3.2无源混频器电路ppt课件

1、 射频通信电路信息工程学院6.3无源混频器无源混频器 射频通信电路信息工程学院信息工程学院6.3 6.3 无源混频器无源混频器6.3.1 6.3.1 二极管混频二极管混频 1. 1. 线性时变工作状态的二极管线性时变工作状态的二极管 )()()(tvtvtvRFLODDiDv二极管的二极管的基本特性基本特性tVtvLOLOLOcos)(tVtvRFRFRFcos)(大信号大信号小信号小信号RFLOVV二极管在大信号激励下的等效特性二极管在大信号激励下的等效特性结论：二极管可以看成是受大信号控制的单向开关结论：二极管可以看成是受大信号控制的单向开关 两段折线两段折线 导通时电导为导通时电导为Dg

2、Dg 射频通信电路信息工程学院信息工程学院二极管在大信号作用下的电流二极管在大信号作用下的电流大信号决定开关大信号决定开关 的重复频率的重复频率)(1tSDiDi ( )0DDDg vtv00Dv )()(1tvtSgiDDD)(1tS引入单向开关函数引入单向开关函数)(1tS那么：那么：1( )()( )( )DDLOLORFitg St vtvt)()()(tvtvtvRFLOD二极管作为混频时：二极管作为混频时：Dg 射频通信电路信息工程学院信息工程学院大信号本振大信号本振 ）决定）决定LO开关开关 重复频率重复频率)(1tSLO线性时变通式为：线性时变通式为：)()()(0tvtgtI

3、iRFD时变跨导时变跨导( )DLODVVDig tv1( )()DLOg tg St时变静态电流时变静态电流)()()(10tvtSgtILOLOD跨导曲线跨导曲线( )DDDig tvv)()()(1tvtvtSgiRFLOLODD重复频率为重复频率为LO 射频通信电路信息工程学院信息工程学院线性时变工作状态的二极管的混频功能线性时变工作状态的二极管的混频功能 )()()(0tvtgtIiRFD二极管电流二极管电流时变跨导的基波分量为：时变跨导的基波分量为： tgtgLODcos2)(1与射频相乘后的中频电流为：与射频相乘后的中频电流为：tVgtVgtiIFRFDLORFRFDIFcos1

4、)cos(1)(时变跨导展开式时变跨导展开式1222( )()(coscos3cos5.)35DLODLOLOLOg tgStgttt此单二极管混频器的变频跨导是此单二极管混频器的变频跨导是 DRFIFfcgVIg1电流频谱：电流频谱：(1,.LOpp2,3,4）(135.LORFpp ， ， ）缺点：口间隔离不好缺点：口间隔离不好 射频通信电路信息工程学院信息工程学院2. 2. 二极管双平衡混频器二极管双平衡混频器 思路思路:采用平衡电路抵消组合频率采用平衡电路抵消组合频率环形混频器环形混频器电路结构特点电路结构特点 四只二极管接成环形四只二极管接成环形 三个端口三个端口射频口射频口不平衡平

5、衡变换不平衡平衡变换本振口本振口不平衡平衡变换不平衡平衡变换中频口中频口单端单端 射频通信电路信息工程学院信息工程学院从五个方面分析二极管双平衡混频器工作原理从五个方面分析二极管双平衡混频器工作原理(1) (1) 等效电路等效电路 本振电压本振电压tVtvLOLOLOcos)(射频电压射频电压tVtvRFRFRFcos)(满足线性时变条件满足线性时变条件RFLOVV每只二极管端电压：每只二极管端电压：RFIFLODvvvv1RFIFLODvvvv2RFIFLODvvvv3RFIFLODvvvv4)(tvLO当当 为正时，二极管为正时，二极管D1 D2 D1 D2 导通导通 )(tvLO当当 为

6、负时，二极管为负时，二极管D3 D4D3 D4导通导通 可分别画出可分别画出 正、负正、负半周的等效电路半周的等效电路LOv 射频通信电路信息工程学院信息工程学院)(tvLO当为当为 正时，二极管正时，二极管D1 D2 D1 D2 导通，导通， D3 D4D3 D4不导通不导通 列回路方程：列回路方程：解方程得：解方程得：1212( )()2RFDDLOLDvtiiStRR注意注意212()0LORFDDLDDvviiRiR0)(112DDLDDRFLORiRiivv 射频通信电路信息工程学院信息工程学院)(tvLO当为当为 负时，二极管负时，二极管D3 D4D3 D4导通导通 二极管二极管D

7、1 D2 D1 D2 不导通不导通 列回路方程并解得：列回路方程并解得：3412( )()2RFDDLOLDvtiiStRR注意注意1212( )()2RFDDLOLDvtiiStRR两者系数相同两者系数相同只是导通时间不同只是导通时间不同 射频通信电路信息工程学院信息工程学院（2输出中频电流输出中频电流3412()()DDDDiiiii112( )()()2RFLOLOLDvtStStRR22( )()2RFLOLDvtStRRLORFIF取差频取差频 为中频为中频则中频电流为：则中频电流为：tRRVtiIFLDRFIFcos24)(tRRVRtvIFLDRFLIFcos24)(输出中频电压

8、为：输出中频电压为：当当RLRLRDRD时时 tVtvIFRFIFcos2)( 射频通信电路信息工程学院信息工程学院1:1射频信号源射频信号源sv射频信号源电流射频信号源电流Si射频信号源内阻射频信号源内阻SR射频初级绕组电压射频初级绕组电压RFv射频变压器射频变压器1:1、不平衡、不平衡平衡平衡注意射频口各量关系：注意射频口各量关系：（3 3射频输入电流与输入阻抗射频输入电流与输入阻抗 结论：结论： 中只有射频，没有本振和中频中只有射频，没有本振和中频 口间隔离好口间隔离好Si 射频口的输入阻抗射频口的输入阻抗LSRFRFiRIVR 匹配要求匹配要求SRFiRR)(tvLO分析知，当分析知，

9、当 为正或负时，为正或负时，流过两射频次级线圈的电流方向相同流过两射频次级线圈的电流方向相同34212( )( )()() 2RFRFSDDDDLDLvtvtiiiiiRRR 那么那么 射频通信电路信息工程学院信息工程学院（4隔离特性隔离特性2( )( )2RFRFSLDLvtvtiRRR射频电流为：射频电流为：没有本振和中频信号没有本振和中频信号口间隔离好口间隔离好1:1原因？电路平衡原因？电路平衡四只二极管特性一致四只二极管特性一致平衡变压器特性一致平衡变压器特性一致本振口本振口和和 点对射频信号而言是虚地点对射频信号而言是虚地 无射频流入本振无射频流入本振BBAA和和 点对本振信号而言是

10、虚地点对本振信号而言是虚地无本振流入射频和中频口无本振流入射频和中频口 中频口电流为：中频口电流为：没有射频和本振信号没有射频和本振信号22( )()2RFLOLDvtiStRR 射频通信电路信息工程学院信息工程学院1:1射频信号输入功率为：射频信号输入功率为： 22112 42SRFRFSLVVPRRLRFLLRFIFRVRRVP2222)2(21中频功率为：中频功率为：混频损耗为：混频损耗为： 210lg10lg44RFIFPLdBP（5 5二极管双平衡混频器的变频损耗二极管双平衡混频器的变频损耗 设射频口匹配：设射频口匹配：SRFiLRRR则必有则必有RFSVV2 射频通信电路信息工程学

11、院信息工程学院二极管双平衡混频器小结二极管双平衡混频器小结1.1.通过四只工作在线性时变状态的二极管完成了混频功能通过四只工作在线性时变状态的二极管完成了混频功能 2. 2. 三个端口的隔离特性三个端口的隔离特性 靠四只二极管的性能一致性及变压器的对称性保证靠四只二极管的性能一致性及变压器的对称性保证 3. 无源混频器无源混频器变频损耗大于变频损耗大于14. 线性动态范围大线性动态范围大 射频通信电路信息工程学院信息工程学院美国美国mini-circuits公司生产的二极管双平衡混频器产品指标公司生产的二极管双平衡混频器产品指标 型号型号频率频率MHzMHz）LO/RF IFLO/RF IF变频损耗变频损耗 （dBdB） ( (频带中段）频带中段） LO-RF LO-RF隔离隔离 (dB)(dB) LO-IF LO-IF隔离隔离 (dB)(dB) RAY-1 RAY-15-500 DC-500 6.57 6.57 40 40 40 40 RAY-2 RAY-210-1000 DC-100010-1000 DC-1000 6.