第四章镜频抑制和谐波混频器介绍
混频器
混频器一.混频器的工作原理混频器在发射机和接收机系统中主要负责频率的搬移功能，在频域上起加法器或减法器的作用，频域上的加减法通过时域上的乘积获得。
混频器通常可以表示为如图１所示的三端口系统，应至少包含三个信号：两个输入信号和一个输出信号。
根据图1可以表示混频器最常见的数学模型：式中表征输入信号的振幅，表征本振信号的振幅。
图1.混频器原理框图对于混频器而言，混频器的输入信号分别定义为射频信号RF(Radio Frequency)，频率记为，和本振信号LO(Local Oscillator)，频率记为。
混频器的输出信号定义为中频信号IF(Intermediate Frequency)，频率记为。
根据混频器的应用领域不同，中频输出选择的频率分量也不同。
当时，混频器称为下变频器，输出低中频信号，多用于接收机系统；当时，混频器称为上变频器，输出高中频信号，多用于发射机系统。
常用的混频器实现方法主要有三种：第一种是用现有的非线性器件或电路，比如利用二极管电压电流的指数关系实现的二极管微波混频器；第二种是采用开关调制技术实现信号在频域上的加减运算，进而实现频率变换的功能，比如基于吉尔伯特单元的混频器；第三种是利用已有的电子元件实现混频电路的乘法模块。
二.混频器性能指标（一）转换增益转换增益(或者转换损耗)，其定义是需要的IF输出与RF输入的比值。
混频器的电压转换增益可表示为:混频器的功率转换增益可表示为：其中和分别为中频输出电压和射频输入电压的有效值．是负载电阻，是源电阻。
当输入电阻和负载电阻相等时，两种增益的dB形式相等。
（二）噪声系数一般而言，在分析系统噪声性能时，系统内的各模块视为黑盒子．即无需知道模块内部具体电路的噪声如何，而是用一个统一的系统参数对各模块噪声进行描述。
因此在分析混频器噪声性能时，将其看成是一个线性二端口网络。
噪声系数被用来衡量信号经过混频器后信噪比的恶化程度，即混频器本身引入的噪声的大小。
镜频抑制混频器
镜频抑制混频器应用ADS设计混频器．概述图1 为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用3dB 分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2 为隔离臂，1 到3、4 端口以及从2 到3、4端口都是功率平分而相位差90°。
设射频信号和本振分别从隔离臂1、2 端口加入时，初相位都是0°，考虑到传输相同的路径不影响相对相位关系。
通过定向耦合器，加到D1，D2 上的信号和本振电压分别为：可见，信号和本振都分别以 2π相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为2π型平衡混频器。
由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压的相位差，可以得到D1中混频电流为：主要的技术指标有：1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数)；2、变频增益，中频输出和射频输入的比较；3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；4、双频三阶交调与线性度；5、工作频率；6、隔离度；7、本振功率与工作点。
设计目标：射频：3.6 GHz，本振：3.8 GHz，噪音：<15。
2.具体设计过程2.1 创建一个新项目◇启动ADS◇选择Main windows◇菜单－File－New Project，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名◇点击“ok”这样就创建了一个新项目。
◇点击，新建一个电路原理图窗口，开始设计混频器。
2.2 3dB 定向耦合器设计◇里面选择类“Tlines-Microstrip”◇选择，并双击编辑其中的属性，，这是微带线基板的参数设置，其中的各项的物理含义，可以参考ADS的帮助文档。
◇选择，这是一个微带传输线，选择，这是一个三叉口。
◇按照下图设计好电路图图2 3dB耦合器其中50 ohm传输线的线宽w＝0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm 传输线的线宽为w＝1.67mm，四分之一波长长度为10.2mm。
MTEE是三端口器件，有三个参数W1，W2，W3 具体是有定义的，可以此参考ADS帮助文档。
混频器的作用和混频器原理分别是什么
混频器的作用和混频器原理分别是什么?当然也可以直接放大后就进行检波,这就是所谓的直接放大式接收机,这样的接收机,不适合作成多波段,灵敏度也不能做的很高.经过混频变成固定的中频后,可以对中频进行较高增益的放大,因为中频是固定的,所以中频放大器是稳定的,在检波前可以得到足够的放大,使接收机的灵敏度得到了很大的提高.混频器原理工作频率混频器是多频工作器件，除指明射频信号工作频率外，还应注意本振和中频频率应用范围。
噪声系数混频器的噪声定义为：NF=Pno/Pso Pno是当输入端口噪声温度在所有频率上都是标准温度即T0=290K时，传输到输出端口的总噪声资用功率。
Pno 主要包括信号源热噪声，内部损耗电阻热噪声，混频器件电流散弹噪声及本振相位噪声。
Pso为仅有有用信号输入在输出端产生的噪声资用功率。
变频损耗混频器的变频损耗定义为混频器射频输入端口的微波信号功率与中频输出端信号功率之比。
主要由电路失配损耗，二极管的固有结损耗及非线性电导净变频损耗等引起。
1dB压缩点在正常工作情况下，射频输入电平远低于本振电平，此时中频输出将随射频输入线性变化，当射频电平增加到一定程度时，中频输出随射频输入增加的速度减慢，混频器出现饱和。
当中频输出偏离线性1dB时的射频输入功率为混频器的1dB压缩点。
对于结构相同的混频器，1dB压缩点取决于本振功率大小和二极管特性，一般比本振功率低6dB。
动态范围动态范围是指混频器正常工作时的微波输入功率范围。
其下限因混频器的应用环境不同而异，其上限受射频输入功率饱和所限，通常对应混频器的1dB压缩点。
双音三阶交调如果有两个频率相近的微波信号fs1和fs2和本振fLO一起输入到混频器，由于混频器的非线性作用，将产生交调，其中三阶交调可能出现在输出中频附近的地方，落入中频通带以内，造成干扰，通常用三阶交调抑制比来描述，即有用信号功率与三阶交调信号功率比值，常表示为dBc。
因中频功率随输入功率成正比，当微波输入信号减小1dB时，三阶交调信号抑制比增加2dB。
混频器
混频器的工作原理在GPS 干扰机的接收模块中，低噪声放大器将天线输入的微弱信号进行选频放大，然后在送入混频器。
混频器的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为较低的同一个固定载频（一般为中频）的高频已调波信号，但保持其调制规律不变。
如下图是混频电路组成原理。
混频电路的输入是载频为fc 的高频已调波信号us(t)。
通常取fi=fl-fc ，fi 称为中频。
可见，中频信号是本振信号和高频已调波信号的差频信号。
以输入是普通调幅信号为例，若us(t)=Ucm[1+ku Ω(t)]cos2πfct ，本振信号为u L (t)=ULmcos2πf L t ，则输出中频调幅信号为ui(t)=UIm[1+k u Ω(t)] cos2πf i t 。
可见调幅信号频谱从中心频率为fc 处到中心频率为f I 处，频谱宽度不变，包络形状不变。
混频干扰混频电路的输入除了载频为fc 的已调波信号us 和频率为fL 的本振信号uL 之外，还可能有从天线进来的外来干扰信号。
外来干扰信号包括其他发射机发出的已调波信号和各种噪声。
假设有两个外来干扰信号un1和un2，设其频率分别为fn1和fn2。
Us 、uL 和un1、un2以下分别简称为信号、本振和外来干扰。
假定混频电路的非线性器件为晶体管，其转移特性为i=a 0+a 1u+a 2u 2+a 3u 3+…其中u=u s +u L +u n1+u n2=u s cos2πfct+u L cos2πfLt+u n1cos2πf n1t+u n2cos2πf n2t晶体管输出的所有组合频率分量是f=|±pf L ±qf c ±rf n1±sf n2| p 、q 、r 、s=0,1,2,……在这些组合频率分量中，只有p=q=1,r=s=0对应的频率分量fI=fL-fC 才是有用的中频，其余均是无用分量。
若其中某些无用组合频率分量刚好位于中频附近，能够顺利通过混频器内中心频率为fI 的带通滤波器，就可以经中放、检波后对有用解调信号干扰，产生失真。
精品文档-电视技术(第三版)(肖运虹)-第4章
(1) 全频道电子调谐器是指既能接收甚高频(VHF)信号， 又能接收特高频(UHF)信号的调谐器。
第4章 高 频 调 谐 器
(2) 全增补电子调谐器是指不但能接收标准电视频道(VHF 和UHF)节目，而且还能接收有线增补电视频道节目的调谐器。
图4-2 高频调谐器的幅频特性 (a) 黑白电视的高频特性;(b) 彩色电视的高频特性
第4章 高 频 调 谐 器
3. 噪声系数小、功率增益高 放大器噪声系数NF表示输入端信号信噪比与输出端信号信 噪比的比值，即
输入端信噪比 NF 输出端信噪比
噪声系数可理解为:信号通过放大器后，“信噪比”变坏了 几倍。 如果NF=1，则输入端信噪比与输出端信噪比相同，表示 放大器本身不产生附加噪声，这是理想化的。 实际上，NF总是 大于1的。 整个电视接收输出信噪比的好坏，主要取决于高频调 谐器高放级噪声系数的大小。 多级放大器总的噪声系数为
第4章 高 频 调 谐 器
第4章 高 频 调 谐 器
§4.1 高频调谐器的功用及性能要求 §4.2 高频调谐器的功能电路 §4.3 电子调谐器 §4.4 频道预置器 §4.5 高频调谐器常见故障分析 习题四
第4章 高 频 调 谐 器
§4.1 高频调谐器的功用及性能要求 4.1.1 高频调谐器的作用和组成
R'0 2π f0L
由此可知，欲想有较高的Qfz，R0′值必须很大，而
R
' 0
1
1
1
Rc Rsr
实际上，由于天线内阻Rc(75 Ω)及高放管工作时输入阻抗 Rsr(100~250 Ω左右)都较小，当它们并接在输入回路两端时， 势必造成R0′很小，导致选择性变差。
镜频抑制混频器设计――参考.
◇把仿真器中的一项改掉，其他不变，就是加入了一个扫描变量◇最后仿真的结果是图 36 总结这是一个微带平衡混频器，主要是有几部分组成：3dB 定向耦合器、二极管的输入、输出阻抗匹配电路、两个二极管、输出低通滤波器。
在这篇文章中，我们先介绍了 3dB 定向耦合器的仿真，其中原理部分可以参考其他资料，在知道了原理后，可以利用一些小软件计算线宽，该软件陈抗生老师哪里有的。
后面是介绍一个低通滤波器的设计和仿真，这是比较简单的，用于输出中频滤波。
后面是分别设计和仿真了这个 Mixer 的频谱、噪音、增益-本振功率曲线、射频频率-噪音系数曲线等等。
整个过程中，电路的原理图都是不变的，改变的只是端口的配置、仿真器的配置还有变量的配置。
其中有几个规律。
对于用来仿真 Mixer 的 HB Simulation 要求 1 端口是射频输入端口、2 端口是中频输入端口、3 端口是本振输入端口。
输入部分一般使用功率源，输出负载是使用“Term” 。
仿真器的配置中，一般 Freq[1]是本振频率，Freq[2]是射频频率，Order 一般是要大于 1 的或者就是变成线性电路仿真了，Sweep 是加入扫描变量的选项，只能扫描直接变量，表达式不能扫描，另外计算噪音的时候要选上“Nolinear” ，Noise[1]噪音输入频率是射频，分析的频率是中频。
Noise[2]选择输出节点是“Vif” 。
这是一般的配置情况，具体的可以参考上面的章节。
教训：因为这个过程中电路原理图要反复用到，也许有同学会选择直接从电路原理图中Copy(Ctrl+a； Ctrl+c； Ctrl+v过去，事实证明， ADS 的这个功能有点缺陷，可能会造成器件之间的连线出问题，建议不要这样处理，可以把文件先做一个备份，然后把备份的名字改掉，这样方面，而且可靠。
镜频抑制比公式
镜频抑制比公式镜频抑制比（C/N）是用于衡量通信系统中信号与噪声之间的比例，它是一个重要的性能指标。
在通信系统中，我们希望信号尽可能地清晰，而噪声尽可能地小。
因此，C/N值越大，表示信号越强，噪声越小，通信系统的性能越好。
通常情况下，C/N值可以通过以下公式计算得出：C/N = 10 * log10(Ps / Pn)其中，Ps表示信号功率，Pn表示噪声功率。
通过这个公式，我们可以直观地了解到信号与噪声之间的比例。
在实际的通信系统中，我们希望C/N值尽可能大，以保证信号的质量。
如果C/N值较小，表示信号受到了较大的干扰，可能导致通信质量下降。
因此，提高C/N值是通信系统设计中的一个重要目标。
为了提高C/N值，我们可以从多个方面进行优化。
首先，可以增大信号的功率，以增强信号的强度。
其次，可以采用更好的调制技术，提高信号的传输效率。
此外，还可以采用一些信号处理算法，对信号进行去噪，降低噪声的影响。
这些方法综合起来，可以有效地提高C/N值，提升通信系统的性能。
在实际应用中，我们常常会遇到一些干扰因素，比如电磁干扰、多径效应等。
这些因素会导致信号受到干扰，进而影响通信质量。
因此，在通信系统的设计中，需要考虑到这些干扰因素，并采取相应的措施进行抑制。
一种常见的干扰抑制方法是滤波器的设计。
滤波器可以通过选择合适的频率范围，将干扰信号滤除，从而提高信号的质量。
另外，还可以采用调频技术，通过改变信号的频率，使得干扰信号与原信号不重叠，从而实现干扰的抑制。
还可以采用编码技术，对信号进行编码，增加冗余信息，以提高信号的可靠性。
编码技术可以使得信号在传输过程中更加抗干扰，提高通信系统的性能。
总的来说，镜频抑制比是衡量通信系统性能的重要指标。
通过优化信号的功率、采用更好的调制技术、信号处理算法、滤波器设计、编码技术等多种手段，可以提高C/N值，提升通信系统的性能。
在实际应用中，需要考虑到各种干扰因素，并采取相应的措施进行抑制，以保证通信质量。
混频器原理
混频器原理作者：本站来源： 发布时间：2008-8-13 18:16:39 减小字体增大字体混频器原理工作频率混频器是多频工作器件，除指明射频信号工作频率外，还应注意本振和中频频率应用范围。
噪声系数混频器的噪声定义为：NF=Pno/Pso Pno是当输入端口噪声温度在所有频率上都是标准温度即T0=290 K时，传输到输出端口的总噪声资用功率。
Pno主要包括信号源热噪声，内部损耗电阻热噪声，混频器件电流散弹噪声及本振相位噪声。
Pso为仅有有用信号输入在输出端产生的噪声资用功率。
变频损耗混频器的变频损耗定义为混频器射频输入端口的微波信号功率与中频输出端信号功率之比。
主要由电路失配损耗，二极管的固有结损耗及非线性电导净变频损耗等引起。
1dB压缩点在正常工作情况下，射频输入电平远低于本振电平，此时中频输出将随射频输入线性变化，当射频电平增加到一定程度时，中频输出随射频输入增加的速度减慢，混频器出现饱和。
当中频输出偏离线性1dB时的射频输入功率为混频器的1dB压缩点。
对于结构相同的混频器，1dB压缩点取决于本振功率大小和二极管特性，一般比本振功率低6dB。
动态范围动态范围是指混频器正常工作时的微波输入功率范围。
其下限因混频器的应用环境不同而异，其上限受射频输入功率饱和所限，通常对应混频器的1dB压缩点。
双音三阶交调如果有两个频率相近的微波信号fs1和fs2和本振fLO一起输入到混频器，由于混频器的非线性作用，将产生交调，其中三阶交调可能出现在输出中频附近的地方，落入中频通带以内，造成干扰，通常用三阶交调抑制比来描述，即有用信号功率与三阶交调信号功率比值，常表示为dBc。
因中频功率随输入功率成正比，当微波输入信号减小1dB时，三阶交调信号抑制比增加2dB。
隔离度混频器隔离度是指各频率端口间的相互隔离，包括本振与射频，本振与中频，及射频与中频之间的隔离。
隔离度定义为本振或射频信号泄漏到其它端口的功率与输入功率之比，单位dB。
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m n i (t ) f (vLO 1 vi1 ) vLO 1 vi1
m ,n m ,n
m ,n
m ,n
m n m n vLO vRF [(1) 1]
m ,n
m+n 只能为奇数
§ 4.4 谐波混频器
RF ? LO 8GHz RF:15GHz 二次谐波混频
IF 1GHz
17GHz RF:31GHz 33GHz
偶次谐波混频 四次谐波混频
镜频电压： vi Vi cos[(i )t ]
本振电压：vLO VLO cos[(LO )t ] 中频: ωIF= ωRF- ωLO= ωLO- ωRF
20
非线性电阻v-i特性如下
i f (v) a0 a1v a2v .... an v
2
n
21
对信号: 信号在混频器1中混频
。 。 。
偶次谐波混频性能 1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净 2.隔离度 3.变频效率 4.噪声特性 镜频噪声
本振噪声 优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号， 在毫米波接收机中广泛采用。
如何实现奇次谐波混频？
Байду номын сангаасI2
IF
RF LO I1
m n I1 f vLO vRF vLO vRF
中频滤波器 Ka频 段4 次谐波 混频器
RF:35GHz LO:9GHz
2 LO / 4
RF
wlo
§ 4.5 镜频抑制混频器
一、什么是镜频 对于一个给定的本振信号ωLO ，有两个不同的 射频信号ωLO+ ωIF和ωLO－ωIF 可以产生相 同的中频信号ωIF 。其中一个是我们所期望 的射频信号，而另一个就是我们所说的镜频。
m n I1 f vLO vRF vLO vRF
m n I 2 f vLO vRF vLO vRF
I I 2 I1 m n m n vLO vRF vLO vRF
ωLO
ωLO－ ωIF ωLO+ ωIF
15
二、镜频抑制的重要性 √抑制镜频噪声 单边带系统如不抑制镜频噪声,整个混频器噪声系数 会增大3dB。 对接收来说，若接收下边带，则镜频处噪声会产生中 频噪声，同样在接收上边带时也会出现这种情况。 √抑制镜频干扰 对接收来说，若接收下边带，则镜频处的干扰会进 入到中频中，同样在接收上边带时也会出现这种情 况。
m,n
m+n 只能为偶数
RF ? LO 8GHz RF:7GHz 9GHz RF:23GHz 25GHz 基波混频
IF 1GHz
奇次谐波混频 三次谐波混频
。 。 。
奇次谐波混频性能 1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净 2.隔离度 3.变频效率 4.噪声特性 镜频噪声
本振噪声 优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号， 在毫米波接收机中广泛采用。
两者相位差180º ，相互抵消，无输出信号。 B端合成： VLOVRF cos[( IF )t ] 混频器１中频信号
IF )t ] 混频器2中频信号移相90º VLOVRF cos[( 因两者相位相同，同相相加，输出为 2VLOVRF cos[(IF )t ]
24
对镜频 镜频在混频器1中混频
16
三、镜频抑制的主要方法 √采用镜频抑制滤波器 我们可以利用滤波器将信号与镜频 分开，但在某些应用领域，这两个信号 频率靠得很近，利用滤波器实现起来很 困难。 本振
镜频 信号 滤波特性
17
√镜频抑制混频器
优点： 1.对镜频抑制是自动的。
2.便于集成，如SOC中。
18
四、镜频抑制混频器电路结构
i2 (t ) VLOVRF cos[(RF LO )t 90] VLOVRF cos[(IF )t 90]
23
A端合成： 混频器1中频信号移相90º VLOVRF cos[(IF t ) 90]
混频器2中频信号
VLOVRF cos[(IF )t 90]
22
信号在混频器2中混频
m n i (t ) f (vLO 2 vRF 2 ) vLO 2 vRF 2
只考查中频，m=1，n=1
m,n
VLO cos[(LO )t 90] VRF cos[(RF )t ]
中频电流：
vLO 2 vRF 2
m n i (t ) f (vLO 1 vRF1 ) vLO 1 vRF1
m,n
只考查中频，m=1，n=1
vLO1 vRF1 VLO cos[(LO )t ] VRF cos[(RF )t ]
中频电流：
i1 (t ) VLOVRF cos[(RF LO )t ] VLOVRF cos[(IF t )]
单平衡混频器
混频性能
频谱
变频效率
隔离度 噪声性能
混频性能 频谱
变频效率
隔离度 噪声性能
90度型和180型单平衡混频器性能 比较 90度型端口匹配好，隔离度不好
180度型隔离度好，端口匹配不好
双平衡混频器
混频性能 频谱
变频效率
隔离度 噪声性能
单平衡混频器实例
180度型
LO RF IF
I1
I2
在镜频抑制混频器电路中，我们将利用电桥使 射频信号和镜频产生不同的相移从而分离他们。 1，2为两相同的混频单元，通常是单平衡或双平 衡混频器。
19
▲镜频抑制混频器工作原理
本振 镜频 信号 假定为低本振情况
信号电压：vRF VRF cos[(RF )t ]
写成 VRF sin[(RF )t ]也可，在这只关心相对相位
m n I 2 f vLO vRF vLO vRF
m, n
m, n
I I1 I 2 m n m n vLO vRF vLO vRF
m,n m,n
m n m n vLO vRF [(1) 1]