雙平衡混頻器,雙平衡混頻器原理及其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

（一）雙平衡混頻器簡(jiǎn)介

混頻器（亦稱變頻器或乘法器）是用來把信號(hào)從一個(gè)頻率RF變到另一個(gè)頻率IF的電路組件。混頻器的輸出頻率包括：

兩個(gè)主要的邊帶：IF＝LO±RF或IF＝RF－LO（LO：本振頻率）；

全部高次產(chǎn)物：mLO±nRF （m,n 為整數(shù)）；直流分量。 除了所需邊帶輸出，其它輸出都是假響應(yīng)。當(dāng)混頻器用作下變頻器時(shí)，感興趣的頻率是IF＝LO－RF或IF＝RF－LO。

雙平衡混頻器的典型電路（如下圖）它由精密配對(duì)的 4×N（N＝1，2，3）個(gè)肖特基二極管和兩個(gè)寬帶傳輸線變壓器組成，對(duì)于應(yīng)用工程師而言，感興趣的是電路外部三個(gè)端口所具有的特性。

混頻二極管的電流是由泰勒級(jí)數(shù)表示的完整的混頻頻譜項(xiàng)，雙平衡混頻器用作下變頻器時(shí)在理論上對(duì)本振和射頻的偶次諧波提供完全抑制，因此其頻譜很純。雙平衡混頻器具有以下三個(gè)重要特性，這些特性的意義表現(xiàn)在它不僅可作為混頻器使用，還有許多其它重要功能。

（1）寬帶高隔離特性。當(dāng)電路平衡時(shí)，本振對(duì)射頻、中頻間、射頻對(duì)本振、中頻間以及中頻對(duì)本振、射頻間的內(nèi)在寬帶隔離，而無需插入濾波電路給應(yīng)用帶來極大的方便。

（2）中頻直流耦合。

（3）對(duì)射頻輸入的響應(yīng)與射頻的極性無關(guān)，對(duì)信號(hào)電壓的極性失真是對(duì)稱的。這意味著雙平衡混頻器對(duì)偶次諧波提供良好的抑制，而更重要的在于能夠把雙平衡混頻器的輸出表達(dá)為輸入的方方成正比，對(duì)設(shè)計(jì)師而言，這可用于正確地估算三階交調(diào)影響。

（二）雙平衡混頻器主要電參數(shù)

（1）變頻損耗和噪聲系數(shù)

變頻損耗（簡(jiǎn)稱“變損”，下同）和噪聲系數(shù)是混頻器的兩個(gè)重要參數(shù)。變損就是頻率變換的效率，它等于單邊帶中頻輸出與射頻輸入的功率之比，用dB表示。

混頻器的噪聲系數(shù)是混頻器輸入端的信噪比與混頻器輸出端的信噪比之比，用dB表示，混頻器的噪聲系數(shù)由以下幾個(gè)部分組成：?jiǎn)芜厧ё冾l損耗，二極管串聯(lián)電阻上的熱噪聲以及當(dāng)頻率低于 10KHz時(shí)的二極管的1/f噪聲，混頻器的噪聲系數(shù)通常比變頻損耗大0.5～1dB，這個(gè)參數(shù)一般不測(cè)試。

（2）變頻壓縮

變頻壓縮是混頻器線性運(yùn)用狀態(tài)下最大射頻輸入偏離線性某一壓縮量來說明的，通常規(guī)定為 1dB，“稱1dB壓縮點(diǎn)”（如圖二），混頻器工作的輸入電平比1dB壓縮點(diǎn)相應(yīng)的輸入電平越小，混頻器的失真產(chǎn)物越小，因此，應(yīng)使混頻器的輸入電平小于1dB壓縮點(diǎn)相應(yīng)的輸入電平。

（3）動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍是指混頻器在規(guī)定本振電平下，射頻輸入電平的可用范圍。一般認(rèn)為動(dòng)態(tài)范圍的上限受 1dB壓縮點(diǎn)限制。若1dB壓縮點(diǎn)的輸入電平為1dBm，即表示其射頻輸入功率最大不能超過1.25mw。

為了擴(kuò)大混頻器動(dòng)態(tài)范圍的上限，以減少混頻器的失真，要用高勢(shì)壘或超高墊壘肖特基二極管。

相應(yīng)地、混頻器的本振必須使用高電平或超高電平來激勵(lì)。

動(dòng)態(tài)范圍下限受接收機(jī)靈敏度限制，而接收機(jī)靈敏度又和其通帶寬度成反比。

例：若混頻器噪聲系數(shù)為 7dB，則通常最小可檢測(cè)功率可達(dá) -107dBm，如果系統(tǒng)中指示判據(jù)要求最小功率要高于判據(jù)10dB，則動(dòng)態(tài)范圍下為-97 dBm。

（4）隔離度

隔離度是混頻器電路平衡度的一個(gè)量度，當(dāng)電路很平衡時(shí)，各端口間的隔離度很好，信號(hào)的相互泄漏很小。對(duì)于很多應(yīng)用，本振功率泄漏到射頻端的指標(biāo)是很重要的，因?yàn)樗梢苑从吵霰菊裥盘?hào)從天線再輻射的強(qiáng)弱程度。

當(dāng)電路很平衡時(shí)，本振功率的大小不影響隔離度，但平衡度隨頻度提高而下降。通常，隔離度以每倍頻程約5 dB的速度下降。

（5）交調(diào)性能

在混頻器中，有兩種主要形式的失真產(chǎn)物：?jiǎn)我艚徽{(diào)和雙音交調(diào)產(chǎn)物。單音交調(diào)產(chǎn)物是混頻器本振信號(hào)和它的諧波對(duì)射頻信號(hào)和它的諧波組合的結(jié)果，形成為 mLO±nRF，通常把它們分為“階”。

確保分配到二極管的射頻和本振功率一致及相應(yīng)的相位平衡以及二極管的更精密配對(duì)，是降低單音交調(diào)產(chǎn)物的有效途徑。

雙音交調(diào)產(chǎn)物是射頻端有兩個(gè)信號(hào)同時(shí)加入的結(jié)果，這些信號(hào)可以產(chǎn)生諧波，互相組合，然后按（2RF1＋RF2）±LO＝IF（或）（RF1＋2RF2）±LO＝IF與本振組合。對(duì)這些產(chǎn)物感興趣是由于它們有相對(duì)大的振幅，而其頻率又剛好落在所需中頻的兩邊，很難用濾波器消除。

雙音交調(diào)產(chǎn)物的輸出是與輸入電壓的立方成正比的，因此又叫“雙音三階交調(diào)”。圖三所示的是混頻器的基本響應(yīng)和三階響應(yīng)，兩響應(yīng)的交叉點(diǎn)稱為“三階交叉點(diǎn)”，有了這個(gè)點(diǎn)，任何輸入電平下的三階響應(yīng)就可以估算，并可以比較部件的失真性能，交叉點(diǎn)與1dB壓縮點(diǎn)有一定關(guān)系，（約比1dB壓縮點(diǎn)高出10-15dB）。因此，一旦知道了1dB壓縮點(diǎn)，就可確定混頻器的動(dòng)態(tài)范圍并粗略估算交調(diào)電平。

（6）混頻器的選用

實(shí)踐證明，混頻器的正確選擇、安裝及有效接地，對(duì)其性能及保證寬帶特性很有關(guān)系。選擇不當(dāng)就可能承擔(dān)不良后果，正確地選擇混頻器可總結(jié)為以下三個(gè)基本步驟： ?選擇混頻器所需要的本振激勵(lì)電平或按最大射頻電平（1dB壓縮點(diǎn)）及允許失真水平確定本振激勵(lì)電平。

?確定封裝形式、電路連接關(guān)系及方式。

?根據(jù)頻率范圍選擇型號(hào)。

混頻器的電性能是在規(guī)定本振電平及線性應(yīng)用時(shí)，在50Ω系統(tǒng)下測(cè)試的。實(shí)際工作中，混頻器的本振功率及源阻抗和負(fù)載阻抗允許與規(guī)范值有一定差別，其電參數(shù)也將略有變化 雙平衡混頻器是一種寬帶電路組件，其帶寬通常以倍頻程表示。混頻器變損在頻帶中段是平坦的，為正確而方便地選擇并掌握其性能，在電參數(shù)表中，將頻率范圍分為三段，定義 fL 為下邊頻、M（m）為中段、fU為上邊頻，則：L段fL～10fL M段：10fL～1/2fU U段：1/2fU～fU m段：2fL～1/2fU