第六章混频器3-1

第六章混频器6.1混频器概述发射机—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基本方法：乘法器＋滤波器非线性器件＋滤波器本振信号：tVtvLOLOLOcos)(射频信号：tVvRFRFRFcos相乘得：ttVVvvLORFLORFRFLORFLOcoscos21中频滤波器调幅接收机—混频器的结构框图混频器结构：三个端口——输入信号、本振信号、中频信号时域特性——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混频器的主要指标增益10dBNF12dBIIP3+5dBm输入阻抗50Ω口间隔离10~20dB变频增益=输出中频输入射频1.增益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RFIFVVVARFIFPPPG射频口阻抗中频口阻抗两者关系？LSVSRFLIFRFIFPRRARVRVPPG222//2.噪声讨论混频器噪声的意义:接收机前端，对系统噪声影响大低噪放F1、G1带通滤波器F2、G2混频器F3、G332111211FFFFGGG混频器的单边噪声和双边噪声——讨论射频噪声的搬移单边噪声①射频信号位于本振的一边②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）非线性器件本振中频滤波器RFfIFfIFf3.失真混频——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RFfIFfF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：LORFIFfff（二次方项）组合频率RFLOpfqfnpq（次方项）（2）寄生通道干扰非线性器件本振中频滤波器RFfIFfIFf主中频：LORFIFfff干扰信号与本振的组合频率LOmqfpfIFf寄生通道干扰最主要的寄生通道干扰镜像频率干扰IFLOmfffRFfLOfmf特征：输入伴有干扰信号mf1,1pq变换能力与主中频一样2npq靠得最近的干扰（半中频干扰）RFfLOf2RFLOmfff22222LORFLOmLOIFffffff4npq变换能力：由非线性器件的4次方引起三种比较主要的寄生通道干扰mf0IFfRFfLOf2RFLOmfff中频干扰镜频干扰半中频干扰（3）互调失真非线性器件本振中频滤波器RFfIFfIFf特征：输入端伴有多个干扰信号1mf2mf但是当组合频率11()mmRFrfsffIFLOmmffsfrf)(11互调干扰每个干扰和本振混频1LOmIFqfpff2LOmIFqfpff,由非线性器件的次方项产生1nrs称三阶互调——3sr4n满足RFmmfff212或RFmmfff122次方项产生4.线性范围问题:混频是一种非线性功能，为什么有“线性”指标？混频射频本振中频线性指标变频增益下降1-dB时相应的输入（或输出）功率值（1）1-dB压缩点混频器的非线性——输出、输入频率不同混频器的线性——输出中频幅度输入射频幅度成正比变频增益=输出中频输入射频（2）三阶互调截点混频射频本振中频1RFf2RFfRFf输入信号有用信号RFf1RFf2RFf干扰信号（设输入信号幅度相同）互调信号产生的中频12(2)RFRFLOIFffff主中频LORFIFfff幅度相等，三阶截点截点对应的输入、输出1-dB压缩点与混频器的噪声基底之比，用dB表示（3）线性动态范围定义：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泄漏6.阻抗匹配混频器低噪放中频滤波器本振源对混频器三个口的阻抗要求①匹配——最佳传输②每个口对另外两个口的信号力求短路——减少口间干扰6.2有源混频器电路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.工作原理直流电源和偏置射频输入和本振中频输出原理电路（1）工作状态——线性时变)()()(tvtvVtvRFLOGGGS①线性时变必须满足的条件：tVtvRFRFRFcos)(tVtvLOLOLOcos)(两个输入：RFLOVV一大一小，且②分析线性时变的两要素（a）时变——时变偏置引出时变跨导)()(tvVtVLOGGGSQ时变偏置：......))(())((2210tVvatVvaaiGSQGSGSQGSD在时变工作点展开Di.......2210RFRFDvavaai代入.......2210RFRFDvavaai展开式系数随时变偏置而时变.......)()()(2210RFRFDvtavtatai时变频率与时变偏置中的相同LO时变跨导富氏展开：......2coscos)(210tgtggtgLOmLOmmm重复频率为LOtdtggLOmm)(210ttditggLOLOmmicos)(1时变跨导：)(tgm)(1ta（b）线性——小信号与时变跨导相乘引出频谱线性搬移)()()(0tvtgtIiRFmDD漏极输出电流条件：小信号相乘1()()mRFgtvt()RFLO()RFLO定义：变频跨导121mRFIFfcgVIg时变跨导基波分量的一半输出中频电压11()cos2IFmLRFIFvtgRVt1111()cos()cos22IFmRFRFLOmRFIFitgVtgVt滤波，得中频电流变频增益LfcRFRFLmRFIFvRgVVRgVVA/211IFDi（2）变频跨导的求法①已知器件的伏安特性曲线GSDvi~②根据跨导的定义GSDmdvdig求出器件的关系曲线GSmvg~③代入混频器的时变偏置)()(tvVtvLOGGGSGGV()LOvt④通过曲线画出时变跨导的波形GSmvg~)(tgm⑥分析变频跨导与本振幅度的关系LOV变为方波)(tgmmax1()()mmLOgtgSt变频跨导112fcmgg⑤对富氏级数分解求出基波分量幅度)(tgm1mg结论：不同的本振幅度，变频跨导不同2.设计考虑隔直流电容（1）RF口和LO口的设计——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（2）偏置①在相同的本振幅度下，偏置不同，时变跨导也不同（3）输出回路中频输出回路功能：①选频滤波②阻抗变换（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（5）本振注入方式②从源极注入优点——LO口与RF口的隔离加大缺点——本振源提供的功率比从栅极注入要大对射频的负反馈，使混频增益下降SR①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