宁波高频课件第六章混频器

1、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二极管在二极管在大信号激励下大信号激励下的等效特性的等效特性结论：结论：二极管可以看成是二极管可以看成是受大信号控制受大信号控制的的单向开关单向开关 两段折线两段折线 导通时电导为导通时电导为DgDg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DiDi ( )0DDDg vtv

2、00Dv )()(1tvtSgiDDD)(1tS引入引入单向开关函数单向开关函数)(1tS则：则：Dg大信号大信号决定开关决定开关 的的重复频率重复频率)(1tS1( )()( )( )DDLOLORFitg St vtvt)()()(tvtvtvRFLOD二极管作为二极管作为混频混频时：时：问题：问题：二极管电流中包含那些频率成份？二极管电流中包含那些频率成份？分析：分析：线性时变工作状态时，二极管混频器电流中的频率成份线性时变工作状态时，二极管混频器电流中的频率成份)()()(tvtvtvRFLOD二极管作为二极管作为混频混频时：时：线性时变条件线性时变条件tVtvLOLOLOcos)(t

3、VtvRFRFRFcos)(大信号大信号小信号小信号RFLOVV1( )()( )( )DDLOLORFitg St vtvt二极管电流：二极管电流：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将电流展开：将电流展开：11( )()( ) ()( )DDLOLODLORFitg St vtg St vt11( )()( ) ()( )DDLOLODLORFitg St vtg St vt第一项频率成份第一项频率成份时变静态电流（时变静态电流（与与 无关无关）)()()(10tvtSgtILOLODRFv开关函数展开式开关函数展开式1( )()1222(cos

4、cos3cos5.)235DLODLOLOLOg tgStgttt电流频谱电流频谱：(1,.LOpp2,3,4）不包含射频和中频不包含射频和中频11( )()( ) ()( )DDLOLODLORFitg St vtg St vt第二项是信号电压第二项是信号电压 引起的输出电流引起的输出电流RFv输出电流输出电流信号电压信号电压 跨导跨导跨导取决于工作点跨导取决于工作点工作点受大信号工作点受大信号 控制控制 LOv时变跨导时变跨导1( )()( )( )( )DLORFRFi tg St vtg t vt由射频信号引起的由射频信号引起的输出电流输出电流时变跨导时变跨导乘以乘以射频电压射频电压跨

5、导曲线跨导曲线( )DDDig tvv时变跨导求法：时变跨导求法：1( )()DLOg tg St大信号工作时大信号工作时二极管伏安特性二极管伏安特性代入时变偏置代入时变偏置LOv时变跨导时变跨导( )DLODVVDig tv重复频率重复频率为为LO时变跨导中有时变跨导中有那些频谱分量那些频谱分量？线性时变工作状态线性时变工作状态的二极管的的二极管的混频功能混频功能 ( )( )RFig tvt与输入射频有关的二极管电流与输入射频有关的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与射频相乘后的与射频相乘后的中频电流中频电流为：为：tVgtVgtiIFRF

6、DLORFRFDIFcos1)cos(1)(时变跨导展开式时变跨导展开式1( )()1222(coscos3cos5.)235DLODLOLOLOg tgStgttt此此单二极管单二极管混频器的混频器的变频跨导变频跨导是是 DRFIFfcgVIg1线性时变工作状态线性时变工作状态的二极管的二极管混频器混频器输出频谱输出频谱 (1,.LOpp2,3,4）(0,135.LORFpp， ， ）缺点：口间隔离不好有缺点：口间隔离不好有射频射频和和本振泄漏本振泄漏11( )()( ) ()( )DDLOLODLORFitg St vtg St vt2. 2. 二极管双平衡混频器二极管双平衡混频器 思路思

7、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 四只二极管接成四只二极管接成环形环形 三个端口三个端口射频口射频口不平衡平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从从五个方面五个方面分析二极管双平衡混频器工作原理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：RFIFLODvvvv1RFIFLODvvvv2RFIFLODv

8、vvv3RFIFLODvvvv4)(tvLO当当 为为正正时，二极管时，二极管D1 D2 导通导通 )(tvLO当当 为为负负时，二极管时，二极管D3 D4导通导通 可分别画出可分别画出 正正、负负半周的等效电路半周的等效电路LOv)(tvLO当为当为 正正时，二极管时，二极管D1 D2 导通，导通， D3 D4不导通不导通 解方程得：解方程得：1212( )()2RFDDLOLDvtiiStRR注意注意列回路方程：列回路方程：212()0LORFDDLDDvviiRiR0)(112DDLDDRFLORiRiivv)(tvLO当为当为 负负时，二极管时，二极管D3 D4导通导通 二极管二极管D

9、1 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两者两者系数相同系数相同只是只是导通时间不同导通时间不同（2）输出中频电流）输出中频电流3412()()DDDDiiiii112( )()()2RFLOLOLDvtStStRR22( )()2RFLOLDvtStRRLORFIF取取差频差频 为中频为中频则则中频电流中频电流为：为：tRRVtiIFLDRFIFcos24)(tRRVRtvIFLDRFLIFcos24)(输出输出中频电压中频电压为：为：当当RLRD时时 tVtv

10、IFRFIFcos2)(注意：注意：中频口电流中频口电流不含不含本振和射频频率分量本振和射频频率分量1:1射频射频信号源信号源sv射频信号源射频信号源电流电流Si射频信号源射频信号源内阻内阻SR射频初级射频初级绕组电压绕组电压RFv射频射频变压器变压器1:1、不平衡不平衡平衡平衡注意注意射频口射频口各量关系：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： 中中只有只有射频，射频，没有没有本振和中频本振和中频 口间隔离好口间隔离好Si 射频口的射频口的输入阻抗输入阻抗LSRFRFiRIVR 匹配要求匹配要求SRFiRR)(tvLO分析知，当分析知，当 为为正正或

11、或负负时，时，流过两射频次级线圈的流过两射频次级线圈的电流方向相同电流方向相同34212( )( )()() 2RFRFSDDDDLDLvtvtiiiiiRRR 则则（4）隔离特性）隔离特性2( )( )2RFRFSLDLvtvtiRRR射频射频电流为：电流为：没有没有本振和中频信号本振和中频信号口间隔离好口间隔离好1:1原因？原因？电路平衡电路平衡四只二极管四只二极管特性一致特性一致平衡变压器平衡变压器特性一致特性一致本振口本振口和和 点点对射频对射频信号而言是信号而言是虚地虚地 无射频流入本振无射频流入本振BBAA和和 点点对本振对本振信号而言是信号而言是虚地虚地无本振流入射频和中频口无本

12、振流入射频和中频口 中频口中频口电流为：电流为：没有没有射频和本振信号射频和本振信号22( )()2RFLOLDvtiStRR1:1射频射频信号信号输入功率输入功率为：为： 22112 42SRFRFSLVVPRRLRFLLRFIFRVRRVP2222)2(21中频功率中频功率为：为：混频损耗混频损耗为：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 设设射频口匹配射频口匹配：SRFiLRRR则必有则必有RFSVV2二极管双平衡混频器小结二极管双平衡混频器小结1.1.通过通过四只四只工作在工作在线性时变状态线性时变状态的二极管

13、完成了混频功能的二极管完成了混频功能 2.2. 三个端口的三个端口的隔离特性隔离特性 靠四只靠四只二极管的性能一致性二极管的性能一致性及及变压器的对称性变压器的对称性保证保证 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美国美国mini-circuits公司生产的公司生产的二极管双平衡混频器二极管双平衡混频器产品指标产品指标 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 DC-500 6.57 6.57 40 40 40 40 RAY-2