混频器的分类和介绍

混频器的分类和介绍半导体工艺和 RF封装技术的不断创新完全改变了工程师设计 RF、微波和毫米波应用的方式。RF设计人员需要比以往任何时候都更具体、更先进的技术和设计支持。设计技术持续发展，RF和微波器件的性质在不久的未来将大不相同。本文介绍各种类型的混频器、各自的优缺点，以及在不同市场中应用的演变。本文讨论不同混频器件（主要是混频器）不断变化的面貌，以及技术进步如何改变不同市场的需求。简介在RF和微波设计中，混频是信号链最关键的部分之一。过去，很多应用都受制于混频器的性能。混频器的频率范围、转换损耗和线性度，决定了混频器能否用于特定应用。频率高于30GHz的设计很难实现，此等频率的器件封装更是难上加难。大部分时候，简单的单、双和三平衡混频器满足了一般市场的需求。但是，随着企业开发出的应用越来越先进，并希望提高每dB的性能，传统混频器便显得捉襟见肘。当今和未来的市场需要这样的混频解决方案：针对各种应用专门定制，性能优化，并且支持基于通用平台的设计以便重复使用。根据应用类型和最终市场，如今的设计人员会有非常不同的需求。一般而言，现在大多数设计人员需要宽带性能、更高线性度、与信号链中其他器件更高的集成度，以及更低的功耗。但是，细分市场不同，以上各种需求的优先级也大不相同。不同种类的混频器和频率转换器讨论混频器和频率转换器在不同市场中的应用之前，了解不同类型混频器的基本特性会很有用。顾名思义，混频器将两个输入信号混合，产生其频率之和或频率之差。利用混频器产生比输入信号高的输出频率时（两个频率相加），称为上变频。利用混频器产生比输入信号低的输出频率时，称为下变频。下一节说明各类常用混频器的高层次设计和优缺点。单/双/三平衡无源混频器最常见的混频器类型是无源混频器。此类混频器有不同的设计样式，如单端、单平衡、双平衡和三平衡等。使用最广泛的架构是双平衡混频器。这种混频器很受欢迎，因为其性能出色，实现和架构简单，性价比高，并能提供多种选项。无源混频器通常以简易性而出名， 不需要任何外部直流电源或特殊设置。此类混频器还有其他为人所称道的特性，包括宽带宽性能、良好的动态范围、低噪声系数(NF)以及端口间良好的隔离。此类混频器的设计及其无外部直流电源要求的优势，使得混频器输出端的噪声系数很低。一个较好的经验法则是，无源混频器的噪声系数等于其转换损耗。此类混频器非常适合有低噪声系数要求的应用，而有源混频器无法满足这一要求。此类混频器擅长的另一个领域是高频和宽带宽设计。从RF一直到毫米波频率，它们都能提供良好的性能。混频器的另一个重要特性是不同端口之间的隔离。此特性往往决定了具体应用可使用何种混频器。三平衡无源混频器的隔离性能通常最佳，但其架构复杂，而且其他特性（如线性度等）有些不足。双平衡无源混频器的端口间隔离性能良好，同时架构较简单。对大多数应用而言，双平衡混频器实现了隔离度、线性度和噪声系数的最佳组合。就信号链整体而言，线性度（也常用三阶交调截点IIP3来衡量）是RF和微波设计的最重要特性之一。无源混频器通常以高线性度性能而出名。遗憾的是，为了实现最佳性能，无源混频器需要高LO输入功率。多数无源混频器使用二极管或FET晶体管，需要大约13dBm到20dBm的LO驱动，这对某些应用情形来说是相当高的。高LO驱动要求是无源混频器的最大弱点之一。无源混频器的另一个弱点是混频器输出端的转换损耗。此类混频器是无增益模块的无源元件，故而混频器输出端往往有很高的信号损耗。例如，若混频器的输入功率为 0dBm，且混频器有9dB的转换损耗，则混频器输出将是 9dBm。总的来说，此类混频器非常适合测试测量和军用市场，稍后将予以讨论。无源混频器的优势宽带宽高动态范围低噪声系数高端口间隔离I/Q镜像抑制(IRM)混频器I/Q混频器是一类无源混频器。它不但拥有常规无源混频器的优势，还具备其他优势，即不通过任何外部滤波便可消除不需要的镜像信号。 此类混频器用作下变频器时也称为 IRM（镜像抑制混频器），用作上变频器时则称为 SSB（单边带混频器）。I/Q混频器由两个双