- 混頻器的分類和介紹

圖2在同一頻譜圖上顯示了I/Q混頻器（紫色線）和雙平衡混頻器（藍(lán)色線）的性能?？梢钥吹剑琁/Q混頻器通過提供45 dB抑制來抑制不需要的低邊帶，而雙平衡混頻器同時(shí)產(chǎn)生了高邊帶和低邊帶。

像雙平衡無源混頻器一樣，I/Q混頻器也需要高LO輸入功率。從架構(gòu)看，I/Q混頻器采用兩個(gè)雙平衡混頻器，因此與兩個(gè)雙平衡混頻器相比，所需的LO驅(qū)動(dòng)往往要再多出大約3 dB。I/Q混頻器對精密平衡的相位和幅度輸入匹配很敏感。輸入信號(hào)、混合結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)板或混頻器本身的任何偏離90°的相移或幅度失衡，都會(huì)直接影響鏡像抑制水平。通過外部校準(zhǔn)混頻器以改善性能，可以校正這些誤差的影響。

由于邊帶抑制特性，I/Q混頻器常用于需要消除邊帶但不通過外部濾波的應(yīng)用，同時(shí)它能提供非常好的噪聲系數(shù)和線性度。此類市場的常見例子是微波點(diǎn)對點(diǎn)回程通信、測試測量儀器儀表和軍事用途。

I/Q混頻器的優(yōu)勢

·固有的鏡像抑制
·無需昂貴的濾波
·良好的幅度和相位匹配

有源混頻器

另一種常見混頻器是有源混頻器。有源混頻器主要有兩類：單平衡和雙平衡（也稱為吉爾伯特單元）混頻器。有源混頻器的優(yōu)勢是LO端口和RF輸出端內(nèi)置增益模塊。此類混頻器會(huì)為輸出信號(hào)提供一定的轉(zhuǎn)換增益，并且輸入LO功率要求較低。有源混頻器的典型LO輸入功率是0 dBm左右，遠(yuǎn)低于大多數(shù)無源混頻器。

有源混頻器常常還集成LO倍頻器，用來將LO頻率倍乘到更高的頻率。此倍頻器對客戶非常有利，無需高LO頻率便可驅(qū)動(dòng)混頻器。有源混頻器通常具有很好的端口間隔離。然而，其缺點(diǎn)是噪聲系數(shù)較高，而且多數(shù)情況下線性度較低。對輸入直流電源的需求影響了有源混頻器的噪聲系數(shù)和線性度。有源混頻器常用于通信和軍用市場，低LO驅(qū)動(dòng)和集成轉(zhuǎn)換增益的需求對此類市場可能很重要。在測試測量市場，有源混頻器主要用作IF子部分的第三級(jí)或最后一級(jí)混頻器，或用于低端儀表（集成化和高性價(jià)比設(shè)計(jì)比噪聲系數(shù)更重要）。

有源混頻器的優(yōu)勢

·高集成度、小尺寸
·LO驅(qū)動(dòng)要求低
·集成LO倍頻器
·良好的隔離，但線性度和噪聲系數(shù)不佳

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圖2. HMC773A無源混頻器和HMC8191 I/Q混頻器的頻譜圖，IF輸入為1 GHz，LO輸入為16 GHz.

集成頻率轉(zhuǎn)換混頻器

由于客戶需要更完整的信號(hào)鏈解決方案，還有一類混頻器變得頗受歡迎，那就是集成頻率轉(zhuǎn)換器。此類器件由不同功能模塊構(gòu)成，這些模塊連接在一起形成一個(gè)子系統(tǒng)，使得客戶的最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)更簡單。此類器件在同一封裝或芯片中集成不同模塊，例如混頻器、PLL（鎖相環(huán)）、VCO（壓控振蕩器）、倍頻器、增益模塊、檢波器等等?？蓪⒋祟惼骷谱鞒蒘IP（系統(tǒng)化封裝），即把多個(gè)裸片組裝到同一封裝中，或一個(gè)裸片包括所有設(shè)計(jì)模塊。

通過將多個(gè)器件集成到一個(gè)芯片或封裝中，頻率轉(zhuǎn)換器可以給設(shè)計(jì)人員帶來很大好處，比如：尺寸更小、器件更少、設(shè)計(jì)架構(gòu)更簡單，更重要的是，產(chǎn)品上市時(shí)間更快。

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圖3. 集成頻率轉(zhuǎn)換混頻器HMC6147A的功能框圖

混頻器在不同市場中的應(yīng)用

了解各類常用混頻器及其優(yōu)缺點(diǎn)之后，我們便可討論其在不同市場中的應(yīng)用。

蜂窩基站和中繼器市場

對于蜂窩基站和中繼器市場，成本和集成度是最大的考量因素。隨著全球3G、LTE和TDD-LTE網(wǎng)絡(luò)的快速增長，運(yùn)營商需要開發(fā)能在多個(gè)采用不同頻段的地區(qū)性市場重復(fù)利用的RF硬件平臺(tái)。在技術(shù)上和資金上，各地區(qū)性市場的需求是不同的。因此，蜂窩基站所用的混頻器必須能覆蓋多個(gè)蜂窩頻段，達(dá)到大量部署所要求的低價(jià)位水平，并提供更高的集成度以便加快開發(fā)和降低成本。所以，寬帶、有源、高集成度混頻器（頻率轉(zhuǎn)換器）常用于這一市場。