混频器必威体育精装版分析和总结.pdf

混频器 一.混频器的工作原理 混频器在发射机和接收机系统中主要负责频率的搬移功能， 在频域上起加法器或减法器 的作用， 频域上的加减法通过时域上的乘积获得。 混频器通常可以表示为如图１所示的三端 口系统， 应至少包含三个信号： 两个输入信号和一个输出信号。 根据图 1 可以表示混频器最 常见的数学模型： 式中 表征输入信号的振幅， 表征本振信号的振幅。 图 1.混频器原理框图 对于混频器而言，混频器的输入信号分别定义为射频信号 RF(Radio Frequency)，频率记 为 ，和本振信号 LO(Local Oscillator)，频率记为 。混频器的输出信号定义为中频信号 IF(Intermediate Frequency) ，频率记为 。根据混频器的应用领域不同，中频输出选择的频 率分量也不同。当 时，混频器称为下变频器，输出低中频信号，多用于接收机系 统；当 时，混频器称为上变频器，输出高中频信号，多用于发射机系统。 常用的混频器实现方法主要有三种： 第一种是用现有的非线性器件或电路， 比如利用二 极管电压电流的指数关系实现的二极管微波混频器； 第二种是采用开关调制技术实现信号在 频域上的加减运算， 进而实现频率变换的功能， 比如基于吉尔伯特单元的混频器； 第三种是 利用已有的电子元件实现混频电路的乘法模块。 二.混频器性能指标 （一）转换增益 转换增益 (或者转换损耗 ) ，其定义是需要的 IF 输出与 RF输入的比值。 混频器的电压转换增益可表示为 : 混频器的功率转换增益可表示为： 其中 和 分别为中频输出电压和射频输入电压的有效值． 是负载电阻， 是源电 阻。当输入电阻和负载电阻相等时，两种增益的 dB 形式相等。 （二）噪声系数 一般而言， 在分析系统噪声性能时， 系统内的各模块视为黑盒子． 即无需知道模块内部 具体电路的噪声如何， 而是用一个统一的系统参数对各模块噪声进行描述。 因此在分析混频 器噪声性能时，将其看成是一个线性二端口网络。 噪声系数被用来衡量信号经过混频器后信噪比的恶化程度， 即混频器本身引入的噪声的 大小。其定义为输入 (RF)端信号的信噪比 (SNR)除以输出 (IF)端信号的信噪比。即： （三）线性度 在射频电路分析中， 如果系统输出信号与输入信号相比， 在输出信号中产生了新的频率 分量， 就说明该系统产生了非线性失真。 而实际中混频器就是这样非线性系统， 当射频输入 信号的功率超过某一限度时，输出和输入信号之间的幅值不再呈现线性相关。 一个无记忆的非线性系统的输入输出的函数关系可表示为如下泰勒级数展开的形式： 当输入信号是一个单频率的正弦信号时，即 。那么忽略高次项，这个非 线性系统的输出为： 射频电路中，通常采用 1dB 压缩点来表征这种增益因非线性而下降的现象。随着输入 信号功率的不断上升，增益衰减至 1dB 时对应的输入信号功率称为 1dB 压缩点，计算公式 如下： 当输入信号是两个等幅且频率接近的信号时，即 。忽略高次 项可得： 由于三次失真产生的三阶互调量 IM3 频