第11章频谱搬移电路无线通信射频电路技术与设计[文光.ppt

第11章频谱搬移电路 教学重点 能力要求 本章目录 第一节频谱搬移原理及分析方法第二节射频混频器第三节射频倍频器第四节射频分频器 知识结构 11 1频谱搬移原理及分析方法 一般可以使用两种不同的分析方法对频谱搬移电路进行分析 非线性分析法和时变电路分析法 1 非线性分析法 设为输入信号 为控制信号 则输出为 设 则 可以看出输出信号包含无限多的频率分量 通常将称为组合频率的阶数 11 1频谱搬移原理及分析方法 2 时变电路分析方法 时变电路的分析方法是在幂级数展开分析方法的基础上 当足够小时的近似 设输入信号分别为 因为是周期函数 则电路的时变系数可化为 输出中只含有两种频率分量 即时变电路的分析方法产生的频率与级数展开分析法产生的频率相比较 有部分频率分量在足够小的假设下忽略掉了 这在工程上是允许的 11 2射频混频器 11 2 1混频器的特性 1 频谱特性 混频器工作时分为上变频和下变频两种 假设有本振信号工作在频率 中频信号工作在频率 射频信号工作在频率 则当上变频时 输出信号为 同理当下变频时 输出信号为 其中是混频器的变频损耗 11 2射频混频器 2 变频增益 变频增益定义为可用IF输出功率与可用RF输入功率之比 即 3 噪声系数 单边带噪声输入对应于非零中频的情况 定义为 双边带噪声输入对应于零中频的情况 定义为 11 2射频混频器 定义混频器的线性动态范围为与噪声基底或灵敏度之比 4 线性动态范围 11 2 2抑制混频干扰和失真的方法 混频器的1dB压缩点和三阶截断点 混频器是非线性器件 所以要产生非线性失真 输出中频频带内不易滤除的交调产物 抑制这些寄生频率的方法有三种 1 使用理想乘法器 或平方律器件 抑制高阶项产生的输出信号 2 采用平衡电路结构 利用相互抵销原理 抑制高阶奇次项 从而抑制交调频率的产生 3 采用线性时变工作状态 减少部分寄生频率分量 11 2射频混频器 11 2 3单端二极管混频器 常见的单端二极管混频器的结构如图所示 单端二极管混频器电路 该电路的工作原理是 假设输入信号为和 根据二极管的小信号近似公式得到二极管的输出电流为 前两项是无用项 通过电路后只输出第三项 而这一项又包含多个频率分量 其中是有用信号 其它项通过电路后都被阻断 最终得到的输出为 即得到了IF分量 实现了混频 11 2射频混频器 11 2 4单端FET混频器 单端FET混频器的原理就是利用加在栅极上的LO信号驱动FET晶体管的跨导在高低间转换 提供所需要的频率 常用的电路结构如图所示 与单端二极管混频器一样 RF和LO信号首先输入到同相双工器中合成 再输入到FET晶体管的栅极上 漏极的LO电容用于提供LO信号的返回支路 而滤波器用于选择出所需要的IF频率分量 单端FET混频器电路 单端FET混频器在RF和IF端口共轭匹配的情况下 具有最大的混频增益 其中是栅极 源极电容 是输出电阻 是输入电阻 11 2射频混频器 11 2 5单平衡二极管混频器 单平衡二极管混频器的优点在于可以使RF信号的输入匹配 DC分量在IF端被抵消 如图所示 该电路使用了一个混合网络把两个单端口网络连接在一起 混合网络的单端平衡二极管混频器电路 假设输入的RF信号为 输入的LO信号为 11 2射频混频器 两个二极管的输出为 两电流再相加并化简 得到低通滤波器的输入电流 此电流再经过滤波器的选频就得到了IF信号 11 2射频混频器 11 2 6单平衡有源混频器 单平衡有源混频器的一种结构是使用差分输入的本振LO信号源驱动两个BJT晶体管 并使两个晶体管分别工作在开态 再用另一线性放大晶体管对射频RF信号进行放大 其结构如图所示 单平衡BJT混频器电路 工作在线性区 它的集电极输出电流是对射频RF信号的线性放大 且在每个瞬间可等效为恒流源 组成差分放大电路 输出电流 差分输出电流 11 2射频