基于F1596的乘积型混频器电路设计与实现

董茂林，谢洪森，王传刚

（海军航空工程学院 青岛分院，山东 青岛 266041）

随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品已经成为当今人类信息社会发展不可或缺的一个部分。接收机作为整个系统的重要一环，其结构和性能直接影响着整个通信系统。而混频器是接收机电路中的一个重要模块，是接收系统的核心部件，每个接收机至少包含一个混频器，其性能直接影响了整个接收机的性能[1]。在接收机中，混频器的作用是将射频信号变换成容易处理的中频信号[2]，起到了频率搬移功能。文中介绍了一种由F1596构成的混频器电路。

1 总体结构

由F1596、滤波器、鉴频器和压控振荡器组成的乘积型混频器可将信号电压和本振电压通过模拟乘法器直接相乘，再由选频网络取出所需频率分量实现混频，并通过反馈回路控制本振信号实现稳频输出[3]。原理方框图如图1所示。

图1 乘积型混频器原理方框图Fig.1 Multiply mixer diagram

设输入信号的表示为 us=Usmcos（ωst+KpUΩmcosΩt），本振信号uL=ULmcosωLt，则模拟乘法器输出电流为：

通过设定滤波器的中心频率可选定输出信号为差频（ωL-ωs）或和频（ωL+ωs），由于接收机通常是将射频信号变换成容易处理的中频信号，故滤波器输出选择差频输出，电压表达式为：

式中K为常数，KP是调相波的比例常数。

输出信号经鉴频器和压控振荡器处理，形成反馈电压输入F1596的10脚构成一个闭环，由此可实现混频器电路的稳频输出[4-5]。

2 混频器电路设计

混频器原理电路图如图2所示。

图2 混频器原理电路图Fig.2 Mixer circuit

图2中，F1596是单片集成双平衡模拟乘法器的代表性产品之一，文中的F1596是作为混频器使用的。F1596的本振电压uL由10脚输入，信号电压uS由4脚输入，混频后的中频电压uS由12脚经滤波器（可选择π型带通滤波器）输出[6-7]。为减少输出信号的波形失真，1脚与4脚之间接有调平衡电路，为增大输入信号动态范围，采用±15 V双电源供电[8]。

3 鉴频器电路设计

鉴频器电路可采用平衡双失谐回路斜率鉴频器，由放大器 V1、V2， 谐 振 回 路 L1、C4、L2、C5及 检 波 器 件 VD1、VD2等 组成，如图3所示。

图3 鉴频器原理电路图Fig.3 PF circuit

图3中，上、下两个回路的谐振频率分别为：f01=f0+Δf0f02=f0－Δf0

由于两个回路的幅频特性形状对称，失谐量也对称相等，因此两个检波器输出电压中的直流分量和偶次（失真）项分量相互抵消了，扩大了线性鉴频范围，其鉴频特性如图4所示。如上图，两个回路幅鉴特性相互补偿，在 f0附近鉴频特性的线性较好，当频率偏离f0过大时，进入幅频特性峰值附近，鉴频特性曲线开始弯曲，最后基本按幅频特性规律下降。

图4 鉴频器特性曲线Fig.4 PF characteristic

当输入信号频率f=f0时V0=0；当输入信号频率f＞f0时V0＞0；当输入信号频率 f＜f0时 V0＜0。

4 压控振荡器电路设计

压控振荡器选用克拉泼振荡器实现，由V3、L4、C16、VD3-4等组成，原理电路图如图5所示。

图5 压控振荡器原理电路图Fig.5 VCO circuit

在图5电路中，采用变容二极管VD3-4改变振荡器频率时，应使，且在调节压控振荡器振荡频率时，不影响电路的反馈系数。用电感线圈串联小电容可以减少晶体管对振荡器回路的耦合，提高了电路的频率稳定度[9-10]。

当混频器[11-12]输出的信号频率高于f0时，则鉴频器的振幅检波电路将输出正直流电压，当变容二极管两端电压升高时，XC将减少，Cj将增大，由可知，压控振荡器的振荡频率将升高，反之亦然。

5 结 论

本电路的设计实现了接收机将高频信号向中频信号的变换，由于采用了模拟乘法器F1596混频使电路具有以下优点：

1）混频输出电流频谱较为纯净，可大大减少寄生通道干扰。

2）允许输入信号的线性动态范围较大，有利于减少交调和互调失真。

3）对本振电压无严格限制，其大小只影响变频增益而不引起信号失真。

4）采用压控振荡器输出本振信号送至F1596的本振输入端，保证了混频器输出的中频信号更加稳定。

[1]张报明.宽带无线通信系统的零中频接收机设计[J].电信科学，2010（12）:144-148.ZHANG Bao-ming.Design of ZIF receiver for broadband wireless communication system[J]. Telecommunications Science，2010（12）:144-148.

[2]聂伟.软件无线电中频解调器设计与实现[J].实验技术与管理，2011（4）:54-57.NIE Wei.Design and implementation of IF demodulator based on software radio[J].Experimental Technology and Management，2011（4）:54-57.

[3]宋青平.基于PE3236的频率合成器电路设计与实现[J].测控技术， 2009（7）:79-80.SONG Qing-ping.Design and implementation of frequency synthesizer circult based on PE3236[J].Measurement&Control Technology，2009（7）:79-80.

[4]周志宇.低频接收机自动增益控制电路的分析与设计[J].舰船电子工程，2011（5）:98-100.ZHOU Zhi-yu.Analysis and design of AGC circult for low frequency receiver[J].Ship Electronic Engineering，2011（5）:98-100.

[5]伍丹.数字接收机中自动增益控制技术设计[J].微计算机信息，2010（19）:138-140.WU Dan.Design of AGC in digital receiver[J].Microcomputer Information，2010（19）:138-140.

[6]孙敏.一种多频带线性度CMOS单边带混频器 [J].半导体技术，2011（6）:455-458.SUN Min.Multi-Band high linearity CMOS SSB-Mixer[J].Semiconductor Technology，2011（6）:455-458.

[7]魏志强.低成本高性能混合频率合成器的设计[J].电子测量技术，2011（8）:10-12.WEI Zhi-qiang.Design of mixed-frequency synthesizer with linearityow-coast high-performance[J].Electronic Measurement Technology，2011（8）:10-12.

[8]李晓磊.CMOS有源混频器噪声的分析与仿真[J].微电子学，2011（2）:316-318.LI Xiao-lei.Analysis and simulation of noise in CMOS active mixer[J].Microelectronics，2011（2）:316-318.

[9]朱志平.压控振荡器中振荡电路的设计[J].渭南师范学院学报，2011（10）:71-74.ZHU Zhi-ping.Design of oscillating circuit in VCO[J].Journal of Weinan Teachers University，2011（10）:71-74.

[10]邢立冬.一种中心频率可调的VCO电路设计[J].微电子学与计算机，2011（4）:21-25.XING Li-dong.A center frequency adjustable VCO circuit design[J].Microelectronics&Computer，2011（4）:21-25.

[11]郭红翠，吕国强，蔡斐.X波段四次谐波混频器及相位改进设计[J].电子科技，2011（3）：44-46.GUO Hong-cui，LV Guo-qiang，CAI Fei.X-band four-order harmonic mixer and the improvement of phase design[J].Science and Technology，2011（3）：44-46.

[12]黄军，高晓蓉，王敏锡，等.射频电路中混频器的设计[J].现代电子技术，2012（13）：88-90.HUANG Jun，GAO Xiao-rong，WANG Min-xi，et al.Design of mixer in RF circuit[J].Modern Electronics Technique，2012（13）：88-90.