混頻器教學講解課件

(最新整理)混頻器2021/7/261(最新整理)混頻器2021/7/261混頻器張賓賓2021/7/262混頻器張賓賓2021/7/2623.1引言3.2混頻原理3.3混頻失真與干擾3.4混頻器的主要指標3.5混頻器電路結(jié)構(gòu)3.6混頻器的級聯(lián)2021/7/2633.1引言2021/7/2633.1引言

混頻器（mixer）是通信系統(tǒng)的重要組成部分，用于在所有的射頻和微波系統(tǒng)進行頻率變換。這種頻率變換應(yīng)該是不失真的，原載頻已調(diào)波的調(diào)制方式和所攜帶的信息不變。

在發(fā)射系統(tǒng)中，混頻器用于上變頻；在接收系統(tǒng)中一般用作下變頻。2021/7/2643.1引言混頻器（mixer）是通信系統(tǒng)的重要組成部分混頻器是一種頻率變換器件，理想混頻器是把兩輸入信號在時域中相乘：

和頻，上變頻差頻，下變頻取出和頻為上變頻（Up-conversion）；取出差頻為下變頻（Down-conversion）必須通過濾波器濾除不需要的頻率成分。

3.2混頻原理

2021/7/265混頻器是一種頻率變換器件，理想混頻器是把兩輸入信號在時域中相混頻器為三端口器件。混頻器有兩個輸入端：分別為射頻（RF）與本振（LO,LocalOscillator）信號，一個輸出端：中頻（IF,IntermediateFrequency）。中頻頻率fI可以有兩種關(guān)系式表達上變頻下變頻

3.2混頻原理

3.2.2混頻原理(時域)2021/7/266混頻器為三端口器件。上變頻下變頻 3.2混頻原理

3.從頻域角度來看，混頻是一種頻譜的線性搬移，輸出IF與輸入RF的頻譜結(jié)構(gòu)相同。

射頻信號本振信號混頻輸出3.2混頻原理

3.2.2混頻原理(頻域)2021/7/267從頻域角度來看，混頻是一種頻譜的線性搬移，輸出IF與輸入RF二極管或三極管等電路的非線性特性可以用冪級數(shù)來表示。當輸入端同時作用著兩個輸入電壓時，其表示式為：

其中當m=1,n=2,有i=2a2u1u23.2混頻原理——非線性電路的混頻功能

2021/7/268二極管或三極管等電路的非線性特性可以用冪級數(shù)來表示。當輸入端把i=f(UQ+u1+u2)在(UQ+u1)上對u2Taylor展開若u2足夠小，簡化為

i與u2是線性關(guān)系，但它們的系數(shù)是時變，即線性時變工作狀態(tài)。

3.2.2混頻原理——線性時變工作狀態(tài)下的混頻器

2021/7/269把i=f(UQ+u1+u2)在(UQ+u1當u1=U1mcosω1t時，u2=U2mcosω2t時，g(u1)將是角頻率為ω1的周期性函數(shù)，F(xiàn)ourier級數(shù)展開式為

代入電流表達式i=i0(u1)+g(u1)u2，得

3.2.2混頻原理——線性時變工作狀態(tài)下的混頻器

2021/7/2610當u1=U1mcosω1t時，u2=U2mcosω2t線性時變工作時產(chǎn)生的組合頻率分量的頻率通式為|±pω1±ω2|;當兩個信號u1和u2同時作用于一個非線性電路時，若u1的幅度足夠大，u2的幅度足夠小，則輸出電流i與u2成線性關(guān)系，而系數(shù)g1(u1)為時變參量，這種工作狀態(tài)為線性工作狀態(tài)，而u1為時變控制信號。在下面討論的所有混頻器電路中，都設(shè)計成這種工作狀態(tài)。3.2混頻原理——線性時變工作狀態(tài)下的混頻器2021/7/2611線性時變工作時產(chǎn)生的組合頻率分量的頻率通式為|±pω1±ω2鏡像頻率（Images）

即使是理想的下混頻器，若有一個射頻輸入信號fR和一個干擾信號fIMG=fR＋2fI，與本振混頻后可能產(chǎn)生頻率相同的中頻信號：fL-fR=fI=fIMG-fL

上式中產(chǎn)生兩個中頻信號，由干擾信號所產(chǎn)生的中頻信號稱為鏡頻，用fIMG表示。3.3 混頻失真與干擾

3.3.1失真與干擾的種類2021/7/2612鏡像頻率（Images）即使是理想的下混頻器，若有一個射頻輸入到混頻器的射頻信號與鏡頻干擾信號頻譜本振信號頻譜混頻結(jié)果

3.3 混頻失真與干擾——鏡像頻率的產(chǎn)生2021/7/2613輸入到混頻器的射頻信號本振信號頻譜混頻結(jié)果3.3 混頻失真3.3 混頻失真與干擾——互相調(diào)制（InterModulation）當射頻輸入端口有多個干擾信號fm1、fm2同時進入時，每個干擾信號與本振作用的組合頻率并不等于中頻，但可能會產(chǎn)生如下式的組合頻率分量：這些頻率分量使混頻器的輸出中頻失真。它是由非線性器件的(r+s+1)次方產(chǎn)生的。與線性放大器一樣，這種由兩個干擾信號互相作用而產(chǎn)生的干擾稱為互調(diào)失真2021/7/26143.3 混頻失真與干擾當射頻輸入端口有多個干擾信號fm1、f3.3 混頻失真與干擾

——互相調(diào)制（InterModulation）r和s的值越小，相應(yīng)產(chǎn)生的寄生中頻分量的幅度越大，互調(diào)失真就越嚴重其中以r+s＝3最為嚴重，它由混頻器非線性器件的4次方項產(chǎn)生三階互調(diào)干擾的信號頻率與射頻信號頻率之間滿足2fm1-fm2≈fRF或2fm2-fm1≈fRF2021/7/26153.3 混頻失真與干擾

——互相調(diào)制（InterModul射頻信號與本振的組合頻率f=pfL

qfR，n=p+q，若組合頻率接近接收中頻附近，就會對接收機產(chǎn)生干擾。這類干擾是指在本振或是在射頻信號頻率上下對稱分布。影響最大的是三階組合干擾頻率，即fL

2fR或2fL

fR。產(chǎn)生這種干擾的原因是混頻器的非線性或由于本振信號的頻譜不純，含有豐富的諧波成份，產(chǎn)生了這種組合頻率的干擾。3.3 混頻失真與干擾——本振和射頻的組合頻率干擾2021/7/2616射頻信號與本振的組合頻率3.3 混頻失真與干擾2021/7/

理想振蕩器輸出頻譜實際振蕩器輸出頻譜互易混頻輸出頻譜3.3 混頻失真與干擾——互易混頻（ReciprocalMixing）fRfIfRfLfI2021/7/2617理想振蕩器輸出頻譜實際振蕩器輸出頻消除或減少交調(diào)、互調(diào)干擾的方法：1)采用線性度好的混頻器，選擇合適靜態(tài)工作點；2)降低射頻信號輸入幅度，使混頻器工作在線性時變工作狀態(tài)，減少混頻的高次諧波分量。3)從電路結(jié)構(gòu)上考慮，采用多個非線性器件構(gòu)成平衡混頻電路，抵消一部分無用的組合頻率分量；4)采用補償及負反饋技術(shù)實現(xiàn)接近理想的相乘運算。消除或減少互易混頻干擾的方法：1)采用線性度較好的混頻器2)提高本振信號頻譜純度

3.3 混頻失真與干擾

3.3.2失真與干擾的抑制2021/7/2618消除或減少交調(diào)、互調(diào)干擾的方法： 3.3 混頻失真與干擾

變頻增益或損耗（ConversionGainorLoss）

變頻壓縮點（Conversioncompression）三階互調(diào)阻斷點（IP3,ThirdOrderInterceptPoint）端口隔離度（LO與RF，LO與IF，RF與IF）3.4 混頻器的主要指標

2021/7/2619變頻增益或損耗（ConversionGainorLos混頻器的變頻增益Gc定義為在本振功率PLO不變的情況下，負載獲得的最大中頻功率PIF與射頻輸入功率PRF之比的對數(shù)，即

若變頻增益Gc>0，則混頻器有增益；反之為損耗。3.4 混頻器的主要指標——變頻增益或損耗（ConversionGainorLoss）

2021/7/2620混頻器的變頻增益Gc定義為在本振功率PLO不變的若變頻變頻壓縮是指本振功率不變，中頻輸出功率隨著射頻輸入功率的增長而線性增加，其轉(zhuǎn)換增益為常數(shù)。3.4 混頻器的主要指標 ——變頻壓縮（Conversioncompression）2021/7/2621變頻壓縮是指本振功率不變，中頻輸出功率隨著射頻輸入功率的增長混頻器隔離度是指各頻率端口間的相互隔離，包括本振與射頻，本振與中頻，及射頻與中頻之間的隔離。隔離度定義為本振或射頻信號泄漏到其它端口的功率與輸入功率之比，單位為dB。泄露形成原因是混頻器內(nèi)部電路的不對稱性3.4 混頻器的主要指標 ——隔離度2021/7/2622混頻器隔離度是指各頻率端口間的相互隔離，包括本振與射頻，本振三階互調(diào)阻斷點是一個理論上的外推值，是表征混頻器線性性能的重要指標。3.4 混頻器的主要指標——三階互調(diào)阻斷點(IP3,ThirdOrderInterceptPoint)

它是由混頻器非線性特性中的三次方項產(chǎn)生的2f1-f2或2f2-f1組合干擾頻率信號，再與本振混頻后位于中頻帶內(nèi)的干擾，當三階互調(diào)干擾分量增長到和中頻基波分量相等時，混頻器輸入信號稱為混頻器的輸入IP3。IP3越大，則表明混頻器的線性動態(tài)范圍越寬，本振功率不同，IP3的值也不同。通?；祛l器產(chǎn)品的IP3指標是規(guī)定在標準本振功率下的參數(shù)2021/7/2623三階互調(diào)阻斷點是一個理論上的外推值，是表征混頻器線性性能的重IP3是規(guī)定在標準本振功率下的參數(shù)。3.4 混頻器的主要指標——三階互調(diào)阻斷點(IP3,ThirdOrderInterceptPoint)

2021/7/2624IP3是規(guī)定在標準3.4 混頻器的主要指標——三階互調(diào)阻斷點LO與RF、LO與IF、RF與IF之間的隔離;表3.4.1典型的混頻器主要參數(shù)指標名稱數(shù)值增益10dBNF12dBIIP3+5dBm輸入阻抗50端口間隔離30-40dB3．4混頻器的主要指標——端口隔離度

2021/7/2625LO與RF、LO與IF、RF與IF之間的隔離;表3.4.1■下混頻器都設(shè)計成為線性時變工作狀態(tài)?！龌祛l電路類型I.無源混頻器1)單二極管混頻電路2)二極管平衡混頻電路3)雙平衡類型的二極管環(huán)形混頻器

II.有源混頻器1)三極管混頻電路2)單平衡混頻電路3)吉爾伯特單元(GilbertCell)混頻電路

3．5 混頻器電路結(jié)構(gòu)

2021/7/2626■下混頻器都設(shè)計成為線性時變工作狀態(tài)。3．5 混頻器電路通常由非線性器件或開關(guān)元件構(gòu)成，電路簡單。不能提供變頻增益，作為下變頻的接收機電路為了得到更小的噪聲系數(shù)，在前級一般要加LNA，由此會引起更多的互調(diào)失真。無源混頻器的變壓器通常會限制混頻器的最高工作頻率，從而影響帶寬，且集成度差，體積較大。

3.5.1 無源混頻器2021/7/2627通常由非線性器件或開關(guān)元件構(gòu)成，電路簡單。 3.5.1 無二極管的大信號開關(guān)工作狀態(tài)

單二極管混頻電路3.5.1

無源混頻器2021/7/2628二極管的大信號開關(guān)工作狀態(tài)單二極管混頻電路3.加在二極管上的信號電壓幅度足夠大，二極管的伏安特性可近似用從原點出發(fā)的斜直線表示若二極管的大信號開關(guān)等效電路二極管開關(guān)工作狀態(tài)3.5.1

無源混頻器2021/7/2629加在二極管上的信號電壓幅度足夠大，二極管的伏安特性可近似用從流經(jīng)二極管的電流iD為RF直通|±pfL±fR|

|fR±fL| 3.5.1 無源混頻器2021/7/2630流經(jīng)二極管的電流iD為RF直通|±pfL±fR||fR優(yōu)點：電路簡單缺點：1)如果在射頻輸入信號含有直流分量，本振信號直接饋通到輸出端;2)輸出頻譜十分豐富，不能提供任何隔離，也不能提供混頻增益。除了產(chǎn)生所需的混頻結(jié)果外，還含有大量的組合頻率分量。3.5.1無源混頻器2021/7/2631優(yōu)點：電路簡單3.5.1無源混頻器2021/7/2631例3.5.1求二極管平衡混頻器輸出的中頻電壓uo表達式，設(shè)本振電壓足夠大，即ULm>>URm。二極管平衡混頻電路3.5.1無源混頻器2021/7/2632例3.5.1求二極管平衡混頻器輸出的中頻電壓uo表達式，設(shè)例3.5.2二極管環(huán)形混頻器電路如圖所示，設(shè)本振電壓足夠大，即ULm>>URm。求:輸出電壓uo(t)表達式。

二極管平衡混頻電路3.5.1無源混頻器2021/7/2633例3.5.2二極管環(huán)形混頻器電路如圖所示，設(shè)本振二極管平衡有源混頻器的應(yīng)用更為廣泛，特別是在射頻集成電路（RFIC）中?？梢蕴峁┗祛l增益，采用有源平衡－非平衡轉(zhuǎn)換電路，易于集成。在有源混頻器中，通常把射頻電壓轉(zhuǎn)成電流信號，本振開關(guān)控制電流信號。優(yōu)點：1)通過端接適當負載，可以獲得一定的電壓增益；2)對本振的振幅要求降低；3)端口的隔離度更好，更適于低電壓工作。缺點：需要一定的偏置電流，帶來了直流功耗和射頻電壓的直流分量，線性度也受到了限制。3.5.2有源混頻器2021/7/2634有源混頻器的應(yīng)用更為廣泛，特別是在射頻集成電路（RFIC）中單管混頻器電路結(jié)構(gòu)單開關(guān)采樣電路實現(xiàn)混頻功能三極管混頻電路3.5.2有源混頻器2021/7/2635單管混頻器單開關(guān)采樣三極管混頻電路3.5.2有源混頻器2即由于該混頻管和轉(zhuǎn)移特性曲線具有良好的平方律特點，因此a1<<a2，a3<<a2，上述關(guān)系式可近似簡化為ic≈a0+a2u2be。

三極管混頻電路3.5.2有源混頻器2021/7/2636即由于該混頻管和轉(zhuǎn)移特性曲線具有良好的平方律三極管混頻電路3把ube=uR+uL=URmcosωRt+ULmcosωLt，代入ic~ube近似關(guān)系可得變頻跨導(dǎo)三極管混頻電路3.5.2有源混頻器2021/7/2637把ube=uR+uL=URmcosωRt+U三極管單平衡混頻電路（SBM,SingleBalancedMixer）3.5.2有源混頻器2021/7/2638三極管單平衡混頻電路（SBM,SingleBalanc本振信號的開關(guān)函數(shù)為雙向開關(guān)函數(shù)K2(ωLt)。單平衡混頻器輸出電壓為：其中二次乘積項為

無直流饋通|ωR±pωL|

單平衡混頻電路3.5.2有源混頻器2021/7/2639本振信號的開關(guān)函數(shù)為雙向開關(guān)函數(shù)K2(ωLt)。其中二次乘積吉爾伯特單元(GilbertCell)混頻電路3.5.2有源混頻器2021/7/2640吉爾伯特單元(GilbertCell)混頻電路3.5.2輸出電流為

吉爾伯特單元(GilbertCell)混頻電路3.5.2有源混頻器2021/7/2641輸出電流為吉爾伯特單元(GilbertCell)混頻電路在接收機的設(shè)計中，理想情況下前級電路輸出阻抗和后級電路的輸入阻抗相等；實際情況中往往前后級電路間的阻抗不匹配；噪聲系數(shù)級聯(lián)公式中的功率增益與電壓增益不等，需要重新計算功率增益。

3.6混頻器的級聯(lián)

3.6.1帶混頻器的級聯(lián)系統(tǒng)噪聲系數(shù)的計算2021/7/2642在接收機的設(shè)計中，理想情況下前級電路輸出阻抗和后級電路的輸入混頻器與負載（通常為濾波器）連接時，可以直接連接；若對隔離或負載阻抗的匹配有要求，可以對混頻器端接。

基極放大器，輸入阻抗Zin=1/gm

共集組態(tài)，輸出電阻小，隔離度較好。

3.6 混頻器的級聯(lián)

3.6.2 混頻器端接2021/7/2643混頻器與負載（通常為濾波器）連接時，可以直接連接；基極放平衡輸出式混頻器有很多優(yōu)點，但大多數(shù)LNA與濾波器都是單端接口形式的。為了減小直接連接對增益的影響，通常采用平衡－非平衡（Balance-Unbalance）網(wǎng)絡(luò)，稱為“巴侖”（Balum），將混頻器輸出的差分信號轉(zhuǎn)換成單端形式。

目前在混頻器中大多數(shù)使用的巴侖為無源器件，常用LC網(wǎng)絡(luò)與變壓器構(gòu)成。

3.6 混頻器的級聯(lián)

3.6.3平衡－非平衡轉(zhuǎn)換2021/7/2644平衡輸出式混頻器有很多優(yōu)點，但大多數(shù)LNA與濾波器都是單端接

單端到差分雙端（非平衡－平衡）LC轉(zhuǎn)換電路差分雙端到單端（平衡－非平衡）LC轉(zhuǎn)換電路

3.6 混頻器的級聯(lián)

3.6.3平衡－非平衡轉(zhuǎn)換2021/7/2645單端到差分雙端差分雙端到單端 3.6 混頻器本章小結(jié)理想混頻的基本原理是兩余弦信號相乘產(chǎn)生角頻率的“和”與“差”?；祛l器的線性時變工作狀態(tài)，是使混頻器輸出頻譜中無用組合頻率分量減少的一種有效措施。消除無用組合頻率的另一種有效方法是采用平衡電路結(jié)構(gòu)，用平衡對稱電路來抵消部分無用組合頻率分量。

混頻失真與干擾的種類有鏡像頻率干擾、交叉調(diào)制失真、三階互調(diào)干擾、組合頻率干擾等等。

2021/7/2646本章小結(jié)理想混頻的基本原理是兩余弦信號相乘產(chǎn)生角頻率的“和”2021/7/26472021/7/2647(最新整理)混頻器2021/7/2648(最新整理)混頻器2021/7/261混頻器張賓賓2021/7/2649混頻器張賓賓2021/7/2623.1引言3.2混頻原理3.3混頻失真與干擾3.4混頻器的主要指標3.5混頻器電路結(jié)構(gòu)3.6混頻器的級聯(lián)2021/7/26503.1引言2021/7/2633.1引言

混頻器（mixer）是通信系統(tǒng)的重要組成部分，用于在所有的射頻和微波系統(tǒng)進行頻率變換。這種頻率變換應(yīng)該是不失真的，原載頻已調(diào)波的調(diào)制方式和所攜帶的信息不變。

在發(fā)射系統(tǒng)中，混頻器用于上變頻；在接收系統(tǒng)中一般用作下變頻。2021/7/26513.1引言混頻器（mixer）是通信系統(tǒng)的重要組成部分混頻器是一種頻率變換器件，理想混頻器是把兩輸入信號在時域中相乘：

和頻，上變頻差頻，下變頻取出和頻為上變頻（Up-conversion）；取出差頻為下變頻（Down-conversion）必須通過濾波器濾除不需要的頻率成分。

3.2混頻原理

2021/7/2652混頻器是一種頻率變換器件，理想混頻器是把兩輸入信號在時域中相混頻器為三端口器件。混頻器有兩個輸入端：分別為射頻（RF）與本振（LO,LocalOscillator）信號，一個輸出端：中頻（IF,IntermediateFrequency）。中頻頻率fI可以有兩種關(guān)系式表達上變頻下變頻

3.2混頻原理

3.2.2混頻原理(時域)2021/7/2653混頻器為三端口器件。上變頻下變頻 3.2混頻原理

3.從頻域角度來看，混頻是一種頻譜的線性搬移，輸出IF與輸入RF的頻譜結(jié)構(gòu)相同。

射頻信號本振信號混頻輸出3.2混頻原理

3.2.2混頻原理(頻域)2021/7/2654從頻域角度來看，混頻是一種頻譜的線性搬移，輸出IF與輸入RF二極管或三極管等電路的非線性特性可以用冪級數(shù)來表示。當輸入端同時作用著兩個輸入電壓時，其表示式為：

其中當m=1,n=2,有i=2a2u1u23.2混頻原理——非線性電路的混頻功能

2021/7/2655二極管或三極管等電路的非線性特性可以用冪級數(shù)來表示。當輸入端把i=f(UQ+u1+u2)在(UQ+u1)上對u2Taylor展開若u2足夠小，簡化為

i與u2是線性關(guān)系，但它們的系數(shù)是時變，即線性時變工作狀態(tài)。

3.2.2混頻原理——線性時變工作狀態(tài)下的混頻器

2021/7/2656把i=f(UQ+u1+u2)在(UQ+u1當u1=U1mcosω1t時，u2=U2mcosω2t時，g(u1)將是角頻率為ω1的周期性函數(shù)，F(xiàn)ourier級數(shù)展開式為

代入電流表達式i=i0(u1)+g(u1)u2，得

3.2.2混頻原理——線性時變工作狀態(tài)下的混頻器

2021/7/2657當u1=U1mcosω1t時，u2=U2mcosω2t線性時變工作時產(chǎn)生的組合頻率分量的頻率通式為|±pω1±ω2|;當兩個信號u1和u2同時作用于一個非線性電路時，若u1的幅度足夠大，u2的幅度足夠小，則輸出電流i與u2成線性關(guān)系，而系數(shù)g1(u1)為時變參量，這種工作狀態(tài)為線性工作狀態(tài)，而u1為時變控制信號。在下面討論的所有混頻器電路中，都設(shè)計成這種工作狀態(tài)。3.2混頻原理——線性時變工作狀態(tài)下的混頻器2021/7/2658線性時變工作時產(chǎn)生的組合頻率分量的頻率通式為|±pω1±ω2鏡像頻率（Images）

即使是理想的下混頻器，若有一個射頻輸入信號fR和一個干擾信號fIMG=fR＋2fI，與本振混頻后可能產(chǎn)生頻率相同的中頻信號：fL-fR=fI=fIMG-fL

上式中產(chǎn)生兩個中頻信號，由干擾信號所產(chǎn)生的中頻信號稱為鏡頻，用fIMG表示。3.3 混頻失真與干擾

3.3.1失真與干擾的種類2021/7/2659鏡像頻率（Images）即使是理想的下混頻器，若有一個射頻輸入到混頻器的射頻信號與鏡頻干擾信號頻譜本振信號頻譜混頻結(jié)果

3.3 混頻失真與干擾——鏡像頻率的產(chǎn)生2021/7/2660輸入到混頻器的射頻信號本振信號頻譜混頻結(jié)果3.3 混頻失真3.3 混頻失真與干擾——互相調(diào)制（InterModulation）當射頻輸入端口有多個干擾信號fm1、fm2同時進入時，每個干擾信號與本振作用的組合頻率并不等于中頻，但可能會產(chǎn)生如下式的組合頻率分量：這些頻率分量使混頻器的輸出中頻失真。它是由非線性器件的(r+s+1)次方產(chǎn)生的。與線性放大器一樣，這種由兩個干擾信號互相作用而產(chǎn)生的干擾稱為互調(diào)失真2021/7/26613.3 混頻失真與干擾當射頻輸入端口有多個干擾信號fm1、f3.3 混頻失真與干擾

——互相調(diào)制（InterModulation）r和s的值越小，相應(yīng)產(chǎn)生的寄生中頻分量的幅度越大，互調(diào)失真就越嚴重其中以r+s＝3最為嚴重，它由混頻器非線性器件的4次方項產(chǎn)生三階互調(diào)干擾的信號頻率與射頻信號頻率之間滿足2fm1-fm2≈fRF或2fm2-fm1≈fRF2021/7/26623.3 混頻失真與干擾

——互相調(diào)制（InterModul射頻信號與本振的組合頻率f=pfL

qfR，n=p+q，若組合頻率接近接收中頻附近，就會對接收機產(chǎn)生干擾。這類干擾是指在本振或是在射頻信號頻率上下對稱分布。影響最大的是三階組合干擾頻率，即fL

2fR或2fL

fR。產(chǎn)生這種干擾的原因是混頻器的非線性或由于本振信號的頻譜不純，含有豐富的諧波成份，產(chǎn)生了這種組合頻率的干擾。3.3 混頻失真與干擾——本振和射頻的組合頻率干擾2021/7/2663射頻信號與本振的組合頻率3.3 混頻失真與干擾2021/7/

理想振蕩器輸出頻譜實際振蕩器輸出頻譜互易混頻輸出頻譜3.3 混頻失真與干擾——互易混頻（ReciprocalMixing）fRfIfRfLfI2021/7/2664理想振蕩器輸出頻譜實際振蕩器輸出頻消除或減少交調(diào)、互調(diào)干擾的方法：1)采用線性度好的混頻器，選擇合適靜態(tài)工作點；2)降低射頻信號輸入幅度，使混頻器工作在線性時變工作狀態(tài)，減少混頻的高次諧波分量。3)從電路結(jié)構(gòu)上考慮，采用多個非線性器件構(gòu)成平衡混頻電路，抵消一部分無用的組合頻率分量；4)采用補償及負反饋技術(shù)實現(xiàn)接近理想的相乘運算。消除或減少互易混頻干擾的方法：1)采用線性度較好的混頻器2)提高本振信號頻譜純度

3.3 混頻失真與干擾

3.3.2失真與干擾的抑制2021/7/2665消除或減少交調(diào)、互調(diào)干擾的方法： 3.3 混頻失真與干擾

變頻增益或損耗（ConversionGainorLoss）

變頻壓縮點（Conversioncompression）三階互調(diào)阻斷點（IP3,ThirdOrderInterceptPoint）端口隔離度（LO與RF，LO與IF，RF與IF）3.4 混頻器的主要指標

2021/7/2666變頻增益或損耗（ConversionGainorLos混頻器的變頻增益Gc定義為在本振功率PLO不變的情況下，負載獲得的最大中頻功率PIF與射頻輸入功率PRF之比的對數(shù)，即

若變頻增益Gc>0，則混頻器有增益；反之為損耗。3.4 混頻器的主要指標——變頻增益或損耗（ConversionGainorLoss）

2021/7/2667混頻器的變頻增益Gc定義為在本振功率PLO不變的若變頻變頻壓縮是指本振功率不變，中頻輸出功率隨著射頻輸入功率的增長而線性增加，其轉(zhuǎn)換增益為常數(shù)。3.4 混頻器的主要指標 ——變頻壓縮（Conversioncompression）2021/7/2668變頻壓縮是指本振功率不變，中頻輸出功率隨著射頻輸入功率的增長混頻器隔離度是指各頻率端口間的相互隔離，包括本振與射頻，本振與中頻，及射頻與中頻之間的隔離。隔離度定義為本振或射頻信號泄漏到其它端口的功率與輸入功率之比，單位為dB。泄露形成原因是混頻器內(nèi)部電路的不對稱性3.4 混頻器的主要指標 ——隔離度2021/7/2669混頻器隔離度是指各頻率端口間的相互隔離，包括本振與射頻，本振三階互調(diào)阻斷點是一個理論上的外推值，是表征混頻器線性性能的重要指標。3.4 混頻器的主要指標——三階互調(diào)阻斷點(IP3,ThirdOrderInterceptPoint)

它是由混頻器非線性特性中的三次方項產(chǎn)生的2f1-f2或2f2-f1組合干擾頻率信號，再與本振混頻后位于中頻帶內(nèi)的干擾，當三階互調(diào)干擾分量增長到和中頻基波分量相等時，混頻器輸入信號稱為混頻器的輸入IP3。IP3越大，則表明混頻器的線性動態(tài)范圍越寬，本振功率不同，IP3的值也不同。通?；祛l器產(chǎn)品的IP3指標是規(guī)定在標準本振功率下的參數(shù)2021/7/2670三階互調(diào)阻斷點是一個理論上的外推值，是表征混頻器線性性能的重IP3是規(guī)定在標準本振功率下的參數(shù)。3.4 混頻器的主要指標——三階互調(diào)阻斷點(IP3,ThirdOrderInterceptPoint)

2021/7/2671IP3是規(guī)定在標準3.4 混頻器的主要指標——三階互調(diào)阻斷點LO與RF、LO與IF、RF與IF之間的隔離;表3.4.1典型的混頻器主要參數(shù)指標名稱數(shù)值增益10dBNF12dBIIP3+5dBm輸入阻抗50端口間隔離30-40dB3．4混頻器的主要指標——端口隔離度

2021/7/2672LO與RF、LO與IF、RF與IF之間的隔離;表3.4.1■下混頻器都設(shè)計成為線性時變工作狀態(tài)?！龌祛l電路類型I.無源混頻器1)單二極管混頻電路2)二極管平衡混頻電路3)雙平衡類型的二極管環(huán)形混頻器

II.有源混頻器1)三極管混頻電路2)單平衡混頻電路3)吉爾伯特單元(GilbertCell)混頻電路

3．5 混頻器電路結(jié)構(gòu)

2021/7/2673■下混頻器都設(shè)計成為線性時變工作狀態(tài)。3．5 混頻器電路通常由非線性器件或開關(guān)元件構(gòu)成，電路簡單。不能提供變頻增益，作為下變頻的接收機電路為了得到更小的噪聲系數(shù)，在前級一般要加LNA，由此會引起更多的互調(diào)失真。無源混頻器的變壓器通常會限制混頻器的最高工作頻率，從而影響帶寬，且集成度差，體積較大。

3.5.1 無源混頻器2021/7/2674通常由非線性器件或開關(guān)元件構(gòu)成，電路簡單。 3.5.1 無二極管的大信號開關(guān)工作狀態(tài)

單二極管混頻電路3.5.1

無源混頻器2021/7/2675二極管的大信號開關(guān)工作狀態(tài)單二極管混頻電路3.加在二極管上的信號電壓幅度足夠大，二極管的伏安特性可近似用從原點出發(fā)的斜直線表示若二極管的大信號開關(guān)等效電路二極管開關(guān)工作狀態(tài)3.5.1

無源混頻器2021/7/2676加在二極管上的信號電壓幅度足夠大，二極管的伏安特性可近似用從流經(jīng)二極管的電流iD為RF直通|±pfL±fR|

|fR±fL| 3.5.1 無源混頻器2021/7/2677流經(jīng)二極管的電流iD為RF直通|±pfL±fR||fR優(yōu)點：電路簡單缺點：1)如果在射頻輸入信號含有直流分量，本振信號直接饋通到輸出端;2)輸出頻譜十分豐富，不能提供任何隔離，也不能提供混頻增益。除了產(chǎn)生所需的混頻結(jié)果外，還含有大量的組合頻率分量。3.5.1無源混頻器2021/7/2678優(yōu)點：電路簡單3.5.1無源混頻器2021/7/2631例3.5.1求二極管平衡混頻器輸出的中頻電壓uo表達式，設(shè)本振電壓足夠大，即ULm>>URm。二極管平衡混頻電路3.5.1無源混頻器2021/7/2679例3.5.1求二極管平衡混頻器輸出的中頻電壓uo表達式，設(shè)例3.5.2二極管環(huán)形混頻器電路如圖所示，設(shè)本振電壓足夠大，即ULm>>URm。求:輸出電壓uo(t)表達式。

二極管平衡混頻電路3.5.1無源混頻器2021/7/2680例3.5.2二極管環(huán)形混頻器電路如圖所示，設(shè)本振二極管平衡有源混頻器的應(yīng)用更為廣泛，特別是在射頻集成電路（RFIC）中?？梢蕴峁┗祛l增益，采用有源平衡－非平衡轉(zhuǎn)換電路，易于集成。在有源混頻器中，通常把射頻電壓轉(zhuǎn)成電流信號，本振開關(guān)控制電流信號。優(yōu)點：1)通過端接適當負載，可以獲得一定的電壓增益；2)對本振的振幅要求降低；3)端口的隔離度更好，更適于低電壓工作。缺點：需要一定的偏置電流，帶來了直流功耗和射頻電壓的直流分量，線性度也受到了限制。3.5.2有源混頻器2021/7/2681有源混頻器的應(yīng)用更為廣泛，特別是在射頻集成電路（RFIC）中單管混頻器電路結(jié)構(gòu)單開關(guān)采樣電路實現(xiàn)混頻功能三極管混頻電路3.5.2有源混頻器2021/7/2682單管混頻器單開關(guān)采樣三極管混頻電路3.5.2有源混頻器2即由于該混頻管和轉(zhuǎn)移特性曲線具有良好的平方律特點，因此a1<<a2，a3<<a2，上述關(guān)系式可近似簡化為ic≈a0+a2u2be。

三極管混頻電路3.5.2有