射频通信电路第六章-混频器-6-1-1资料

1、第六章 混频器6.1 混频器概述(i sh) 发射机上混频器将已调制中频信号搬移到射频接收机下混频器将接收到的射频信号搬移到中频本振信号： 射频信号： 相乘得： 基本方法：乘法器滤波器非线性器件滤波器中频滤波器共三十一页调幅(dio f)接收机混频器的结构框图 混频器结构：三个端口输入(shr)信号、本振信号、 中频信号非线性器件带通滤波器本地振荡器共三十一页时域特性输出、输入波形相同、载频不同 混频本质线性频谱搬移频域特性输出、输入频谱结构、带宽相 同，载频不同混频电路(dinl)的实现1. 乘法器2. 非线性器件双极晶体管场效应管二极管为减少组合频率分量工作于线性时变状态共三十一页混频器的

2、主要指标 增益 10 dB NF 12 dB IIP3 +5 dBm 输入阻抗 50口间隔离 10 20 dB 1. 增益(zngy)变频增益=输出中频输入射频共三十一页射频口阻抗中频口阻抗按增益划分混频器有源混频器增益大于1无源混频器增益小于1电压增益功率增益两者关系？共三十一页2. 噪声(zoshng)讨论混频器噪声的意义接收机前端，对系统噪声影响大对射频而言是线性，可用线性网络噪声计算公式混频器的噪声来源电路器件噪声两个输入噪声射频输入本振输入混频器的输出噪声位于中频段频谱搬移低噪放 F1、G1带通滤波器 F2、G2混频器F3、G3共三十一页混频器的单边噪声(zoshng)和双边噪声讨论

3、射频噪声的搬移单边噪声(zoshng) 射频信号位于本振的一边 被搬移到中频的噪声射频信号段镜像频段双边噪声射频信号位于本振的两边不存在镜像频率（如零中频方案）单边噪声是双边的两倍（高3dB）共三十一页非线性 器件本振 中频滤波器3. 失真(sh zhn)混频(hn pn)频谱线性搬移非线性器件平方项非线性器件高次方项产生组合频率干扰、失真（1）干扰哨声特征：接收机音频出现哨叫混频输入：仅有有用射频付波道中频 主中频付波道中频进入检波（解调）形成哨叫主中频：（二次方项）组合频率（ 次方项 ）共三十一页（2）寄生(jshng)通道干扰非线性 器件本振 中频滤波器主中频：干扰信号与本振的组合频率寄

4、生通道干扰最主要的寄生通道(tngdo)干扰 镜像频率干扰特征：输入伴有干扰信号变换能力与主中频一样 中频干扰直通不需要混频变换能力最强共三十一页靠得最近的干扰(gnro)（半中频干扰(gnro)） 变换能力： 由非线性器件的4次方引起 0三种比较(bjio)主要的寄生通道干扰见图共三十一页（3）互调失真(sh zhn)非线性 器件本振 中频滤波器特征：输入端伴有多个干扰信号但是当组合频率每个干扰和本振混频由非线性器件的 次方项 产生互调干扰称 三阶互调 满足或共三十一页4. 线性范围(fnwi)问题:混频是一种非线性功能，为什么有“线性”指标？混频射频本振中频混频器的非线性 输出、输入频率不

5、同混频器的线性 输出中频幅度 输入射频幅度 成正比线性指标(zhbio)变频增益下降1-dB时相应的输入（或输出）功率值 （1） 1-dB 压缩点共三十一页（2）三阶(sn ji)互调截点混频(hn pn)射频本振中频输入信号有用信号干扰信号（设输入信号幅度相同）互调信号产生 的中频 主中频幅度相等，三阶截点截点对应的输入、输出共三十一页（3）线性动态(dngti)范围定义(dngy)：1-dB 压缩点与混频器的噪声基底之比，用dB表示混频器位于低噪放后，因此对它线性范围要求比低噪放高5. 口间隔离射频口本振口中频口本振泄漏影响LNA天线辐射频率牵引强信号堵塞射频口 中频口一般情况射频中频，被

6、滤除零中频方案时低噪放的偶次谐波失真会窜入中频共三十一页零中频方案(fng n)中，射频口 中频口的影响信号强频率相近射频输入为：设LNA特性为：偶次方项产生的差拍 差拍信号从射频口 中频口干扰直通泄漏(xilu)共三十一页6. 阻抗匹配(z kn p pi)混频器低噪放中频滤波器本振源对混频器三个口 的阻抗(zkng)要求 匹配最佳传输 每个口对另外两个口的信号 力求短路 减少口间干扰共三十一页6. 2 有源混频器电路(dinl)用双极型晶体管或场效应管构成特征:混频增益 16.2.1 单管跨导型混频器1. 工作(gngzu)原理直流电源和偏置射频输入和本振中频输出原理电路共三十一页（1）工

7、作(gngzu)状态线性时变 线性时变必须满足(mnz)的条件：两个输入：一大一小，且 分析线性时变的两要素（a）时变时变偏置引出时变跨导时变偏置：在时变工作点展开代入共三十一页时变跨导富氏展开：重复频率为展开式系数(xsh)随时变偏置而时变时变频率与时变偏置中的 相同时变跨导：共三十一页（b）线性小信号与时变(sh bin)跨导相乘引出频谱线性搬移漏极输出电流条件：小信号相乘定义：变频跨导时变跨导基波分量的一半输出中频电压滤波，得中频电流变频增益共三十一页（2）变频(bin pn)跨导的求法根据跨导的定义 求出器件的 关系曲线 代入混频器的时变偏置 已知器件的伏安特性曲线 共三十一页变频跨导

8、 通过曲线 画出时变跨导的波形 分析变频跨导与本振幅度 的关系的基波分量最大变频跨导的最大值 变为方波 对 富氏级数分解 求出基波分量幅度 共三十一页2. 设计(shj)考虑（1）RF口和LO口的设计(shj) 隔直流电容匹配问题： RF口和LO口同接在栅极 管子输入端与谁匹配？主要考虑与RF口前低噪放 匹配保证小信号传输LO 口的耦合电容很小，以使本振源不影响RF口的参数 共三十一页晶体管作为(zuwi)混频器的等效电路？与作为(zuwi)放大器的等效电路的 异同？输入阻抗同输出阻抗同等效电流源不同放大器混频器变频跨导共三十一页（2）偏置(pin zh) 在相同的本振幅度下，偏置(pin z

9、h)不同，时变跨导也不同 时变偏置随本振电压 变化时，应保证场效应管工作于饱和区漏极对本振的交流阻抗为0，本振变化不影响漏极电压措施漏极加LO串连回路共三十一页（3）输出(shch)回路中频输出回路(hul)功能： 选频滤波（回路 带宽与输入射频信 号带宽相同） 阻抗变换（将中 频负载变换到混频 器输出漏极所需阻 抗）（4）中频陷波目的：为了减少混入输入端的中频干扰和噪声方法： FET的栅极应对中频短路中频陷波器共三十一页（5）本振注入(zh r)方式 从源极注入优点(yudin)LO 口与RF口的隔离加大 直流栅偏压时变偏置缺点 本振源提供的功率比从栅极注入要大 对射频 的负反馈，使混频增益

10、下降 从栅极注入优点需要的本振功率小缺点LO 口与RF口的隔离差共三十一页3. 双栅FET混频器双栅混频器交流(jioli)通路图电路(dinl)特点 场效应管两个栅极 本振信号接在 靠近漏极的栅极G2上 射频信号接在 靠近源极的栅极G1上 本振口和射频口分别与自己的源阻抗匹配 接本振信号的栅极G2应对中频短路 漏极应对本振和射频短路 共三十一页双栅FET混频器工作(gngzu)原理（1）FET2工作(gngzu)特征之一（2）FET1工作特征 FET1管工作在可变电阻区 （条件 很小）FET1的跨导：与 成线性与 成正比时变跨导重复频率为 输入为本振信号 输入为射频信号 作为跟随器工作，源极输出 跟随输入，即共三十一页 FET1的输出电流与射频输入关系？（3）FET2工作(gngzu)特征之二包含了频率 ，实现了混频功能 FET2负载(fzi)为中频滤波器 FET2为共栅中频放大器足够大的中频增益双栅场效应管混频器优点：口间隔离好、易匹配、变频增益大 FET2栅极中频短路FET2共三十一页内容摘要第六章 混频器。发射机上混频器将已调制中频信号搬移到射频。接收机下混频器将接收到的射频信号搬移到中频。时域特性输出、输入波形相同、载频不同。频域特性输出、输入频谱结构、带宽(di kun)相。无源混频器增益小于1。对射频而言是线性，可用线性网。混频器的