第六章 混頻器混頻器的技術(shù)指標(biāo)：增益·噪聲·線性·失真 有源混頻器：單管混頻·單平衡混頻·雙平衡混頻無源混頻器：二極管混頻·二極管(雙)平衡混頻3/10/20251Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU第六章內(nèi)容目錄6.1混頻器概述6.2有源混頻器電路6·2·1單管跨導(dǎo)型混頻器6·2·2單平衡混頻器6·2·3吉爾伯特雙平衡混頻器6.3無源混頻器6·3·1二極管混頻6·3·2無源場效應(yīng)管混頻器3/10/20252Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混頻器概述混頻：在本振信號參與下，將輸入信號的頻率或已調(diào)信號的載頻變換為某一個固定的新頻率，而保持調(diào)制類型和調(diào)制參數(shù)都不變，這樣的頻率變換過程稱為混頻。3/10/20253Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混頻器概述實現(xiàn)方法基本方法：兩個信號相乘乘積法：使用乘法器電路（吉爾伯特乘法器）

由模擬乘法器和帶通濾波器組成疊加法：利用器件的非線性特性

二極管 —— 動態(tài)范圍大，組合頻率干擾少，

開關(guān)速度快

三極管 —— 有一定的混頻增益

場效應(yīng)管—— 平方律特性，互調(diào)、交調(diào)干擾少3/10/20254Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混頻器概述乘積型混頻器上混頻：下混頻：3/10/20255Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混頻器概述疊加型混頻器利用非線性器件冪級數(shù)展開式中的二次項，將兩個信號的相加作用改變?yōu)橄喑俗饔?。其中的相乘?a2vsvL是有用項，其它項則產(chǎn)生失真和干擾.3/10/20256Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混頻器概述混頻器的性能指標(biāo)(1)增益：輸出中頻信號大小與輸入射頻信號大小之比

電壓增益AV=VIF/VIN.AV越大，接收機靈敏度越高。

功率增益GP=PIF/PIN由于端口特性阻抗不同，其dB值會與電壓增義值不同。(2)噪聲

混頻器處于整個接收機的前端，它的噪聲系數(shù)對整個接收機來講是相當(dāng)重要的。

單邊帶噪聲

雙邊帶噪聲(3)線性范圍

混頻器對輸入小信號而言，是線性網(wǎng)絡(luò)，隨著信號的增加會出現(xiàn)非線性失真。

指標(biāo):1dB壓縮點·三階互調(diào)截點·線性動態(tài)范圍二者之間有3dB的差值3/10/20257Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混頻器概述(4)失真由各種組合頻率所形成的干擾，主要包括:a.干擾哨聲 中頻為 若組合頻率 其中F為音頻 在解調(diào)時，就會產(chǎn)生頻率固定為F的信號，形成干擾哨聲。可能產(chǎn)生干擾哨聲的頻率為：一般在p,q比較小時才會出現(xiàn)，設(shè)計工作頻點時應(yīng)當(dāng)避開這些干擾頻率點。例，fI=465kHz,fs=927kHz,問是否會出現(xiàn)干擾哨聲？解：fL=fs+fI=1392kHz,2fs-fL=2×927-1392=462kHz=465kHz-3kHz

若采用同步解調(diào)，可以聽到3kHz頻率的哨聲。3/10/20258Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混頻器概述b.寄生通道干擾若輸入干擾信號組合頻率為：滿足：或則產(chǎn)生寄生通道干擾。（1）p=0,q=1 fn=fI

, 中頻干擾（2）p=1,q=1 fn=fL+fI=fs+2fI

鏡頻干擾（3）p=2,q=2 fn=fL±fI/2 寄生通道干擾

p=1,q=2 fn=fL/2±fI/2 寄生通道干擾例（1）收聽fs1=550kHz電臺節(jié)目時，還能收到1480kHz干擾電臺聲音；（2）收聽fs2=1480kHz電臺節(jié)目時，還能收到740kHz干擾電臺聲音；請分析原因。解：（1）fn1=fs1+2fI=550+2×465=1480kHz；鏡頻干擾

（2）

fn2=fL/2±fI/2=(1480-465)/2+465/2=740kHz3/10/20259Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混頻器概述c.互調(diào)失真最強的互調(diào)通道為：稱為三階互調(diào)。由4次乘冪項中的造成，相應(yīng)的干擾輸出為：3/10/202510Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6·1混頻器概述(5)口間隔離

本振向射頻泄漏：影響LNA工作，甚至通過天線輻射;

射頻向本振泄漏：強干擾信號影響本振，出現(xiàn)頻率牽引;

本振向中頻泄漏：使中頻放大器過載;

(6)阻抗

a.阻抗匹配 射頻口與其濾波器相匹配，特性阻抗一般為50W;

中頻口與中頻濾波器相匹配，特性阻抗一般大于50W; (聲表面波200W

陶瓷濾波器330W

晶體濾波器1kW b.每個口對其他兩個口的信號力求短路，以減少口間干擾。3/10/202511Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路晶體三極管混頻器三極管混頻器電路如圖，晶體管轉(zhuǎn)移特性和兩個輸入信號分別為：vs和vL均為小信號，用冪級數(shù)展開：3/10/202512Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路vs為小信號，vL為大信號，用線性時變分析法處理，在vBE=VBB+vL處展開iC=f(vBE)，取一階乘冪項，可得：把gm(t)表達(dá)式代入iC表達(dá)式，得出中頻分量為：定義中頻電流振幅與輸入信號電壓振幅之比為混頻跨導(dǎo)gc,有:3/10/202513Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路討論：（1）gc與VLm有關(guān)。在自給偏壓的作用下，隨著VLm增大，gc還會下降。3/10/202514Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路

（2）gc與VBB有關(guān)

VBB過小，截止限制gm1VBB過大，飽和限制gm1＝>VBB適中，有最大的gm13/10/202515Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路實際電路電路組態(tài)：共e，gc大共b，工作頻率高信號注入方式：分離——在不同極注入，兩個源互相不受影響；疊加——在同一點注入3/10/202516Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路3/10/202517Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路場效應(yīng)管混頻器3/10/202518Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路單平衡混頻電路單差分對電路由兩個對稱的共射放大器通過電流源電路耦合實現(xiàn)。其中，各管的b遠(yuǎn)大于1，認(rèn)為集電極電流與發(fā)射極電流相等，即:其中：23/10/202519Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路由晶體管特性可知：所以：從而同理可得3/10/202520Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路雙端輸出時討論：(1)v1為小信號時（v1<=VT=26mV)3/10/202521Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路(2)v1為中信號時（VT<v1<=10VT)用公式展開3/10/202522Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路(3)v1為大信號時（v1>=10vT)結(jié)論：單差分對電路中可以產(chǎn)生兩信號相乘v1v2，Di與v2呈線性關(guān)系，與v1呈雙曲正切關(guān)系。存在非相乘項，不是理想乘法器。3/10/202523Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路吉爾伯特雙平衡混頻器3/10/202524Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路靜態(tài)時：動態(tài)時：3/10/202525Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路討論：(1)v1,v2均為小信號時是理想的乘法器，但線性范圍小(2)v1,v2一個是大信號(v2)，一個是小信號(v1)時3/10/202526Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.2有源混頻器電路擴展v1的線性范圍——

加射極反饋電阻(3)v1,v2均為大信號時典型集成電路:MC15963/10/202527Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3無源混頻器二極管混頻設(shè)二極管特性為過原點的折線，導(dǎo)通后斜率為gD當(dāng)二極管電壓為：則二極管工作在開關(guān)狀態(tài)下：3/10/202528Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3無源混頻器變頻跨導(dǎo)為：3/10/202529Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3無源混頻器二極管平衡混頻vLO正半周D1、D2導(dǎo)通，vLO負(fù)半周D3、D4導(dǎo)通。分別畫出兩種情況下的等效電路，并列出電路方程可得：3/10/202530Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3無源混頻器3/10/202531Information&CommunicationEngineeringDept.XJTU6.3無源混頻器解出：求中