混频器介绍完整版本

第六章 混频器混频器的技术指标：增益·噪声·线性·失真 有源混频器：单管混频·单平衡混频·双平衡混频无源混频器：二极管混频·二极管(双)平衡混频3/10/20251Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU第六章内容目录6.1混频器概述6.2有源混频器电路6·2·1单管跨导型混频器6·2·2单平衡混频器6·2·3吉尔伯特双平衡混频器6.3无源混频器6·3·1二极管混频6·3·2无源场效应管混频器3/10/20252Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混频器概述混频：在本振信号参与下，将输入信号的频率或已调信号的载频变换为某一个固定的新频率，而保持调制类型和调制参数都不变，这样的频率变换过程称为混频。3/10/20253Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混频器概述实现方法基本方法：两个信号相乘乘积法：使用乘法器电路（吉尔伯特乘法器）

由模拟乘法器和带通滤波器组成叠加法：利用器件的非线性特性

二极管 —— 动态范围大，组合频率干扰少，

开关速度快

三极管 —— 有一定的混频增益

场效应管—— 平方律特性，互调、交调干扰少3/10/20254Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混频器概述乘积型混频器上混频：下混频：3/10/20255Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混频器概述叠加型混频器利用非线性器件幂级数展开式中的二次项，将两个信号的相加作用改变为相乘作用。其中的相乘项2a2vsvL是有用项，其它项则产生失真和干扰.3/10/20256Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混频器概述混频器的性能指标(1)增益：输出中频信号大小与输入射频信号大小之比

电压增益AV=VIF/VIN.AV越大，接收机灵敏度越高。

功率增益GP=PIF/PIN由于端口特性阻抗不同，其dB值会与电压增义值不同。(2)噪声

混频器处于整个接收机的前端，它的噪声系数对整个接收机来讲是相当重要的。

单边带噪声

双边带噪声(3)线性范围

混频器对输入小信号而言，是线性网络，随着信号的增加会出现非线性失真。

指标:1dB压缩点·三阶互调截点·线性动态范围二者之间有3dB的差值3/10/20257Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混频器概述(4)失真由各种组合频率所形成的干扰，主要包括:a.干扰哨声 中频为 若组合频率 其中F为音频 在解调时，就会产生频率固定为F的信号，形成干扰哨声。可能产生干扰哨声的频率为：一般在p,q比较小时才会出现，设计工作频点时应当避开这些干扰频率点。例，fI=465kHz,fs=927kHz,问是否会出现干扰哨声？解：fL=fs+fI=1392kHz,2fs-fL=2×927-1392=462kHz=465kHz-3kHz

若采用同步解调，可以听到3kHz频率的哨声。3/10/20258Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混频器概述b.寄生通道干扰若输入干扰信号组合频率为：满足：或则产生寄生通道干扰。（1）p=0,q=1 fn=fI

, 中频干扰（2）p=1,q=1 fn=fL+fI=fs+2fI

镜频干扰（3）p=2,q=2 fn=fL±fI/2 寄生通道干扰

p=1,q=2 fn=fL/2±fI/2 寄生通道干扰例（1）收听fs1=550kHz电台节目时，还能收到1480kHz干扰电台声音；（2）收听fs2=1480kHz电台节目时，还能收到740kHz干扰电台声音；请分析原因。解：（1）fn1=fs1+2fI=550+2×465=1480kHz；镜频干扰

（2）

fn2=fL/2±fI/2=(1480-465)/2+465/2=740kHz3/10/20259Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混频器概述c.互调失真最强的互调通道为：称为三阶互调。由4次乘幂项中的造成，相应的干扰输出为：3/10/202510Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混频器概述(5)口间隔离

本振向射频泄漏：影响LNA工作，甚至通过天线辐射;

射频向本振泄漏：强干扰信号影响本振，出现频率牵引;

本振向中频泄漏：使中频放大器过载;

(6)阻抗

a.阻抗匹配 射频口与其滤波器相匹配，特性阻抗一般为50W;

中频口与中频滤波器相匹配，特性阻抗一般大于50W; (声表面波200W

陶瓷滤波器330W

晶体滤波器1kW b.每个口对其他两个口的信号力求短路，以减少口间干扰。3/10/202511Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路晶体三极管混频器三极管混频器电路如图，晶体管转移特性和两个输入信号分别为：vs和vL均为小信号，用幂级数展开：3/10/202512Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路vs为小信号，vL为大信号，用线性时变分析法处理，在vBE=VBB+vL处展开iC=f(vBE)，取一阶乘幂项，可得：把gm(t)表达式代入iC表达式，得出中频分量为：定义中频电流振幅与输入信号电压振幅之比为混频跨导gc,有:3/10/202513Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路讨论：（1）gc与VLm有关。在自给偏压的作用下，随着VLm增大，gc还会下降。3/10/202514Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路

（2）gc与VBB有关

VBB过小，截止限制gm1VBB过大，饱和限制gm1＝>VBB适中，有最大的gm13/10/202515Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路实际电路电路组态：共e，gc大共b，工作频率高信号注入方式：分离——在不同极注入，两个源互相不受影响；叠加——在同一点注入3/10/202516Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路3/10/202517Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路场效应管混频器3/10/202518Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路单平衡混频电路单差分对电路由两个对称的共射放大器通过电流源电路耦合实现。其中，各管的b远大于1，认为集电极电流与发射极电流相等，即:其中：23/10/202519Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路由晶体管特性可知：所以：从而同理可得3/10/202520Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路双端输出时讨论：(1)v1为小信号时（v1<=VT=26mV)3/10/202521Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路(2)v1为中信号时（VT<v1<=10VT)用公式展开3/10/202522Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路(3)v1为大信号时（v1>=10vT)结论：单差分对电路中可以产生两信号相乘v1v2，Di与v2呈线性关系，与v1呈双曲正切关系。存在非相乘项，不是理想乘法器。3/10/202523Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路吉尔伯特双平衡混频器3/10/202524Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路静态时：动态时：3/10/202525Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路讨论：(1)v1,v2均为小信号时是理想的乘法器，但线性范围小(2)v1,v2一个是大信号(v2)，一个是小信号(v1)时3/10/202526Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混频器电路扩展v1的线性范围——

加射极反馈电阻(3)v1,v2均为大信号时典型集成电路:MC15963/10/202527Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3无源混频器二极管混频设二极管特性为过原点的折线，导通后斜率为gD当二极管电压为：则二极管工作在开关状态下：3/10/202528Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3无源混频器变频跨导为：3/10/202529Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3无源混频器二极管平衡混频vLO正半周D1、D2导通，vLO负半周D3、D4导通。分别画出两种情况下的等效电路，并列出电路方程可得：3/10/202530Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3无源混频器3/10/202531Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3无源混频器解出：求中