通信电子线路混频器学习教案

1、会计学1通信通信(tng xn)电子线路电子线路 混频器混频器第一页，共49页。2021年12月21日星期二3 31 1 引言引言3 32 2 混频原理混频原理3 33 3 混频失真与干扰混频失真与干扰(gnro)(gnro)3 34 4 混频器的主要指标混频器的主要指标 3 35 5 混频器电路结构混频器电路结构 3 36 6 混频器的级联混频器的级联 第1页/共49页第二页，共49页。2021年12月21日星期二第2页/共49页第三页，共49页。2021年12月21日星期二)cos()cos(2coscos ABBA和频，上变频和频，上变频差频，下变频差频，下变频和频为上变频（和频为上变频

2、（Up-conversion）；）；差频为下变频（差频为下变频（Down-conversion）第3页/共49页第四页，共49页。2021年12月21日星期二RLIfff )()(RLLRRLRLRLIfffffffffff上混频上混频(hn pn)下混频下混频(hn pn)第4页/共49页第五页，共49页。2021年12月21日星期二 射频射频(sh pn)信号信号本振信号本振信号(xnho)混频输出混频输出第5页/共49页第六页，共49页。2021年12月21日星期二线性时变线性时变(sh bin)工作状态下的混频器工作状态下的混频器第6页/共49页第七页，共49页。2021年12月21日

3、星期二组合频率分量组合频率分量幂次幂次组合频率分量组合频率分量幂次幂次11313213232 12 |21 2|32 22 |1 22|3|1 2|2p1 q2n第7页/共49页第八页，共49页。2021年12月21日星期二第8页/共49页第九页，共49页。2021年12月21日星期二有一个射频输入信号有一个射频输入信号fR一个干扰信号一个干扰信号fIMG = fR 2 fI，与本振，与本振fL 混频后混频后可能可能(knng)产生频率相同的中频信号：产生频率相同的中频信号： fL - fR = fI = fIMG - fL 产生两个中频产生两个中频(zhngpn)信号，由干扰信号所产信号，由

4、干扰信号所产生的中频生的中频(zhngpn)信号称为镜频，用信号称为镜频，用fIMG表示。表示。 第9页/共49页第十页，共49页。2021年12月21日星期二输入到混频器的射频输入到混频器的射频(sh pn)信号信号与镜频干扰信号频谱与镜频干扰信号频谱本振信号本振信号(xnho)频谱频谱混频混频(hn pn)结果结果 镜像频率的产生镜像频率的产生第10页/共49页第十一页，共49页。2021年12月21日星期二镜频与接收有用信号关于镜频与接收有用信号关于(guny)本振对称！本振对称！镜像频率镜像频率(pnl)的产生的产生14.0914.54545515RLIIMGfMHzfMHzfkHzf

5、MHz第11页/共49页第十二页，共49页。2021年12月21日星期二22213111)cos1(23)(tMUUaUatIammmm 这表明干扰信号的幅度调制信息转移到了有用这表明干扰信号的幅度调制信息转移到了有用(yu yn)信号的幅度上，这种干扰就是交叉调信号的幅度上，这种干扰就是交叉调制失真。制失真。若非若非(rufi)线性电路输入有一个相对较弱的线性电路输入有一个相对较弱的有用信号有用信号u1和一个较强的干扰信号和一个较强的干扰信号u2，且干扰信号是，且干扰信号是振幅调制信号，即振幅调制信号，即u2 = U2m(1+mcost)cos2t， 基基波电流振幅分量为波电流振幅分量为交叉

6、调制（交叉调制（Cross Modulation）第12页/共49页第十三页，共49页。2021年12月21日星期二tUUatUUatUUatUUatUatUatUUatUUatUatUatUUaUaUatUVaUaUaUaUaaimmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm)2cos(43)2cos(43 )2cos(43)2cos(43 3cos413cos41 )cos()cos( 2cos212cos21 cos)2343( cos)2343( 2121212213212213212213212213232313132121221212222212122221332321122

7、13313112222120 三阶三阶(sn ji)互调分量为互调分量为2f1 f2和和2f2 f1 互相互相(h xing)调制（调制（Inter modulation）第13页/共49页第十四页，共49页。2021年12月21日星期二本振与射频的组合频率本振与射频的组合频率(pnl)干扰干扰第14页/共49页第十五页，共49页。2021年12月21日星期二 理想理想(lxing)振振荡器输出频荡器输出频谱谱实际实际(shj)振荡器输出振荡器输出频谱频谱互易互易(h y)混频混频输出频谱输出频谱互易混频（互易混频（Reciprocal Mixing）第15页/共49页第十六页，共49页。20

8、21年12月21日星期二第16页/共49页第十七页，共49页。2021年12月21日星期二混频器其它混频器其它(qt)的干扰抑制的干扰抑制第17页/共49页第十八页，共49页。2021年12月21日星期二第18页/共49页第十九页，共49页。2021年12月21日星期二 混频器的变频增益混频器的变频增益Gc定义为在本振功率定义为在本振功率PLO不变的不变的 情况下，负载获得的最大中频功率情况下，负载获得的最大中频功率PIF与射频与射频(sh pn)输入输入 功率功率PRF之比的对数，即之比的对数，即 )()()(log10dBWPWPGLOPRFIFc常常数数 若变频增益若变频增益Gc 0，则

9、混频器有增益；反之，则混频器有增益；反之(fnzh)为损耗。为损耗。电压转换增益电压转换增益(zngy)与功率转换增益与功率转换增益(zngy) 之间的关系之间的关系变频增益或损耗（变频增益或损耗（Conversion Gain or Loss）第19页/共49页第二十页，共49页。2021年12月21日星期二变频变频(bin pn)增益或损耗（增益或损耗（Conversion Gain or Loss）第20页/共49页第二十一页，共49页。2021年12月21日星期二变频变频(bin pn)压缩（压缩（Conversion compression）第21页/共49页第二十二页，共49页。2

10、021年12月21日星期二IP3是规定在标准是规定在标准(biozhn)本振功率下的参数。本振功率下的参数。三阶互调阻断点三阶互调阻断点(IP3, Third Order Intercept Point)第22页/共49页第二十三页，共49页。2021年12月21日星期二典型典型(dinxng)的混频器主的混频器主要参数要参数指标名称指标名称数值数值增益增益10dBNF12dBIIP3+5dBm输入阻抗输入阻抗50口间隔离口间隔离10-20dB端口隔离度端口隔离度第23页/共49页第二十四页，共49页。2021年12月21日星期二第24页/共49页第二十五页，共49页。2021年12月21日星

11、期二第25页/共49页第二十六页，共49页。2021年12月21日星期二单二极管混频单二极管混频(hn pn)电路电路第26页/共49页第二十七页，共49页。2021年12月21日星期二3cos32cos221)cos()()cos(1tttRUtKRtUiLLRDRmLDRRmD流经二极管的电流流经二极管的电流(dinli)iD为为RF直通直通| pfLfR | |fR fL|单二极管混频单二极管混频(hn pn)电路电路第27页/共49页第二十八页，共49页。2021年12月21日星期二单二极管混频单二极管混频(hn pn)电路电路第28页/共49页第二十九页，共49页。2021年12月2

12、1日星期二二极管平衡二极管平衡(pnghng)混频电路混频电路第29页/共49页第三十页，共49页。2021年12月21日星期二二极管环形二极管环形(hun xn)混频电路混频电路第30页/共49页第三十一页，共49页。2021年12月21日星期二二极管环形混频二极管环形混频(hn pn)电路电路第31页/共49页第三十二页，共49页。2021年12月21日星期二第32页/共49页第三十三页，共49页。2021年12月21日星期二单管混频器单管混频器电路电路(dinl)结构结构单开关采样单开关采样电路电路(dinl)实现实现混频功能混频功能 三极管混频三极管混频(hn pn)电路电路第33页/

13、共49页第三十四页，共49页。2021年12月21日星期二即由于该混频管和转移特性曲线具有良好的平方律即由于该混频管和转移特性曲线具有良好的平方律特点，因此特点，因此(ync)a1a2，a3a2，上述关系式可近似简，上述关系式可近似简化为化为ica0+a2u2be。 三极管混频三极管混频(hn pn)电路电路第34页/共49页第三十五页，共49页。2021年12月21日星期二 tAtUtUAAuuuuaauuaaiRLILLmRRmLRLRLRc)cos(2cos2cos2)(22202220220把把ube = uR + uL = URmcosRt + ULmcosLt，代入代入ic ube

14、 近似近似(jn s)关系可得关系可得tUgtUUatAiIRmmcRLLmRmRLIIcos)cos()cos(2|2RLILmmcUag变频变频(bin pn)跨导跨导三极管混频三极管混频(hn pn)电路电路第35页/共49页第三十六页，共49页。2021年12月21日星期二三极管单平衡混频三极管单平衡混频(hn pn)电路（电路（SBM , Single Balanced Mixer） 第36页/共49页第三十七页，共49页。2021年12月21日星期二3cos31cos4)cos()()cos()(2tttUtKtUtULLRRmLRRmLo)cos()cos(2ttULRLRRm本

15、振信号的开关函数为双向开关函数本振信号的开关函数为双向开关函数K2(Lt)。单平衡单平衡(pnghng)混频器输出电压为：混频器输出电压为：其中其中(qzhng)二次乘积项为二次乘积项为 无直流馈通无直流馈通|R R p p L L| | 单平衡混频单平衡混频(hn pn)电路电路第37页/共49页第三十八页，共49页。2021年12月21日星期二吉尔伯特单元吉尔伯特单元(Gilbert Cell)混频混频(hn pn)电路电路第38页/共49页第三十九页，共49页。2021年12月21日星期二TLCTLCCCCCCCCCoutUuiUuiiiiiiiiii2tanh2tanh)()()()(

16、2156436453输出输出(shch)电流为电流为 TRTLEEoutUuUuIi2tanh2tanh吉尔伯特单元吉尔伯特单元(Gilbert Cell)混频混频(hn pn)电路电路第39页/共49页第四十页，共49页。2021年12月21日星期二吉尔伯特单元吉尔伯特单元(dnyun)(Gilbert Cell)混频电路混频电路第40页/共49页第四十一页，共49页。2021年12月21日星期二第41页/共49页第四十二页，共49页。2021年12月21日星期二第42页/共49页第四十三页，共49页。2021年12月21日星期二 共基极放大器，输入共基极放大器，输入(shr)阻抗阻抗Zin = 1/gm 共集组态共集组态(z ti)，输出电阻小，输出电阻小，隔离度较好。隔离度较好。第43页/共49页第四十四页，共49页。2021年12月21日星期二第44页/共49页第四十五页，共49页。2021年12月21日星期二