台 2．数字示波器 DSO-X2012A 型 1台 3．高频信号发生器 TFG6080型 1台 4．数字万用表 DT9202型 1块 5．实验电路板 1块
噪声系数的含义和测量方法
噪声系数的含义和测量方法 噪声系数的含义 噪声系数是用来描述一个系统中出现的过多的噪声量的品质因数。把噪声系数降低到最小的程度可以减小噪声对系统造成的影响。在日常生活中，我们可以看到噪声会降低电视画面的质量，也会使无线通信的话音质量 变差;在诸如雷达等的军用设备中，噪声会限制系统的有效作用范围;在数字通信系统中，噪声则会增加系统的误码率。电子设备的系统设计人员总是在尽最大努力使整个系统的信噪比(SNR)达到最优化的程度，为了达到这个目的，可以用把信号提高的办法，也可以用把噪声降低的办法。在像雷达这样的发射接受系统中，提高信噪比的一种方法是用更大的大功率放大器来提高发射信号的功率，或使用大口径天线。降低在发射机和接收机之间信号传输路径上对信号的衰耗也可以提高信噪比，但是信号在传输路径上的衰耗大都是由工作环境所决定的，系统设计人员控制不了这方面的因素。还可以通过降低由接收机产生的噪声—通常这都是由接收机前端的低噪声放大器(LNA)的质量决定的—来提高信噪比。与使用提高发射机功率的方法相比，降低接收机的噪声(以及让接受机的噪声系数的指标更好)的方法会更容易和便宜一些。 噪声系数的定义是很简单和直观的。一个电子系统的噪声因子(F)的定义是系统输入信号的信噪比除以系统输出信号的信噪比: F=(Si/Ni)/(So/No) Si=输入信号的功率 So=输出信号的功率 Ni=输入噪声功率 No=输出噪声功率 把噪声因子用分贝(dB)来表示就是噪声系数(NF)，NF=10*log(F)。 这个对噪声系数的定义对任何电子网络都是正确的，包括那些可以把在一个频率上的输
入信号变换为另外一个频率的信号再输出的电子网络，例如上变频器或下变频器。 为了更好地理解噪声系数的定义，我们来看看放大器的例子。放大器的输出信号的功率等于放大器输入信号的功率乘以放大器的增益，如果这个放大器是一个很理想的器件的话，其输出端口上噪声信号的功率也应该等于输入端口上噪声信号的功率乘以放大器的增益，结果是在放大器的输入端口和输出端口上信号的信噪比是相同的。然而，实际情况是任何放大器输出信号的噪声功率都比输入信号的噪声功率乘以放大器的增益所得到的结果大，也就是说放大器输出端口上的信噪比要比输入端口上的信噪比小，即噪声因子F要大于1，或者说噪声系数NF要大于0dB。 在测量并比较噪声系数的测量结果时，非常重要的是要注意我们在测量的过程中是假定测量系统能够在被测器件(DUT)的输入端口和输出端口上提供非常完美的50Ω的负载条件。可是在实际测量中，这样完美的条件永远不会存在。稍后我们会讨论如果测量系统不是很完美的50Ω系统会对噪声系数的测量精度造成怎样的影响。同时，我们也会看到各种校准和测量方法是怎么克服因为不是很完美的50Ω的源匹配而造成的测量误差的。 图1器件对信号的处理过程 另一种用来表达由一个放大器或系统引入的附加噪声的术语是有效输入温度(Te)。为了理解这个参数，我们需要先看一下无源负载所产生的噪声的量的表达方式—kTB，其中k 是玻尔兹曼常数，T是以开尔文为单位的负载的温度，B是系统带宽。因为在某个给定的带宽内，器件产生的噪声和温度是成正比的，所以，一个器件所产生的噪声的量可以表示为带
发动机振动测试技术研究
硕士研究生课程论文 发动机振动测试系统研究 任课教师：XXX 学生姓名：XXX 年级：2013级 学生编号： 专业：车辆工程 时间：2014年1月10日 发动机振动测试系统研究 摘要：发动机振动是影响汽车性能的重要因素，会严重影响汽车的平顺性以及其
他性能。因此对发动机振动的测试、信号处理以及分析是发动机测试中十分重要的环节。本文简述了发动机振动测试的意义，对发动机测试的方法、信号采集与分析的基本理论和测试系统的基本组成做了简要介绍。 关键词：发动机振动；振动测试；测试系统 Study on Engine Vibration Test System Abstract: The vehicle vibration is the important factor which influences vehicle functions and this kind of vibration will seriously influence the performances and functions of the whole vehicle. So, vehicle vibration measurement, signal processing and analysis is a very important part.The significance of engine vibration test, basic theory of acquisition and analysis methods of the engine test signals and the constitute of the test system is introduced briefly in this thesis. Key words:engine vibration；vibration test；test system
混频仿真
通信电子线路实验 实验名称：混频器仿真 混频器的作用是在保持已调信号的调制规律不变的前提下，使信号的载波频率升高（上变频）或下降（下变频）到另一个频率。 一、晶体管混频器电路仿真 本实验电路为AM调幅收音机的晶体管混频电路，它由晶体管、输入信号源V1、本振信号源V2、输出回路和馈电电路等组成，中频输出465KHz的AM波。 电路特点：（1）输入回路工作在输入信号的载波频率上，而输出回路则工作在中频频率（即LC选频回路的固有谐振频率fi）。（2）输入信号幅度很小，在在输入信号的动态范围内，晶体管近似为线性工作。（3）本振信号与基极偏压Eb共同构成时变工作点。由于晶体管工作在线性时变状态，存在随U L周期变化的时变跨导g m(t)。 工作原理：输入信号与时变跨导的乘积中包含有本振与输入载波的差频项，用带通滤波器取出该项，即获得混频输出。 在混频器中，变频跨导的大小与晶体管的静态工作点、本振信号的幅度有关，通常为了使混频器的变频跨导最大（进而使变频增益最大），总是将晶体管的工作点确定在：U L=50~200mV，I EQ=0.3~1mA，而且，此时对应混频器噪声系数最小。 1、直流工作点分析 使用仿真软件中的“直流工作点分析”，测试放大器的静态直流工作点。 注：“直流工作点分析”仿真时，要将V1去掉，否则得不到正确结果。因为V1与晶体管基极之间无隔直流回路，晶体管的基极工作点受V1影响。若在V1与Q1之间有隔直流电容，则仿真时可不考虑V1的存在。 2、混频器输出信号“傅里叶分析”
选取电路节点8作为输出端，对输出信号进行“傅里叶分析”，参数设置为： 基频5KHz，谐波数为120，采用终止时间为0.001S，线性纵坐标请对测试结果进行分析。在图中指出465KHz中频信号频谱点及其它谐波成分。 注：傅里叶分析参数选取原则：频谱横坐标有效范围=基频×谐波数，所以这里须进行简单估算，确定各参数取值。 分析：图中最高频谱点在465KHZ的中频信号成分，同时电路中还有较弱的其他谐波成分。 二、模拟乘法器混频电路 模拟乘法器能够实现两个信号相乘，在其输出中会出现混频所要求的差频（ωL-ωC），然后利用滤波器取出该频率分量，即完成混频。 与晶体管混频器相比，模拟乘法器混频的优点是：输出电流频谱较纯，可以减少接收系统的干扰；允许动态范围较大的信号输入，有利于减少交调、互调干扰。 1、混频输入输出波形测试 在仿真软件中构建如下模拟乘法器混频电路，启动仿真，观察示波器显示波形，分析实验结果。
噪声系数测量手册1：噪声系数定义及测试方法
噪声系数测量手册 Part 1. 噪声系数定义及测试方法 安捷伦科技：顾宏亮一.噪声系数定义 最常见的噪声系数定义是：输入信噪比/ 输出信噪比。它是衡量设备本身噪声品质的重要参数,它反映的是信号经过系统后信噪比恶化的程度。噪声系数是一个大于1的数，也就是说信号经过系统后信噪比是恶化了。噪声系数是射频电路的关键指标之一，它决定了接收机的灵敏度，影响着模拟通信系统的信噪比和数字通信系统的误码率。无线通信和卫星通信的快速发展对器件、子系统和系统的噪声性能要求越来越高。 输入信噪比SNR input=P i/N i 输出信噪比SNR output=P o/N o 噪声系数F =SNR input/SNR output通常用dB来表示NF= 10Log(F) 假设放大器是理想的线性网络，内部不产生任何噪声。那么对于该放大器来说,输出的功率Po以及输出的噪声No 分别等于Pi * Gain以及Ni*Gain。这样噪声系数=(Pi/Ni)/(Po/No)=1。但是现实中，任何放大器的噪声功率输出不仅仅有输入端噪声的放大输出，还有内部自身的噪声(Na)输出，下图为线性双端口网络的图示。 双端口网络噪声系数分析框图 Vs: 信号源电动势Rs: 信号源内阻
Ri: 双端口网络输入阻抗R L: 负载阻抗 Ni: 输入噪声功率Pi: 输入信号功率 No: 输出噪声功率Po: 输出信号功率 Vn: 该信号源内阻Rs的等效噪声电压Ro: 双端口网络输出阻抗 输出噪声功率: N o = N i * Gain + N a ; P o=P i * Gain 噪声系数= (P i * N o)/(N i* P o) = (N i * Gain + N a) /(N i * Gain)= 1 + Na/(N i * Gain) > 1 根据IEEE的噪声系数定义:The noise factor, at a specified input frequency, is defined as the ratio of (1) the total noise power per unit bandwidth available at the output port when noise temperature of the input termination is standard (290 K) to (2) that portion of (1) engendered at the input frequency by the input termination.” a.输入噪声被定义成负载在温度为290K下产生的噪声。 b.输入噪声功率为资用功率，也就是该负载(termination)能产生的最大功率。 c.假定了被测件和负载阻抗互为共轭关系. 如果被测件是放大器，并且噪声源阻抗为50ohm,那么假定了 该放大器的输入阻抗为50ohm。 综合上述的结论，我们可以这样理解噪声系数的定义:当输入噪声功率为290K温度下的负载所产生的最大功率情况下，输入信噪比和输出信噪比的比值。 资用功率指的是信号源能输出的最大功率,也可以称为额定功率。 信号源输出框图 只有当源的内阻和负载相等(复数互为共轭),源输出最大功率. P available= [V S/(R S+ R L)]2 * R L当R S= R L时候P available= V S2/(4*R S) 由此可见，资用功率是源的本身参数，它只和内阻以及电动势有关,和负载没有关系。
混频器实验
实验5 乘法器的应用3---混频器实验 一、实验目的 1. 熟悉集成电路实现的混频器的工作原理。 2. 了解混频器的多种类型及构成。 3. 了解混频器中的寄生干扰。 二、预习要求 1. 预习混频电路的有关资料。 2. 认真阅读实验指导书，对实验电路的工作原理进行分析。 三、实验仪器 1. 双踪示波器 2. 高频信号发生器（最好有产生调制信号功能的信号源） 3. 频率计 4. 实验板GPMK7 四、实验电路说明 目前高质量的通信接收机中多采用二极管环形混频器和由双差分对管平衡调制器构成的混频器，本实验采用的是集成模拟乘法器（MC1496）构成的混频电路。 用模拟乘法器实现混频，只要u x 端和u y 端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频如1.5MHz ，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图5-1所示 5-1 混频原理框图 若输入信号为： ()cos x sm s u t U t ω= 本振信号为： ()c o s y c m c u t U t ω= 则混频信号为： []12c s c s ()cos cos cos()t cos()t o cm sm c s sm cm u t KU U t t KU U ωωωωωω=?=++- c s i ωωω-= 为某中频频率。 若输入信号为：()(1cos )cos x sm a s u t U m t t ω=+Ω 本振信号为：()cos y cm c u t U t ω= 则混频信号为：c s ()(1cos )cos()o om a u t U m t t ωω=+Ω-
由MC1496 模拟乘法器构成的混频器电路如图5-2所示。注意：电源+12V -12V 本振信号U C（频率为6MHz）接到乘法器的⑽脚，将调幅波信号U S（频率为4.5MHz）接到乘法器的⑴脚，混频后的中频信号由乘法器的⑹脚输出，经形带通滤波器（其调谐在1.5MHz，带宽为450KHz）由电路输出端OUT得到差频（1.5MHz）信号（即：所谓中频信号）。 为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压U S和本振电压U C外，不可避免地存在干扰和噪声信号。它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。因此不可避免地会产生干扰，其中影响最大的是中频干扰和镜像干扰。 图5-2 混频电路板 五、实验内容与步骤 1.中频频率的观测 将实验板GPMK1中的晶体振荡器产生的6MHz（幅值为0.2V P-P）信号作为本振信号接到混频电路的IN1端，高频信号发生器的输出（4.5MHz，0.1V P-P的载波）信号接到混频电路的IN2端，观测混频电路输出端OUT的输出波形和频率（中频），可适当调节RP使输出波形最大，记录测试结果。 2.镜像干涉频率的观测 用双踪示波器观测IN2端和OUT端的波形，缓慢调节高频信号发生器的输出频率（由4.5MHz调至7.5MHz，以0.3MHz步长填写下表），观测调幅波和中频，并记录。验证下列关系。 f镜像-f调幅波=2f中频 f in2 4.2MHz 6MHz 7.8MHz U out f out 描出输出端滤波器的频响特性 3.倍频实验观测（注：两端要在平衡条件下相乘）
汽车发动机振动噪声测试实用标准系统
附件1 汽车发动机振动噪声测试系统 1用途及基本要求： 该设备主要用于教学和科研中的振动和噪声测量，要求能够测量试验对象的振动噪声特性（频率、阶次、声强等），能对试验数据进行综合分析。该产品的生产厂应具有多年振动噪声行业从业经验，有较高的知名度和影响力。系统软件和硬件应该为成熟的模块化设计，同时具有很强的扩展能力，能保证将来软件和硬件同时升级。 2设备技术要求及参数 2.1设备系统配置 2.1.1数据采集系统一套； 2.1.2数据测试分析软件一套； 2.1.3传声器 2个； 2.1.4加速度计 2个； 2.1.5声强探头 1套； 2.1.6声级校准器 1个； 2.1.7笔记本电脑一台 2.2数据采集、控制系统技术要求 2.2.1主机箱一个；供电采用9～36V直流和 200～240V交流； 2.2.2便携式采集前端，适用于实验室及现场环境； 2.2.3整机消耗功率<150W； 2.2.4工作环境温度：-10?C ～50?C； 2.2.5中文或英文WindowsXP下运行，操作主机采用笔记本电脑； 2.2.6输入通道数：4个以上，其中2个200V极化电压输入通道、不少一个转速输入通道； 2.2.7输入通道拥有Dyn-X技术，动态围160dB； 2.2.8每通道最高采样频率：≥65.5kHz，最大分析带宽：≥25.6kHz； 2.2.9系统留有扩充板插槽，根据需要可以进一步扩充；数据采集前端可同时连接多种形式传感器,包括加速度计、转速探头、传声器、声强探头等； 2.2.10系统具有堆叠和分拆能力，多个小系统可组成多通道大系统进行测量。大系统可分拆成多个小系统独立运行； 2.2.11采集前端的数据传输具备二种方式之一：①通过10/100M自适应以太网传输至PC； ②通过无线通讯以太网技术传输至PC，通信距离在100米以上。使测量过程更为灵活方便，方便硬件通道和计算机系统扩展升级；
混频器实验
实验二混频器仿真实验 一．无源混频器仿真实验 二极管环形混频电路 载频是f L=1kHz，调制频率为f R=100Hz，因此混频后会出现f L f R f L- f R==900Hz ，f L+ f R=1100Hz，如图所示前两个峰值。由于二级管的开关作用，还会产生组合频率，不过幅度会随次数的增加而减小，如图所示后两个峰值。 二．有源混频器仿真实验 1．三极管单平衡混频电路 直流分析 傅里叶分析 差模输出将直流分量抵消，组合频率分量也被抵消了，本振不会馈通。但是由于射频信号是非平衡的，所以射频信号带入的直流分量与本振信号相乘后产生了较大幅值的本振频率分量，并且在频谱中还是会出现少量本振信号的奇次谐波与射频相混频的频率分量，单平衡混频电路有效地抑制了高频率分量，单节点输出存在低频分量过大的问题，但使用差分放大器的双点输出能够很好地解决这个缺陷。但与无源混频器相比，出现了大量的杂波。 2.加入有源滤波器后
混频后得到上下变频分量，通过一个带通滤波器，滤除上变频以及本振频率分量，只剩下下变频。 3.吉尔伯特单元混频电路 由于射频信号差分输入，因此在输出的时候射频直流分量被抵消，本振不会馈通。由于是双差分输入，频谱较为纯净。但是由于吉尔伯特电路也是通过本振大信号作为开断信号对输出信号采样，因此也产生了本振信号的奇次谐波的分量与射频信号相混频产生的组合频率分量。
加入有源滤波器后 本电路将作为接收机电路的前端。与单平衡电路的频谱比较起来更加纯净，无用的频率分量更少，幅值更小。 思考题： 1. 吉尔伯特电路是双平衡电路，而三极管是单平衡电路，它们的区别体现在射频信号是否是平衡的，吉尔 伯特电路射频信号是平衡的，射频信号中蕴含的直流分量在输出时被抵消，因此不会产生本振信号馈通。而三极管单平衡电路产生馈通和许多组合频率分量。 当频率增加后会更加明显，因为各个频点上的幅值都会降低，区别显得更加突出。 2.如图,该二阶带通有源滤波器的截止频率在1k 与1.4k 附近正好可以滤去不需要的分量。 二阶带通有源滤波器的BW ： 要想BW 变为原来的80%。只能改变 。即 变为1.92 。R8变为76.8kohm 或R7变为40.625Kohm 。 或者比值保持1.92。 01 222F F f f R R BW f R R RC π????=-?=-? ? ? ? ???? ?F f R R F f R R
噪声系数测量
RF & Microwave e-Academy Program
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RFMW 202: Noise Figure Basics
Technical data is subject to change. Copyright@2004 Agilent Technologies Printed on Jan, 2004 5988-8495ENA
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RFMW 202: Noise Figure Basics
Welcome to RFMW 202, the module on the basics of noise figure. This module will take you about 60 minutes for you to complete. If you have not already done so, we recommend that you study the modules RFMW 101 and MEAS 102 before this one.
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Fundamental Noise Concepts
Fundamental noise concepts
How do we make measurements?
What DUTs can we measure?
What influences the measurement uncertainty?
In this module we will first look at the concepts of noise (why is it important), then on to how to make measurements and we will conclude with some detailed information on measurement uncertainty and tools. Let’s now go straight into concepts of noise.
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混频器设计
混频器设计 简介 无线收发机射频前端在本质上主要完成频率变换的功能，接收机射频前端将 接收到的射频信号装换成基带信号，而发射机射频前端将要发射的基带信号转换成射频信号，频率转换功能就是由混频器完成的。 本文设计应用于无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）的混频器，无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。这就要求所设计的混频器具有很低的功耗。同时，混频器是一种非线性电路，是接收机中输入射频信号最强的模块，这就对混频器的线性度提出了严格的要求。而混频过程通常会引入很大的噪声，考虑到LNA 的增益有限，混频器噪声也是要考虑的关键指标。由于所设计的接收机采用的是低中频的结构，中频频率只有2MHz，所以混频器的隔离度也是关键的指标。 结构选择及原理分析 结构选择 本接收机采用的结构为低中频结构，中频频率只有2MHz，LO 信号泄漏到RF 端口可能造成自混频及信号阻塞等问题。LO 信号泄漏到IF 端口，会对中频信号形成阻塞，同时LO 的噪声也将提高整体的噪声系数。而RF 信号馈通到LO端会造成自混频现象。双平衡的吉尔伯特混频器具有很好的隔离度，故本设计采用该结构。 本设计中频频率很低，开关对噪声（包括热噪声和1/ 噪声）是限制混频器噪声性能的主要因素，可以在不影响驱动级偏置电流的情况下减小流过开关对的偏置电流来减小混频器的噪声系数。可以通过在开关对的源极注入一个固定的偏置电流来实现。 线性度是混频器的一个重要指标，通常可以采用在驱动级晶体管的源极串一个无源元件形成串联反馈来提高驱动级的线性度。电阻作源简并元件会引入热噪声，而电阻本身会产生压降。电感和电容作源简并元件不会引入额外的噪声，而且对高频谐波成分和交调成分具有一定的抑制作用。因此通常选择电感作为源简并元件。但是本设计并没有采用结构，考虑到本设计的偏置电流很低，转换增益低，源简并技术将进一步降低转换增益，同时电感占用很大的芯片面积，不利于降低成本，故不可采用。根据Zigbee 协议，WSN 接受信号范围为-85 -20dBm,为了达到系统的线性度的要求，可以在低噪放级采用可调结构，这样使输入混频器的最大信号为-20dBm，降低了对混频器线性度的要求，有助于降低整个系统的功耗，但增加了LNA 的设计难度。 混频器的负载通常有三种形式：电阻作负载、晶体管作负载和LC 并联谐振电路作负载。晶体管作负载会引入非线性，而LC 并联谐振电路作负载虽具有很多的优势，但电感占用的芯片面积很大，不宜采用。电阻作负载不会引入非线性，同时具有很宽的带宽，但电阻上会引入直流压降，为了不使开关对和驱动级中的晶体管离开饱和区，电阻的取值不能太大，考虑到转换增益，电阻的取值将需要特别注意。而且这种负载不具有滤波的特性，因此不能衰减混频过程中产生的毛刺以及LO-IF、RF-IF 馈通成分。所以，本设计采用一个电容与电阻并联组成一个低通滤波网络来滤除高频成分。 综上所述，本设计所采用的结构如图4.1 所示。
混频器的设计与仿真知识讲解
混频器的设计与仿真
目录 前言 0 工程概况 0 正文 (1) 3.1设计的目的及意义 (1) 3.2 目标及总体方案 (1) 3.2.1课程设计的要求 (1) 3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 (1) 3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 (1) 3.3工具的选择—Multiusim 10 (3) 3.3.1 Multiusim 10 简介 (3) 3.3.2 Multisim 10的特点 (3) 3.4 混频器 (3) 3.4.1混频器的简介 (3) 3.4.2混频器电路主要技术指标 (4) 3.5 混频器的分类 (4) 3.6详细设计 (5) 3.6.1混频总电路图 (5) 3.6.2 选频、放大电路 (5) 3.6.3 仿真结果 (6) 3.7调试分析 (9) 致谢 (9) 参考文献 (10) 附录元件汇总表 (10)
混频器的设计与仿真 前言 混频器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-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调48．5M一870M 的图像信号要变成38MHZ的中频图像信号。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作为主振荡器，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。 工程概况 混频的用途是广泛的，它一般用在接收机的前端。除了在各类超外差接收机中应用外在频率合成器中为了产生各波道的载波振荡，也需要用混频器来进行频率变换及组合在多电路微波通信中，微波中继站的接收机把微波频率变换为中频，在中频上进行放大，取得足够的增益后，在利用混频器把中频变换为微波频率，转发至下一站此外，在测量仪器中如外差频率计，微伏计等也都采用混频器。因此，做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线路的掌握程度；通过混频器设计，可以巩固已学的高频理论知识。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2-1所示。
混频器仿真实验报告
混频器实验（虚拟实验） 姓名：郭佩学号：04008307 （一）二极管环形混频电路 傅里叶分析 得到的频谱图为 分析：可以看出信号在900Hz和1100Hz有分量，与理论相符 （二）三极管单平衡混频电路 直流分析
傅里叶分析 一个节点的傅里叶分析的频谱图为 两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的频谱图为：
分析：同样在1K的两侧有两个频率分量，900Hz和1100Hz 有源滤波器加入电路后 U IF的傅里叶分析的频谱图为： U out节点的傅里叶分析的频谱图为：
分析：加入滤波器后，会增加有2k和3k附近的频率分量 （三）吉尔伯特单元混频电路 直流分析 傅里叶分析 一个节点的输出电压的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图如下： 两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为：
分析：1k和3k两侧都有频率分量，有IP3失真 将有源滤波器加入电路 U IF的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为： U out节点的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为：
分析：有源滤波器Uout节点的傅里叶分析的频谱相对于Uif的傅里叶分析的频谱来说，其他频率分量的影响更小，而且Uout节点的输出下混频的频谱明显减小了。输出的电压幅度有一定程度的下降。 思考题： （1）比较在输入相同的本振信号与射频信号的情况下，三极管单平衡混频电路与吉尔伯特混频器两种混频器的仿真结果尤其是傅里叶分析结果的差异，分析其中的原因。若将本振信号都设为1MHz，射频频率设为200kHz，结果有何变化，分析原因。 答：没有改变信号频率时 三极管 吉尔伯特 吉尔伯特混频器没有1k、2k、3k处的频率分量，即没有本振信号的频率分量，只有混频后的频率分量。因为吉尔伯特混频器是双平衡对称电路结果，有差分平衡。 将本振信号频率和射频频率改变后：
RF噪声系数的计算方法
噪声系数的计算及测量方法 噪声系数(NF)是RF系统设计师常用的一个参数，它用于表征RF放大器、混频器等器件的噪声，并且被广泛用作无线电接收机设计的一个工具。许多优秀的通信和接收机设计教材都对噪声系数进行了详细的说明. 现在，RF应用中会用到许多宽带运算放大器和ADC，这些器件的噪声系数因而变得重要起来。讨论了确定运算放大器噪声系数的适用方法。我们不仅必须知道运算放大器的电压和电流噪声，而且应当知道确切的电路条件：闭环增益、增益设置电阻值、源电阻、带宽等。计算ADC的噪声系数则更具挑战性，大家很快就会明白此言不虚。 公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。 该系数并不是越大越好，它的值越大，说明在传输过程中掺入的噪声也就越大，反应了器件或者信道特性的不理想。 在放大器的噪声系数比较低的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度(T)来表示。 噪声系数与噪声温度的关系为：T=(NF-1)T0 或NF=T/T0+1 其中：T0-绝对温度(290K) 噪声系数计算方法 研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。因此，离开信号谈噪声是无意义的。 从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为S/N(信号功率与噪声功率比)。即便噪声电平绝对值很高，但只要信噪比达到一定要求，噪声影响就可以忽略。否则即便噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比低于1，则信号仍然会淹没在噪声中而无法辨别。因此信噪比是描述信号抗噪声质量的一个物理量。 1 噪声系数的定义 要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其定义为
变频器硬件设计方案
一．设计思路 通用型变频器的硬件电路主要由3部分组成:整流电路、开关电源电路以及逆变电路。整流电路将工频交流电整流为直流,并经大电容滤波供给逆变单元;开关电源电路为IPM和计算机控制电路供电;逆变电路是由PM50RSAl20组成。二．控制回路 1.整流电路 整流电路中,输人为380V工频交流电。YRl～YR3为压敏电阻,用于吸收交流侧的浪涌电压,以免造成变频器损坏。输人电源经二极管整流桥6R130G-160整流为直流,并经电的作用。发光二极管用于指示变频器的工作状态。Rl是启动过程中的限流电阻,由El～E4大电容滤波后成为稳定的直流电压,再经电感和电容滤波后作为逆变单元和开关电源单元的电源。R2和R3是为了消除电容的离散性而设置的均压电阻,同时还起到放于E1～E4容量较大,上电瞬间相当于短路,电流很大,尺l可以限制该电流大小,电路正常状态后由继电器RLYl将该电阻短路以免增加损耗。继电器的控制信号SHORT来自于计算机,上电后延时一定时间计算机发出该信号将电阻切除。R1应选择大功率电阻,本电路中选择的是20W的水泥电阻,而且为了散热该电阻安装时应悬空。电路中的+5V、+12V和±15V电压是由开关电源提供的电压。LVl是电压传感器,用于采集整流电压值,供检测和确定控制算法用。UDCM是电压传感器的输出信号。通过外接插排连接至外接计算机控制电路。 2.开关电路 输出电压进行变换,为IPM模块和外接的计算机控制电路提供电源,提供的 电压为±该电路主要由PWM控制器TL3842P、MOSFETK1317和开关变压器组成, 其功能是对整流电路的流15V、+1直2V、+5v。
高频电子线路设计(三极管混频器的设计)
通信电子线路课程设计说明书 三极管混频器 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名：蔡双 指导教师：俞斌职称讲师 专业：电子信息工程 班级：电子1002 完成时间：2012-12-20
摘要 随着社会的发展，现代化通讯在我们的生活中显得越来越重要。混频器在通信工程和无线电技术中，得到非常广泛的应用，混频器是高频集成电路接收系统中必不可少的部件。要传输的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号，才能在空中无线传输，在接收端将接收的已调信号要进行解调得到有用信号，然而在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成相应的中频信号，这就要用到混频器。其原理是运用一个相乘器件将本地振荡信号与调制信号相乘，经过选频回路选出差频项（中频），在超外差式接收机中，混频器应用十分广泛，如：AM广播接收机将已调振幅信号535K～1605KHZ要变成465KHZ的中频信号；还有移动通信中的一次混频、二次混频等。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。 关键词混频器；中频信号；选频回路
ABSTRACT With the development of society, the modernization of communication in our life becomes more and more important. Mixer in communication engineering and radio technology, widely used, the mixer is high frequency integrated circuit receiving system essential components. To transmit baseband signal to go through frequency conversion into a high frequency modulated signal, can in the air, wireless transmission, at the receiving end receives the modulated signal to demodulate the received useful signal, however in the demodulation process, receives the modulated high frequency signal to go through frequency conversion, into the corresponding intermediate frequency signal, this will be used mixer. Its principle is to use a multiplication device will be local oscillation signal and modulated signal by frequency selective circuit multiplication, choose the difference frequency term (MF ), in a superheterodyne receiver, mixer, a wide range of applications, such as: AM radio receiver will be modulated amplitude signal 535K ~ 1605KHZ to become 465KHZ intermediate frequency signal; and mobile communication a mixer, a two mixer etc.. Therefore, the mixer circuit is the application of electronic technology and radio professional must grasp the key circuit. Key words mixer；intermediate frequency signal；frequency selective circuit
变频器实验报告
实验一变频器的面板操作与运行 一、实验目的和要求 1. 熟悉变频器的面板操作方法。 2. 熟练变频器的功能参数设置。 3. 熟练掌握变频器的正反转、点动、频率调节方法。 4.通过变频器操作面板对电动机的启动、正反转、点动、调速控制。 二、实验仪器和用具 西门子MM420变频器、小型三相异步电动机、电气控制柜、电工工具（1套）、连接导线若干等。 三、实验内容和步骤 1．按要求接线 系统接线如图2-1所示，检查电路正确无误后， 合上主电源开关Q S。 图2-1 变频调速系统电气图 2．参数设置 （1）设定P0010＝30和P0970＝1，按下P键，开始复位，复位过程大约3min，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。 （2）设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机参数。电动机参数设置见表2-2。电动机参数设定完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。 表2-2 电动机参数设置
（3）设置面板操作控制参数，见表2-3。 3．变频器运行操作 （1）变频器启动：在变频器的前操作面板上按运行键，变频器将驱动电动机升速，并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560r∕min的转速上。 （2）正反转及加减速运行：电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键∕减少键（▲/▼）来改变。 （3）点动运行：按下变频器前操作面板上的点动键，则变频器驱动电动机升速，并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。当松开变频器前错做面板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速至零。这时，如果按下一变频器前操作面板上的换向键，在重复上述的点动运行操作，电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。 （4）电动机停车：在变频器的前操作面板上按停止键，则变频器将驱动电动机降速至零。 四、实验思考 1. 怎样利用变频器操作面板对电动机进行预定时间的启动和停止？ 答：P0010=30,P0970=1,变频器恢复出厂设置； P701=0,屏蔽原来端子启动功能； P2800=1,使能内部功能自由块； P2802=1,使能内部定时器； P2849=1,连接定时器启动命令； P2850=1,设定延时时间（假设1s）； P2851=1,定时器延时动作方式； P0840=2852.0,连接变频器启动命令。 2. 怎样设置变频器的最大和最小运行频率？ 答：P0010=30；P0970=1,按下P键（约10秒），开始复位。 一般P1080=0；电动机运行的最低频率（HZ） P1082=50；电动机运行的最高频率（HZ）。