基于Matlab和FPGA的简单混频器的设计开题报告

全文总字数：2519字

1. 研究目的与意义

混频器是通信系统中超外差接收机中的核心部件。在无线电通信系统（特别是广播电视系统）中，接收机应该能接收来自各个发射台的信号，而且到达接收机的信号是非常微弱的，一般为微伏数量级。这样微弱的信号是不能直接解调的，需要将信号放大，然而高频、宽带条件下，增益达60-120db的放大器要稳定工作是很难实现的。因此，超外差接收机中，是把来自于不同发射台不同频率的高频已调信号，通过混频器搬移到某一固定的中频频带上，例如调频收音机为465khz，调频收音机为10.7mhz，然后使用窄带的中频放大器放大，窄带的中频放大器容易做到很高的增益，从而使接收机的灵敏度和选择性得到保障。

在通信系统中，信号频率之间的变换是我们首要解决的问题。一般情况下，对信号进行调制、扩频、解扩等处理工作是在低频段下进行的，然后再将处理好的信号上变频到高频段发射出去，同样我们需要将接收到的射频信号下变频到低频段再做各种信号处理工作。所以在通信系统中，混频器是必不可少的重要部件。在接收机中，混频器一般是位于接收机的前端或者在低噪声放大器的后续端，它的性能如变频损耗(变频增益)、噪声系数等直接影响到整个系统的好坏。所以在通信系统中，性能优越的混频器对整个系统起到关键作用，也是人们一直研究的课题。

本课题研究的目的是利用matlab和fpga分别设计一个简单的混频器，并应用于信号处理领域做一些简单的混频处理。利用fpga(现场可编程逻辑门阵列)实现数字混频具有设计灵活、精确度高、频率高和稳定性好等优点,可以产生各种调制信号,广泛应用于通信、遥测、电子对抗和仪表工业等领域。matlab仿真实现是软件实验，它将模块功能用程序语言来实现，通过计算机运行得出实验结果波形。加深对课程知识的理解，利用程序语言实现系统框图过程，理解更清晰；计算机仿真可以很容易地修改参数，很方便地观察不同参数仿真下的波形；避免繁重的仪器设备使用；计算机仿真可以作为进行dsp或fpga系统设计之前的结果验证，为后续的系统设计提供参数和结果参考。用matlab软件增强quartus的仿真功能,得到的仿真结果完整直观,该方法可以解决用fpga设计复杂模块时quartus设计软件存在的仿真结果不完整需要多次在硬件上测试修改的问题，而且也不需要大型的仿真软件。能够直观的检验混频器的设计效果，便于优化设计参数、提高设计效率和成功率。因此，本课题的研究具有重要的理论意义和实用意义。

2. 国内外研究现状分析

混频器最早是由armstmg在1924年研制成功。五十年代中期，晶体管技术与外延单晶生长技术的不断发展，给混频器的发展提供了物质基础。到六十年代，表面势垒二极管和隧道二极管问世后，人们对混频器的研究才得到了迅速的发展。从国外混频器的发展形势来看，从上世纪八十年代起混频器的研究热点主要集中于毫米波频段。

1981年，parrish等人利用梁式引线二极管以及悬置带线结构制作的平衡混频器，射频从90～94ghz的范围内变频损耗小于8db。

1992年，r．j．lang等人研制的环形gaas二极管混频器，射频工作在整个ka波段，当中频信号为100mhz，变频损耗为5．5db。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：用matlab和fpga分别设计一个简单的混频器。利用matlab和fpga分别设计一个简单的混频器，并应用于信号处理领域做一些简单的混频处理。对实验结果进行分析比较，并得出相应结论。利用fpga(现场可编程逻辑门阵列)实现数字混频。

计划：2月22日-3月22日 用matlab实现混频器

3月22日到4月15日 用fpga设计一个混频器

4. 研究创新点

将MATLAB和FPGA结合起来设计混频器。利用FPGA实现数字混频具有设计灵活、精确度高、频率高和稳定性好等优点,可以产生各种调制信号。Matlab仿真实现是软件实验，它将模块功能用程序语言来实现，通过计算机运行得出实验结果波形。用MATLAB软件增强QUARTUS的仿真功能,得到的仿真结果完整直观,该方法可以解决用FPGA设计复杂模块时QUARTUS设计软件存在的仿真结果不完整需要多次在硬件上测试修改的问题，而且也不需要大型的仿真软件。能够直观的检验混频器的设计效果，便于优化设计参数、提高设计效率和成功率。