混頻器概述匯編

1、 射頻通信電路信息工程學(xué)院第六章第六章 混頻器混頻器 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院音 頻 放 大高 頻 振 蕩倍 頻高 頻 放 大調(diào) 制緩 沖傳 輸 線話 筒聲 音（ 直 流 電 源 未 畫(huà) ） 低噪放 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fofs=fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 高頻電路高頻電路概述概述 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院低噪聲放大器（低噪聲放大器（LNA）特點(diǎn)）特點(diǎn)1.1.位于接收機(jī)的位于接收機(jī)的最前端最前端噪聲噪聲越小越好越小越好要求有要求有適當(dāng)適當(dāng)?shù)牡姆€(wěn)定穩(wěn)定的增益的增益2.2.接收的信號(hào)很接收的信號(hào)很微弱且變化微弱且變化 小信號(hào)線性放大器小信號(hào)線

2、性放大器線性動(dòng)態(tài)范圍大線性動(dòng)態(tài)范圍大增益自動(dòng)控制增益自動(dòng)控制3.3.通過(guò)傳輸線通過(guò)傳輸線直接和天線直接和天線或或天線濾波器天線濾波器相連相連 匹配匹配4.4.應(yīng)具有應(yīng)具有選頻功能選頻功能，抑制帶外和鏡象頻率干擾，抑制帶外和鏡象頻率干擾功率最大功率最大傳輸傳輸噪聲系噪聲系數(shù)最小數(shù)最小next 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院231112eeeePPPTTTTGG G32111211PPPFFFFGG G多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)總噪聲系數(shù)多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)總噪聲系數(shù)2. 2. 增大第一級(jí)的增益增大第一級(jí)的增益可以減少后級(jí)對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)的影響可以減少后級(jí)對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)的影響1. 1. 系統(tǒng)前級(jí)、特別是第一

3、級(jí)的噪聲系數(shù)系統(tǒng)前級(jí)、特別是第一級(jí)的噪聲系數(shù)對(duì)系統(tǒng)影響最大對(duì)系統(tǒng)影響最大結(jié)論：結(jié)論：多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的噪聲系數(shù)多級(jí)線性網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的噪聲系數(shù) 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院6.1 6.1 混頻器概述混頻器概述 發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)上上混頻器混頻器將已調(diào)制中頻信號(hào)搬移到射頻將已調(diào)制中頻信號(hào)搬移到射頻接收機(jī)接收機(jī)下下混頻器混頻器將接收到的射頻信號(hào)搬移到中頻將接收到的射頻信號(hào)搬移到中頻本振信號(hào)本振信號(hào)： tVtvLOLOLOcos)(射頻信號(hào)射頻信號(hào)： tVvRFRFRFcos相乘得相乘得： ttVVvvLORFLORFRFLORFLOcoscos21基本方法基本方法：乘法器乘法器濾波器濾波器非線性器件非

4、線性器件濾波器濾波器中頻濾波器中頻濾波器 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院調(diào)幅調(diào)幅接收機(jī)接收機(jī)混頻器的結(jié)構(gòu)框圖混頻器的結(jié)構(gòu)框圖 混頻器結(jié)構(gòu)：三個(gè)端口混頻器結(jié)構(gòu)：三個(gè)端口輸入輸入信號(hào)、信號(hào)、本振本振信號(hào)、信號(hào)、 中頻中頻信號(hào)信號(hào)非線性器件帶通濾波器本地振蕩器LvSvIv 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院時(shí)域時(shí)域特性特性輸出、輸入輸出、輸入波形波形相同、載頻不同相同、載頻不同 混頻本質(zhì)混頻本質(zhì)線性頻譜搬移線性頻譜搬移頻域頻域特性特性輸出、輸入輸出、輸入頻譜結(jié)構(gòu)、頻譜結(jié)構(gòu)、帶寬帶寬相相 同，載頻不同同，載頻不同混頻電路的實(shí)現(xiàn)混頻電路的實(shí)現(xiàn)1. 乘法器乘法器2. 非線性器件非線性器件雙極晶體管

5、雙極晶體管場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管二極管二極管為減少組合頻率分量為減少組合頻率分量工作于工作于線性時(shí)變狀態(tài)線性時(shí)變狀態(tài) 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院混頻器的混頻器的主要指標(biāo)主要指標(biāo) 增益增益 10 dB NF 12 dB IIP3 +5 dBm 輸入阻抗輸入阻抗 50口間隔離口間隔離 10 20 dB 1. 增益增益變頻變頻增益增益=輸出輸出中頻中頻輸入輸入射頻射頻 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院射頻口射頻口阻抗阻抗中頻口中頻口阻抗阻抗按按增益增益劃分混頻器劃分混頻器有源有源混頻器混頻器功率增益大于功率增益大于1無(wú)源無(wú)源混頻器混頻器功率增益小于功率增益小于1電壓增益電壓增益功率增益功率增

6、益RFIFVVVA RFIFPPPG 兩者關(guān)系？?jī)烧哧P(guān)系？LSVSRFLIFRFIFPRRARVRVPPG222/ 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院2. 噪聲噪聲討論混頻器噪聲的意義討論混頻器噪聲的意義接收機(jī)前端，對(duì)系統(tǒng)噪聲影響大接收機(jī)前端，對(duì)系統(tǒng)噪聲影響大對(duì)射頻而言是線性，可用線性網(wǎng)對(duì)射頻而言是線性，可用線性網(wǎng)絡(luò)噪聲計(jì)算公式絡(luò)噪聲計(jì)算公式混頻器的噪聲來(lái)源混頻器的噪聲來(lái)源電路器件噪聲電路器件噪聲兩個(gè)輸入噪聲兩個(gè)輸入噪聲射頻輸入射頻輸入本振輸入本振輸入混頻器的輸出噪聲混頻器的輸出噪聲位于中頻段位于中頻段頻譜搬移頻譜搬移低噪放低噪放 F1、G1帶通濾波器帶通濾波器 F2、G2混頻器混頻器F3、

7、G332111211FFFFGG G 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院混頻器的混頻器的單邊噪聲單邊噪聲和和雙邊噪聲雙邊噪聲 討論射頻噪聲的搬移討論射頻噪聲的搬移單邊單邊噪聲噪聲 射頻信號(hào)位于本振的一邊射頻信號(hào)位于本振的一邊 被搬移到被搬移到中頻中頻的噪聲的噪聲射頻射頻信號(hào)段信號(hào)段鏡像鏡像頻段頻段雙邊雙邊噪聲噪聲射頻信號(hào)位于本振的兩邊射頻信號(hào)位于本振的兩邊不存在鏡像頻率（如零中頻方案）不存在鏡像頻率（如零中頻方案）單邊單邊噪聲是噪聲是雙邊雙邊的兩倍的兩倍（高（高3dB） 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院非線性非線性 器件器件本振本振 中頻中頻濾波器濾波器RFfIFfIFf3. 失真失真混

8、頻混頻頻譜線性搬移頻譜線性搬移非線性器件非線性器件平方項(xiàng)平方項(xiàng)非線性器件非線性器件高次方項(xiàng)高次方項(xiàng)產(chǎn)生組合頻率產(chǎn)生組合頻率干擾、失真干擾、失真（1）干擾哨聲）干擾哨聲特征：接收機(jī)音頻出現(xiàn)哨叫特征：接收機(jī)音頻出現(xiàn)哨叫混頻輸入：混頻輸入：僅有僅有有用射頻有用射頻RFfIFfF付波道付波道中頻中頻 主中頻主中頻付波道中頻付波道中頻進(jìn)入檢波（解調(diào)）進(jìn)入檢波（解調(diào)）形成形成哨叫哨叫主主中頻：中頻：LORFIFfff（二次方項(xiàng)二次方項(xiàng)）組合組合頻率頻率RFLOpfqfnpq（ 次方項(xiàng)次方項(xiàng) ） 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院（2）寄生通道干擾）寄生通道干擾非線性非線性 器件器件本振本振 中頻中頻濾波

9、器濾波器RFfIFfIFf主主中頻：中頻：LORFIFfff干擾信號(hào)與本振的組合頻率干擾信號(hào)與本振的組合頻率LOmqfpfIFf寄生通道干擾寄生通道干擾最最主要主要的寄生通道干擾的寄生通道干擾1, 0pq 鏡像鏡像頻率干擾頻率干擾IFLOmfffRFfLOfmf特征：輸入伴有特征：輸入伴有干擾信號(hào)干擾信號(hào)mf1, 1pq變換能力與主中頻一樣變換能力與主中頻一樣2npq 中頻干擾中頻干擾IFmff直通直通不需要混頻不需要混頻變換能力最強(qiáng)變換能力最強(qiáng) 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院靠得靠得最近最近的干擾（半中頻干擾）的干擾（半中頻干擾） RFfLOf2RFLOmfffLOmqfpf2,2qp

10、22222LORFLOmLOIFffffff4npq變換能力：變換能力： 由非線性器件的由非線性器件的4次方引起次方引起 mf0IFf三種比較主要的三種比較主要的寄生通道干擾寄生通道干擾見(jiàn)圖見(jiàn)圖0,1qp中頻干擾11qp，鏡像頻率干擾22qp，半中頻干擾 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院3.3.互調(diào)失真互調(diào)失真非線性非線性 器件器件本振本振 中頻中頻濾波器濾波器RFfIFfIFf特征：輸入端伴有多個(gè)干擾信號(hào)特征：輸入端伴有多個(gè)干擾信號(hào)1mf2mf但是當(dāng)?shù)钱?dāng)組合頻率組合頻率11()mmRFrfsff每個(gè)干擾和本振混頻每個(gè)干擾和本振混頻1LOmIFqfpff2LOmIFqfpff由非線性器件

11、的由非線性器件的 次方項(xiàng)次方項(xiàng) 產(chǎn)生產(chǎn)生1nrsIFLOmmffsfrf)(11互調(diào)干擾互調(diào)干擾稱稱 三階互調(diào)三階互調(diào) 3 sr4n 滿足滿足RFmmfff212或或RFmmfff122 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院4. 線性范圍線性范圍問(wèn)題問(wèn)題:混頻是一種非線性功能，為什么有混頻是一種非線性功能，為什么有“線性線性”指標(biāo)？指標(biāo)？混頻混頻射頻射頻本振本振中頻中頻混頻器的混頻器的非線性非線性 輸出、輸入輸出、輸入頻率不同頻率不同混頻器的混頻器的線性線性 輸出輸出中頻中頻幅度幅度 輸入輸入射頻射頻幅度幅度 成正比成正比線性指標(biāo)線性指標(biāo)變頻增益下降變頻增益下降1dB1dB時(shí)相應(yīng)的輸入（或輸出

12、）功率值時(shí)相應(yīng)的輸入（或輸出）功率值 （1 1） 1dB 1dB 壓縮點(diǎn)壓縮點(diǎn) 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院（2 2）三階互調(diào)截點(diǎn)）三階互調(diào)截點(diǎn)混頻混頻射頻射頻本振本振中頻中頻1RFf2RFfRFf輸入信號(hào)輸入信號(hào)有用有用信號(hào)信號(hào)RFf1RFf2RFf干擾干擾信號(hào)信號(hào)（設(shè)輸入信號(hào)幅度相同）（設(shè)輸入信號(hào)幅度相同）互調(diào)互調(diào)信號(hào)產(chǎn)生信號(hào)產(chǎn)生 的中頻的中頻 12(2)RFRFLOIFffff主主中頻中頻LORFIFfff幅度相等，三階截點(diǎn)幅度相等，三階截點(diǎn)截點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入、輸出截點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入、輸出 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院（3）線性動(dòng)態(tài)范圍）線性動(dòng)態(tài)范圍定義：定義：1dB 1dB 壓

13、縮點(diǎn)與混頻器的噪聲基底之比，用壓縮點(diǎn)與混頻器的噪聲基底之比，用dBdB表示表示混頻器位于低噪放后，因此對(duì)它線性范圍要求比低噪放高混頻器位于低噪放后，因此對(duì)它線性范圍要求比低噪放高5. 口間隔離口間隔離射頻口射頻口本振口本振口中頻口中頻口本振泄漏本振泄漏影響影響LNA天線輻射天線輻射頻率頻率牽引牽引強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)信號(hào)堵塞堵塞射頻口射頻口 中頻口中頻口一般情況一般情況射頻射頻中頻，被濾除中頻，被濾除零中頻方案時(shí)零中頻方案時(shí)低噪放的偶次諧波失真會(huì)竄入中頻低噪放的偶次諧波失真會(huì)竄入中頻 射頻通信電路信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院零中頻零中頻方案中，射頻口方案中，射頻口 中頻口的影響中頻口的影響信號(hào)強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)頻率相近頻率相近tVtv111cos)(tVtv222cos)(射頻輸入為：射頻輸入為：)()()()(21tvtvtvtvRF設(shè)設(shè)LNA特性為：特性為：)()()(221tvatvati