射頻通信電路第六章-混頻器-6-1-1資料

1、第六章 混頻器6.1 混頻器概述(i sh) 發(fā)射機(jī)上混頻器將已調(diào)制中頻信號(hào)搬移到射頻接收機(jī)下混頻器將接收到的射頻信號(hào)搬移到中頻本振信號(hào)： 射頻信號(hào)： 相乘得： 基本方法：乘法器濾波器非線性器件濾波器中頻濾波器共三十一頁(yè)調(diào)幅(dio f)接收機(jī)混頻器的結(jié)構(gòu)框圖 混頻器結(jié)構(gòu)：三個(gè)端口輸入(shr)信號(hào)、本振信號(hào)、 中頻信號(hào)非線性器件帶通濾波器本地振蕩器共三十一頁(yè)時(shí)域特性輸出、輸入波形相同、載頻不同 混頻本質(zhì)線性頻譜搬移頻域特性輸出、輸入頻譜結(jié)構(gòu)、帶寬相 同，載頻不同混頻電路(dinl)的實(shí)現(xiàn)1. 乘法器2. 非線性器件雙極晶體管場(chǎng)效應(yīng)管二極管為減少組合頻率分量工作于線性時(shí)變狀態(tài)共三十一頁(yè)混頻器的

2、主要指標(biāo) 增益 10 dB NF 12 dB IIP3 +5 dBm 輸入阻抗 50口間隔離 10 20 dB 1. 增益(zngy)變頻增益=輸出中頻輸入射頻共三十一頁(yè)射頻口阻抗中頻口阻抗按增益劃分混頻器有源混頻器增益大于1無(wú)源混頻器增益小于1電壓增益功率增益兩者關(guān)系？共三十一頁(yè)2. 噪聲(zoshng)討論混頻器噪聲的意義接收機(jī)前端，對(duì)系統(tǒng)噪聲影響大對(duì)射頻而言是線性，可用線性網(wǎng)絡(luò)噪聲計(jì)算公式混頻器的噪聲來(lái)源電路器件噪聲兩個(gè)輸入噪聲射頻輸入本振輸入混頻器的輸出噪聲位于中頻段頻譜搬移低噪放 F1、G1帶通濾波器 F2、G2混頻器F3、G3共三十一頁(yè)混頻器的單邊噪聲(zoshng)和雙邊噪聲討論

3、射頻噪聲的搬移單邊噪聲(zoshng) 射頻信號(hào)位于本振的一邊 被搬移到中頻的噪聲射頻信號(hào)段鏡像頻段雙邊噪聲射頻信號(hào)位于本振的兩邊不存在鏡像頻率（如零中頻方案）單邊噪聲是雙邊的兩倍（高3dB）共三十一頁(yè)非線性 器件本振 中頻濾波器3. 失真(sh zhn)混頻(hn pn)頻譜線性搬移非線性器件平方項(xiàng)非線性器件高次方項(xiàng)產(chǎn)生組合頻率干擾、失真（1）干擾哨聲特征：接收機(jī)音頻出現(xiàn)哨叫混頻輸入：僅有有用射頻付波道中頻 主中頻付波道中頻進(jìn)入檢波（解調(diào)）形成哨叫主中頻：（二次方項(xiàng)）組合頻率（ 次方項(xiàng) ）共三十一頁(yè)（2）寄生(jshng)通道干擾非線性 器件本振 中頻濾波器主中頻：干擾信號(hào)與本振的組合頻率寄

4、生通道干擾最主要的寄生通道(tngdo)干擾 鏡像頻率干擾特征：輸入伴有干擾信號(hào)變換能力與主中頻一樣 中頻干擾直通不需要混頻變換能力最強(qiáng)共三十一頁(yè)靠得最近的干擾(gnro)（半中頻干擾(gnro)） 變換能力： 由非線性器件的4次方引起 0三種比較(bjio)主要的寄生通道干擾見(jiàn)圖共三十一頁(yè)（3）互調(diào)失真(sh zhn)非線性 器件本振 中頻濾波器特征：輸入端伴有多個(gè)干擾信號(hào)但是當(dāng)組合頻率每個(gè)干擾和本振混頻由非線性器件的 次方項(xiàng) 產(chǎn)生互調(diào)干擾稱 三階互調(diào) 滿足或共三十一頁(yè)4. 線性范圍(fnwi)問(wèn)題:混頻是一種非線性功能，為什么有“線性”指標(biāo)？混頻射頻本振中頻混頻器的非線性 輸出、輸入頻率不

5、同混頻器的線性 輸出中頻幅度 輸入射頻幅度 成正比線性指標(biāo)(zhbio)變頻增益下降1-dB時(shí)相應(yīng)的輸入（或輸出）功率值 （1） 1-dB 壓縮點(diǎn)共三十一頁(yè)（2）三階(sn ji)互調(diào)截點(diǎn)混頻(hn pn)射頻本振中頻輸入信號(hào)有用信號(hào)干擾信號(hào)（設(shè)輸入信號(hào)幅度相同）互調(diào)信號(hào)產(chǎn)生 的中頻 主中頻幅度相等，三階截點(diǎn)截點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入、輸出共三十一頁(yè)（3）線性動(dòng)態(tài)(dngti)范圍定義(dngy)：1-dB 壓縮點(diǎn)與混頻器的噪聲基底之比，用dB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5. 口間隔離射頻口本振口中頻口本振泄漏影響LNA天線輻射頻率牽引強(qiáng)信號(hào)堵塞射頻口 中頻口一般情況射頻中頻，被

6、濾除零中頻方案時(shí)低噪放的偶次諧波失真會(huì)竄入中頻共三十一頁(yè)零中頻方案(fng n)中，射頻口 中頻口的影響信號(hào)強(qiáng)頻率相近射頻輸入為：設(shè)LNA特性為：偶次方項(xiàng)產(chǎn)生的差拍 差拍信號(hào)從射頻口 中頻口干擾直通泄漏(xilu)共三十一頁(yè)6. 阻抗匹配(z kn p pi)混頻器低噪放中頻濾波器本振源對(duì)混頻器三個(gè)口 的阻抗(zkng)要求 匹配最佳傳輸 每個(gè)口對(duì)另外兩個(gè)口的信號(hào) 力求短路 減少口間干擾共三十一頁(yè)6. 2 有源混頻器電路(dinl)用雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成特征:混頻增益 16.2.1 單管跨導(dǎo)型混頻器1. 工作(gngzu)原理直流電源和偏置射頻輸入和本振中頻輸出原理電路共三十一頁(yè)（1）工

7、作(gngzu)狀態(tài)線性時(shí)變 線性時(shí)變必須滿足(mnz)的條件：兩個(gè)輸入：一大一小，且 分析線性時(shí)變的兩要素（a）時(shí)變時(shí)變偏置引出時(shí)變跨導(dǎo)時(shí)變偏置：在時(shí)變工作點(diǎn)展開(kāi)代入共三十一頁(yè)時(shí)變跨導(dǎo)富氏展開(kāi)：重復(fù)頻率為展開(kāi)式系數(shù)(xsh)隨時(shí)變偏置而時(shí)變時(shí)變頻率與時(shí)變偏置中的 相同時(shí)變跨導(dǎo)：共三十一頁(yè)（b）線性小信號(hào)與時(shí)變(sh bin)跨導(dǎo)相乘引出頻譜線性搬移漏極輸出電流條件：小信號(hào)相乘定義：變頻跨導(dǎo)時(shí)變跨導(dǎo)基波分量的一半輸出中頻電壓濾波，得中頻電流變頻增益共三十一頁(yè)（2）變頻(bin pn)跨導(dǎo)的求法根據(jù)跨導(dǎo)的定義 求出器件的 關(guān)系曲線 代入混頻器的時(shí)變偏置 已知器件的伏安特性曲線 共三十一頁(yè)變頻跨導(dǎo)

8、 通過(guò)曲線 畫(huà)出時(shí)變跨導(dǎo)的波形 分析變頻跨導(dǎo)與本振幅度 的關(guān)系的基波分量最大變頻跨導(dǎo)的最大值 變?yōu)榉讲?對(duì) 富氏級(jí)數(shù)分解 求出基波分量幅度 共三十一頁(yè)2. 設(shè)計(jì)(shj)考慮（1）RF口和LO口的設(shè)計(jì)(shj) 隔直流電容匹配問(wèn)題： RF口和LO口同接在柵極 管子輸入端與誰(shuí)匹配？主要考慮與RF口前低噪放 匹配保證小信號(hào)傳輸LO 口的耦合電容很小，以使本振源不影響RF口的參數(shù) 共三十一頁(yè)晶體管作為(zuwi)混頻器的等效電路？與作為(zuwi)放大器的等效電路的 異同？輸入阻抗同輸出阻抗同等效電流源不同放大器混頻器變頻跨導(dǎo)共三十一頁(yè)（2）偏置(pin zh) 在相同的本振幅度下，偏置(pin z

9、h)不同，時(shí)變跨導(dǎo)也不同 時(shí)變偏置隨本振電壓 變化時(shí)，應(yīng)保證場(chǎng)效應(yīng)管工作于飽和區(qū)漏極對(duì)本振的交流阻抗為0，本振變化不影響漏極電壓措施漏極加LO串連回路共三十一頁(yè)（3）輸出(shch)回路中頻輸出回路(hul)功能： 選頻濾波（回路 帶寬與輸入射頻信 號(hào)帶寬相同） 阻抗變換（將中 頻負(fù)載變換到混頻 器輸出漏極所需阻 抗）（4）中頻陷波目的：為了減少混入輸入端的中頻干擾和噪聲方法： FET的柵極應(yīng)對(duì)中頻短路中頻陷波器共三十一頁(yè)（5）本振注入(zh r)方式 從源極注入優(yōu)點(diǎn)(yudin)LO 口與RF口的隔離加大 直流柵偏壓時(shí)變偏置缺點(diǎn) 本振源提供的功率比從柵極注入要大 對(duì)射頻 的負(fù)反饋，使混頻增益

10、下降 從柵極注入優(yōu)點(diǎn)需要的本振功率小缺點(diǎn)LO 口與RF口的隔離差共三十一頁(yè)3. 雙柵FET混頻器雙柵混頻器交流(jioli)通路圖電路(dinl)特點(diǎn) 場(chǎng)效應(yīng)管兩個(gè)柵極 本振信號(hào)接在 靠近漏極的柵極G2上 射頻信號(hào)接在 靠近源極的柵極G1上 本振口和射頻口分別與自己的源阻抗匹配 接本振信號(hào)的柵極G2應(yīng)對(duì)中頻短路 漏極應(yīng)對(duì)本振和射頻短路 共三十一頁(yè)雙柵FET混頻器工作(gngzu)原理（1）FET2工作(gngzu)特征之一（2）FET1工作特征 FET1管工作在可變電阻區(qū) （條件 很?。〧ET1的跨導(dǎo)：與 成線性與 成正比時(shí)變跨導(dǎo)重復(fù)頻率為 輸入為本振信號(hào) 輸入為射頻信號(hào) 作為跟隨器工作，源極輸出 跟隨輸入，即共三十一頁(yè) FET1的輸出電流與射頻輸入關(guān)系？（3）FET2工作(gngzu)特征之二包含了頻率 ，實(shí)現(xiàn)了混頻功能 FET2負(fù)載(fzi)為中頻濾波器 FET2為共柵中頻放大器足夠大的中頻增益雙柵場(chǎng)效應(yīng)管混頻器優(yōu)點(diǎn)：口間隔離好、易匹配、變頻增益大 FET2柵極中頻短路FET2共三十一頁(yè)內(nèi)容摘要第六章 混頻器。發(fā)射機(jī)上混頻器將已調(diào)制中頻信號(hào)搬移到射頻。接收機(jī)下混頻器將接收到的射頻信號(hào)搬移到中頻。時(shí)域特性輸出、輸入波形相同、載頻不同。頻域特性輸出、輸入頻譜結(jié)構(gòu)、帶寬(di kun)相。無(wú)源混頻器增益小于1。對(duì)射頻而言是線性，可用線性網(wǎng)。混頻器的