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混頻器的分類和介紹半導(dǎo)體工藝和 RF封裝技術(shù)的不斷創(chuàng)新完全改變了工程師設(shè)計 RF、微波和毫米波應(yīng)用的方式。RF設(shè)計人員需要比以往任何時候都更具體、更先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計支持。設(shè)計技術(shù)持續(xù)發(fā)展,RF和微波器件的性質(zhì)在不久的未來將大不相同。本文介紹各種類型的混頻器、各自的優(yōu)缺點,以及在不同市場中應(yīng)用的演變。本文討論不同混頻器件(主要是混頻器)不斷變化的面貌,以及技術(shù)進(jìn)步如何改變不同市場的需求。簡介在RF和微波設(shè)計中,混頻是信號鏈最關(guān)鍵的部分之一。過去,很多應(yīng)用都受制于混頻器的性能?;祛l器的頻率范圍、轉(zhuǎn)換損耗和線性度,決定了混頻器能否用于特定應(yīng)用。頻率高于30GHz的設(shè)計很難實現(xiàn),此等頻率的器件封裝更是難上加難。大部分時候,簡單的單、雙和三平衡混頻器滿足了一般市場的需求。但是,隨著企業(yè)開發(fā)出的應(yīng)用越來越先進(jìn),并希望提高每dB的性能,傳統(tǒng)混頻器便顯得捉襟見肘。當(dāng)今和未來的市場需要這樣的混頻解決方案:針對各種應(yīng)用專門定制,性能優(yōu)化,并且支持基于通用平臺的設(shè)計以便重復(fù)使用。根據(jù)應(yīng)用類型和最終市場,如今的設(shè)計人員會有非常不同的需求。一般而言,現(xiàn)在大多數(shù)設(shè)計人員需要寬帶性能、更高線性度、與信號鏈中其他器件更高的集成度,以及更低的功耗。但是,細(xì)分市場不同,以上各種需求的優(yōu)先級也大不相同。不同種類的混頻器和頻率轉(zhuǎn)換器討論混頻器和頻率轉(zhuǎn)換器在不同市場中的應(yīng)用之前,了解不同類型混頻器的基本特性會很有用。顧名思義,混頻器將兩個輸入信號混合,產(chǎn)生其頻率之和或頻率之差。利用混頻器產(chǎn)生比輸入信號高的輸出頻率時(兩個頻率相加),稱為上變頻。利用混頻器產(chǎn)生比輸入信號低的輸出頻率時,稱為下變頻。下一節(jié)說明各類常用混頻器的高層次設(shè)計和優(yōu)缺點。單/雙/三平衡無源混頻器最常見的混頻器類型是無源混頻器。此類混頻器有不同的設(shè)計樣式,如單端、單平衡、雙平衡和三平衡等。使用最廣泛的架構(gòu)是雙平衡混頻器。這種混頻器很受歡迎,因為其性能出色,實現(xiàn)和架構(gòu)簡單,性價比高,并能提供多種選項。無源混頻器通常以簡易性而出名, 不需要任何外部直流電源或特殊設(shè)置。此類混頻器還有其他為人所稱道的特性,包括寬帶寬性能、良好的動態(tài)范圍、低噪聲系數(shù)(NF)以及端口間良好的隔離。此類混頻器的設(shè)計及其無外部直流電源要求的優(yōu)勢,使得混頻器輸出端的噪聲系數(shù)很低。一個較好的經(jīng)驗法則是,無源混頻器的噪聲系數(shù)等于其轉(zhuǎn)換損耗。此類混頻器非常適合有低噪聲系數(shù)要求的應(yīng)用,而有源混頻器無法滿足這一要求。此類混頻器擅長的另一個領(lǐng)域是高頻和寬帶寬設(shè)計。從RF一直到毫米波頻率,它們都能提供良好的性能?;祛l器的另一個重要特性是不同端口之間的隔離。此特性往往決定了具體應(yīng)用可使用何種混頻器。三平衡無源混頻器的隔離性能通常最佳,但其架構(gòu)復(fù)雜,而且其他特性(如線性度等)有些不足。雙平衡無源混頻器的端口間隔離性能良好,同時架構(gòu)較簡單。對大多數(shù)應(yīng)用而言,雙平衡混頻器實現(xiàn)了隔離度、線性度和噪聲系數(shù)的最佳組合。就信號鏈整體而言,線性度(也常用三階交調(diào)截點IIP3來衡量)是RF和微波設(shè)計的最重要特性之一。無源混頻器通常以高線性度性能而出名。遺憾的是,為了實現(xiàn)最佳性能,無源混頻器需要高LO輸入功率。多數(shù)無源混頻器使用二極管或FET晶體管,需要大約13dBm到20dBm的LO驅(qū)動,這對某些應(yīng)用情形來說是相當(dāng)高的。高LO驅(qū)動要求是無源混頻器的最大弱點之一。無源混頻器的另一個弱點是混頻器輸出端的轉(zhuǎn)換損耗。此類混頻器是無增益模塊的無源元件,故而混頻器輸出端往往有很高的信號損耗。例如,若混頻器的輸入功率為 0dBm,且混頻器有9dB的轉(zhuǎn)換損耗,則混頻器輸出將是 9dBm。總的來說,此類混頻器非常適合測試測量和軍用市場,稍后將予以討論。無源混頻器的優(yōu)勢寬帶寬高動態(tài)范圍低噪聲系數(shù)高端口間隔離I/Q鏡像抑制(IRM)混頻器I/Q混頻器是一類無源混頻器。它不但擁有常規(guī)無源混頻器的優(yōu)勢,還具備其他優(yōu)勢,即不通過任何外部濾波便可消除不需要的鏡像信號。 此類混頻器用作下變頻器時也稱為 IRM(鏡像抑制混頻器),用作上變頻器時則稱為 SSB(單邊帶混頻器)。I/Q混頻器由兩個雙

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