混頻器特性介紹及主要應(yīng)用 - 全文

工作頻率

混頻器是多頻工作器件，除指明射頻信號工作頻率外，還應(yīng)注意本振和中頻頻率應(yīng)用范圍。

噪聲系數(shù)

混頻器的噪聲定義為：NF=Pno/Pso Pno是當(dāng)輸入端口噪聲溫度在所有頻率上都是標(biāo)準(zhǔn)溫度即T0=290K時，傳輸?shù)捷敵龆丝诘目傇肼曎Y用功率。Pno主要包括信號源熱噪聲，內(nèi)部損耗電阻熱噪聲，混頻器件電流散彈噪聲及本振相位噪聲。Pso為僅有有用信號輸入在輸出端產(chǎn)生的噪聲資用功率。

變頻損耗

混頻器的變頻損耗定義為混頻器射頻輸入端口的微波信號功率與中頻輸出端信號功率之比。主要由電路失配損耗，二極管的固有結(jié)損耗及非線性電導(dǎo)凈變頻損耗等引起。

1dB壓縮點

在正常工作情況下，射頻輸入電平遠(yuǎn)低于本振電平，此時中頻輸出將隨射頻輸入線性變化，當(dāng)射頻電平增加到一定程度時，中頻輸出隨射頻輸入增加的速度減慢，混頻器出現(xiàn)飽和。當(dāng)中頻輸出偏離線性1dB時的射頻輸入功率為混頻器的1dB壓縮點。對于結(jié)構(gòu)相同的混頻器，1dB壓縮點取決于本振功率大小和二極管特性，一般比本振功率低6dB。

動態(tài)范圍

動態(tài)范圍是指混頻器正常工作時的微波輸入功率范圍。其下限因混頻器的應(yīng)用環(huán)境不同而異，其上限受射頻輸入功率飽和所限，通常對應(yīng)混頻器的1dB壓縮點。

雙音三階交調(diào)

如果有兩個頻率相近的微波信號fs1和fs2和本振fLO一起輸入到混頻器，由于混頻器的非線性作用，將產(chǎn)生交調(diào)，其中三階交調(diào)可能出現(xiàn)在輸出中頻附近的地方，落入中頻通帶以內(nèi)，造成干擾，通常用三階交調(diào)抑制比來描述，即有用信號功率與三階交調(diào)信號功率比值，常表示為dBc。因中頻功率隨輸入功率成正比，當(dāng)微波輸入信號減小1dB時，三階交調(diào)信號抑制比增加2dB。

隔離度

混頻器隔離度是指各頻率端口間的相互隔離，包括本振與射頻，本振與中頻，及射頻與中頻之間的隔離。隔離度定義為本振或射頻信號泄漏到其它端口的功率與輸入功率之比，單位dB。

本振功率

混頻器的本振功率是指最佳工作狀態(tài)時所需的本振功率。原則上本振功率愈大，動態(tài)范圍增大，線性度改善（1dB壓縮點上升，三階交調(diào)系數(shù)改善）。

端口駐波比

端口駐波直接影響混頻器在系統(tǒng)中的使用，它是一個隨功率、頻率變化的參數(shù)。

中頻剩余直流偏差電壓

當(dāng)混頻器作鑒相器時，只有一個輸入時，輸出應(yīng)為零。但由于混頻管配對不理想或巴倫不平衡等原因，將在中頻輸出一個直流電壓，即中頻剩余直流偏差電壓。這一剩余直流偏差電壓將影響鑒相精度。

應(yīng)用

頻率變換：這是混頻器的一個眾所周知的用途。常用的有雙平衡混頻器和三平衡混頻器

三平衡混頻器由于采用了兩個二極管電橋。三端口都有變壓器，因此其本振、射頻及中頻帶寬可達(dá)幾個倍頻程，且動態(tài)范圍大，失真小，隔離度高。但其制造成本高，工藝復(fù)雜，因而價格較高。

鑒相：理論上所有中頻是直流耦合的混頻器均可作為鑒相器使用。將兩個頻率相同，幅度一致的射頻信號加到混頻器的本振和射頻端口，中頻端將輸出隨兩信號相差而變的直流電壓。當(dāng)兩信號是正弦時，鑒相輸出隨相差變化為正弦，當(dāng)兩輸入信號是方波時，鑒相輸出則為三角波。使用功率推薦在標(biāo)準(zhǔn)本振功率附近，輸入功率太大，會增加直流偏差電壓，太小則使輸出電平太低。

可變衰減器/開關(guān)：此類混頻器也要求中頻直流耦合。信號在混頻器本振端口和射頻端口間的傳輸損耗是有中頻電流大小控制的。當(dāng)控制電流為零時，傳輸損耗即為本振到射頻的隔離，當(dāng)控制電流在20mA以上時，傳輸損耗即混頻器的插入損耗。這樣，就可用正或負(fù)電流連續(xù)控制以形成約30dB變化范圍的可變衰減器，且在整個變化范圍內(nèi)端口駐波變化很小。同理，用方波控制就可形成開關(guān)。

相位調(diào)制器（BPSK）：此類混頻器也要求中頻直流耦合。信號在混頻器本振端口和射頻端口間傳輸相位是由中頻電流的極性控制的。在中頻端口交替地改變控制電流極性，輸出射頻信號的相位會隨之在0°和180°兩種狀態(tài)下交替變化。

正交相移鍵控調(diào)制：QPSK是由兩個BPSK、一個90度電橋和一個0度功分器構(gòu)成。

I/Q調(diào)制/解調(diào)器調(diào)制與解調(diào)實為相互逆反的過程，在系統(tǒng)中是可逆。這里主要介紹I/Q解調(diào)器，I/Q解調(diào)器由兩個混頻器、一個90度電橋和一個同相功分器構(gòu)成。

鏡像抑制混頻器：抑制鏡像頻率的濾波器一般都是固定帶寬的。但當(dāng)信號頻率改變時，鏡頻頻率也隨之改變，可能移出濾波器的抑制頻帶。在多信道接收系統(tǒng)或頻率捷變系統(tǒng)中，這種濾波器將失去作用。這時采用鏡頻抑制混頻器，本振頻率變化時，由于混頻器電路內(nèi)部相位配合關(guān)系，被抑制的鏡頻范圍也將隨之改變，使其仍能起到鏡頻抑制的作用。由于電路不是完全理想特性，存在幅度不平衡和相位不平衡，可能使鏡像抑制混頻器的電性能發(fā)生惡化，下圖為幅度不平衡和相位不平衡對電性能響加以說明。

單邊帶調(diào)制器：在多信道發(fā)射系統(tǒng)中，由于基帶頻率很低若采用普通混頻器作頻譜搬移，則在信道帶寬內(nèi)將有兩個邊帶，從而影響頻譜資源的利用。這時可采用單邊帶調(diào)制器來抑制不需要的邊帶，其基本結(jié)構(gòu)為兩個混頻器、一個90度功分器和一個同相功分器。將基帶信號分解為正交兩路與本振的正交兩路信號混頻，采用相位抵銷技術(shù)來抑制不需要的邊帶，本振由于混頻器自身的隔離而得到抑制。