混频器的工作原理
1. 混频器的工作原理
2. 混频器的频谱
混频器的参数及指标
1. 变频损耗
2. 噪声系数
3. 动态范围
4. 双频三阶交调与线性度
5. 工作频率
6. 隔离度
7. 镜频抑制度
8. 端口驻波比
混频器电路
1. 单端二极管混频器
2. 单平衡混频器
3. 双平衡混频器
4. 镜像抑制混频器
几种混频器的主要性能指标的比较
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1混频器的工作原理
混频器的功用是把输入的射频信号的信息(振幅、相位等)从一个频率如实地变换到另一个频率(IF)上，如图所示
作为混频器的器件，必须有强的非线性，低的噪声，低的失真和好的频率响应特性。可用作混频器的器件
有肖特基势二极管和场效应晶体管。肖特基势垒二极管有低的结电容和低的中联电阻。场效应管因有极好的频率响应、低的噪声和容易在 MMIC 中应用，广泛地应用于混频器的设计中。
我们常常采用第一种，因为在强的高频信号总是小于低频信号。当镜频处于高频频段，可以减少对系统的损耗。
2混频器的参数及指标
变频损耗：混频器输入端的微波信号功率与输出端中频功率之比成为混频器的变频损耗；
噪声系数：在混频器中，噪声是由二极管或晶体管元件以及造成电阻性损耗(结损耗)的热源产生的。实际混频器的噪声范围是 1-5dB，二极管混频器通常可达到的噪声系数比晶体管混频器的彽。
动态范围：混频器正常工作时的微波输入功率范围。
工作频率：混频器是多频率器件，除了应指明信号工作频带以外，还应该注明本振频率可用范围及中频频率。分支电桥式的集成混频器工作频带主要受电桥频带限制，相对频带约为 10%~30%，加补偿措施的平衡电桥混频器可做到相对频带为 30%~40%。双平衡混频器是宽频带型，工作频带可达多个倍频程。
混频器隔离度：指各频率端口之间的隔离度，该指标包括三项：信号与本振之间的隔离度，信号与中频之间的隔离度，本振与中频之间的隔离度。隔离度定义为本振或信号泄漏到其他端口的功率与原有功率之比，单位为 dB。
镜频抑制度：单边带混频器镜频噪声将使噪声系数变坏 3dB。在混频器之前如果有低噪声放大器，就更必须采取措施改善对镜频的抑制度。现在优良的低噪声放大器在 C 波段（3.95-5.85GHZ， 5cm）已能做到 Nf = 0.5dB，若采用无镜频抑制功能的常规混频器，整机噪声将恶化到 3.5dB。此外，如果在镜频处有干扰，甚至可能破坏整机正常工作。
端口驻波比：在处理混频器端口匹配问题时，常常受许多因素影响。在宽频带混频器中很难达到高指标，不仅要求电路和混频管高度平衡，还要有很好的端口隔离。比如中频端口失配，其反射波再混成信号，可能使信号口驻波比变坏，而且本振功率漂动就会同时使三个端口驻波变化。
3混频器电路
单端二极管混频器：仅用一个二极管产生所需IF信号的混频器。
单管混频器的结构简单，成本小，但其隔离度取决于滤波器和耦合器相互的性能，需要用专用的滤波器以防止本振从RF端口泄漏出去；应用定向滤波器引入本振，导致噪声系数和变频损耗这两个指标的恶化；如果 AM 噪声与本振信号组合的带宽超过 RF 带宽，混频器的噪声系数也再次恶化。
单平衡混频器：由两个单端混频器与一个 3dB 混合耦合器便可组成一个单平衡混频器。
对于90度耦合器，RF和LO端口的反射系数小，VSWR为最小，但RF和LO端口之间有交叉耦合，隔离度很差；对于180度耦合器，RF和LO端口有较高的反射系数，即VSWR比较大，但RF和LO之间无交叉耦合，故其隔度很好；
从90度谐波成分可以看出，单平衡混频器比单端混频器谐波成分减少，谐波干扰也降低，直流分量经及本振噪声由于双二极管的电路结构相互抵消，减小了变频损耗；90度平衡混频器又称为分支电桥混频器，180度平衡混频器又称为环形电桥混频器。在10GHz 以下时，一般会采用分支电桥混频器，在10GHz以上时，由于其电路尺寸的限制，一般会采用环形电桥混频器。
双平衡混频器：有两个平衡——不平衡变压器和4个二极管构成。平衡-不平衡变压器是使用微波传输线构成的使平衡传输线与不平衡传输线相匹配的电路。中频输出是在LO变频器中心抽头的差电流。
目前双平衡混频器使用最为广泛，采用微带巴伦结构，可以拓宽带宽，它虽然比单平衡混频器较为复杂，但其混频谐波成分比其少很多，而且动态范围比单平衡大。如果电路具有完美的对称性，电路阻抗匹配的很好， RF-LO-IF之间的隔离度很高。
镜像抑制混频器：由两个双平衡混频器、两个正交 90 度耦合器和一个作为 LO 输入功分器使用的同相耦合器组成。
信源信号由两个混频器混出的中频在中频在端口B处同相叠加输出；外来镜频干扰或噪声由两个混频器混出的中频在端口B处反相相互抵消；两个混频器产生的内镜频即(3)在端口Ａ处反相相消，因而减少了镜频在信源处的损耗。
信号频率相对于本振的位置是固定的。对于图电路结构，LO必须大于RF，或者 f LO = f RF + f IF 才能有中频输出。镜像抑制混频器的各项指标相比其他混频器来说比较好，但其电路最为复杂，花费成本也很高，以高昂的价格换来了所有性能的一致良好。