5.2 混頻器電路主要技術(shù)指標

5.2混頻器電路主要技術(shù)指標

混頻器電路的主要技術(shù)指標包含有變頻增益Gc、1dB壓縮點、三階互調(diào)阻斷點（三階截點）IP3、噪聲系數(shù)NF和隔離度等。5.2.1變頻增益Gc射頻輸入功率電平與混頻器中頻輸出功率電平之比稱為變頻增益Gc，即（dB）（5.2.1）式中，射頻輸入功率PR和中頻輸出功率PI均以dBm為單位。P（dBm）=10lgP（mW），例如0dBm=1mW，3dBm=2mW，10dBm=10mW，20dBm=100mW等。對于無源二極管混頻器，變頻增益Gc<1，此時存在變頻損耗，用Lc表示。而對于有源混頻器，例如三極管、FET、集成模擬相乘器等，變頻增益Gc>1。在測量變頻增益Gc時，本振激勵功率應(yīng)該為某一固定功率電平。例如：對于50輸入、輸出的二極管環(huán)形混頻器，本振標準功率電平為7dBm。對于集成模擬乘法器MC1596，本振標準功率電平為20dBm。應(yīng)用中應(yīng)注意混頻器三個端口的阻抗匹配。當(dāng)混頻器的射頻端口通過鏡像抑制濾波器與LNA相連時，為了保證濾波器的性能，混頻器射頻端口的輸入阻抗必須與此濾波器的輸出阻抗相匹配，濾波器的輸出阻抗一般是50。同樣，混頻器的中頻端口的輸出阻抗也應(yīng)與中頻濾波器的輸入阻抗相匹配，低于100MHz的中頻濾波器的輸入阻抗一般都大于50。例如聲表面波濾波器的阻抗為200，中頻陶瓷濾波器的阻抗為330，晶體濾波器的阻抗為1k。本振端口的輸入阻抗與本機振蕩器的輸出阻抗匹配，可以有效地從本機振蕩器汲取功率。5.2.21dB壓縮點混頻器的非線性失真程度用變頻壓縮點來表示?；祛l器對射頻小信號而言是線性網(wǎng)絡(luò)，在射頻輸入電平遠小于本振電平時，混頻器處于線性運行狀態(tài)下。其中射頻輸出隨射頻輸入電平的增長而線性增加。但是，當(dāng)射頻輸入逐漸增大，增加到一定程度后，例如射頻輸入電平增加到與本振電平相差不到10dB時，中頻輸出隨射頻輸入增加的速度變慢，其中射頻輸出不隨射頻輸入電平的增長而線性增加，混頻器開始進入飽和狀態(tài)，存在非線性失真，如圖5.2.1所示。圖5.2.1變頻壓縮點（1dB）由圖5.2.1中可知，變頻壓縮點是中頻輸出功率電平偏離（低于）線性變化功率值1dB處的交點。顯然，變頻壓縮點間接地表示了混頻器的非線性失真程度。對于LNA也可以用這個1dB壓縮點來表示線性放大范圍。5.2.3三階互調(diào)阻斷點（三階截點）IP3衡量混頻器線性性能可以用三階互調(diào)阻斷點（又稱為三階截點或三階交點）來表示?；祛l器非線性特性中的立方項會引起互調(diào)失真。即式（5.1.1）中的立方項會產(chǎn)生互調(diào)頻率（212）和（22

1

），如式（5.1.3）中所列。其中高頻（21+2

）和（22+1

），一般高于通頻帶之外，可以濾除。而（21

2

）和（22

1

），有可能處于通頻帶內(nèi)，即處在接收信號R附近，并以信號失真形式進入通道，形成輸出三階互調(diào)失真干擾。顯然，在輸入射頻電平足夠大，混頻器進入非線性運行狀態(tài)時產(chǎn)生三階互調(diào)。通?；フ{(diào)失真功率隨輸入功率的立方而變化，即輸入功率每增加1dB，互調(diào)失真功率就要增加3dB，如圖5.2.2所示，即隨輸入按3:1的速度上升，而正常接收射頻R產(chǎn)生的中頻輸出是按1:1速度上升的。當(dāng)互調(diào)輸出功率電平與中頻輸出功率電平相等時，無線收發(fā)電路就無法進行正常收信。因此，該交叉點就稱為三階互調(diào)阻斷點，或簡稱三階截點和三階交點。三階截點的對應(yīng)的射頻輸入功率，是混頻器的非線性互調(diào)失真使收信機無法正常收信時的最大射頻輸入功率，工程中用IP3（dBm）表示，如圖5.2.2所示。圖5.2.2三階互調(diào)阻斷點（三階截點）可見，IP3越大，表明混頻器的線性運行范圍越寬。IP3直接表明了混頻器的線性特性，因此在工程中應(yīng)用越來越廣泛，目前很多公司生產(chǎn)的集成混頻器件都標明了IP3值。值得注意的是IP3還與本振功率電平有關(guān)。本振電平增加，混頻器件中的二極管或三極管、場效應(yīng)管的開關(guān)工作線性范圍加大，混頻器線性性能有所改善，三階互調(diào)阻斷點上升，IP3值加大。例如，二極管平衡混頻器，若本振電平為20dBm，IP3為23dBm；若本振電平為28dBm，則IP3為38dBm。工程中混頻器件手冊上標明的IP3，是規(guī)定標準本振功率電平下的三階截點參數(shù)。5.2.4噪聲系數(shù)NF混頻器的噪聲系數(shù)NF可以用輸入、輸出信號功率和噪聲功率的比值的對數(shù)來定義，如式（5.2.2）所示。（5.2.2）（5.2.3）式中，NF是噪聲系數(shù)，單位為dB；F是噪聲系數(shù)，它是NF的反對數(shù)；PSi是輸入信號功率，單位為W；PNi是輸入噪聲功率，單位為W；PSo是輸出信號功率，單位為W；PNo是輸出噪聲功率，單位為W。由式（5.2.3）可知，F(xiàn)是無量綱單位的數(shù)值。若有n個噪聲網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)時，總的噪聲系數(shù)可以用如下關(guān)系式表示：（5.2.4）式中，G1為第一級的功率增益，…，Gn1為第n1級的功率增益；F1為第一級的噪聲系數(shù)，…，F(xiàn)n為第n級的噪聲系數(shù)。接收機的噪聲系數(shù)主要取決于它的前端電路，在沒有前置LNA的情況下，噪聲系數(shù)主要取決于混頻電路。目前，所有出品的集成混頻器件都標明NF這一指標。5.2.5隔離度隔離度是表征混頻器內(nèi)部電路平衡度的一個指標，即表示混頻器各端口之間泄漏和竄透的大小。理論上混頻器各端之間應(yīng)該是嚴格隔離的。但實際上，由于混頻器器件內(nèi)部電路的不對稱性，即平衡度稍有差別，就會產(chǎn)生各端口間的竄透。如果混頻器的各端口之間的隔離度低，會直接產(chǎn)生以下幾方面的影響。本振（LO）信號端口向射頻（RF）端口的泄漏，會影響LNA的工作，甚至?xí)ㄟ^天線輻射出去。其中特別是二極管環(huán)形混頻器，與本振信號通過本振端