混频器基础介绍
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。
混频器基础知识
P
1V 2 2 cm
(1
ma
cos t)2
POT
(1
ma
cos t)2
最大状态功率 Pmax POT (1 ma )2
最小状态功率 Pmin POT (1 ma )2
调制信号的一个周期内的平均功率
Pav
1
2
POT
(1
ma
cos t )2 d t
POT
(1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ma2 )
Pav
POT
1 2
ma2
POT
POT
PSB
上下频分量的功率之和
PSB
1 2
ma2 POT
上下边频分量的振幅相等，功率也相等。
PSB上
PSB下
1 4
ma2 POT
调幅波所占的频带宽度为：
B
(c
max ) (c 2
max )
2max
2
2Fmax
F 调制信号的最高频率 max
例4．1 某一调幅波，其载波功率，POT 150W (I)若调幅系数 m＝a 0.3，求边频功率。
v '0 (t) f (t)Vcm KmVr cos2 ct
1 2
Vcm
K
mVr
f (t)
1 2
f
(t)Vcm KmVr
cos 2ct
v0 (t )
1 2 VcmKmVr
f
(t)
Kf
(t)
f
(t)
这种检波方式需要一个与载波同频同相的参考信号，
因此称之为同步检波或相干检波。
如参考信号与载波信号不同频同相，会产生失真， 使检波性能下降，即
混频器原理
混频器原理混频器是一种广泛应用于通信领域的电子元件，它的作用是将两个或多个不同频率的信号进行混合，产生出新的频率信号。
混频器在无线通信、雷达、卫星通信等领域都有着重要的作用，下面我们来详细了解一下混频器的原理。
混频器的原理基于非线性元件的特性，它可以将两个输入信号的频率进行线性或非线性的组合，产生出新的频率信号。
混频器通常由三个端口组成，射频输入端口、本振输入端口和中频输出端口。
射频输入端口用来接收高频信号，本振输入端口用来接收本振信号，中频输出端口则输出混频后的中频信号。
在混频器中，射频信号和本振信号首先通过非线性元件相互作用，产生出包含原始频率和它们的和、差频率的信号。
然后通过滤波器将所需的频率信号进行选择，最终输出所需的中频信号。
混频器的原理可以用数学公式来描述，假设输入的射频信号为$A_{RF}\cos(2\pi f_{RF}t)$，本振信号为$A_{LO}\cos(2\pi f_{LO}t)$，其中$A_{RF}$和$A_{LO}$分别为射频信号和本振信号的幅度，$f_{RF}$和$f_{LO}$分别为射频信号和本振信号的频率，t为时间。
那么混频器的输出信号可以表示为：$A_{IF}\cos(2\pi f_{IF}t) =\frac{1}{2}A_{RF}A_{LO}\cos(2\pi(f_{RF}+f_{LO})t) +\frac{1}{2}A_{RF}A_{LO}\cos(2\pi(f_{RF}-f_{LO})t)$。
其中$A_{IF}$和$f_{IF}$分别为中频信号的幅度和频率。
从上式可以看出，混频器的输出信号包含了原始频率和它们的和、差频率成分。
混频器的原理还涉及到一些重要的参数，比如转换增益、转换损耗、隔离度等。
转换增益是指混频器将射频信号和本振信号转换成中频信号时的增益，转换损耗则是指在信号转换过程中损失的功率。
隔离度是指混频器在工作时射频信号和本振信号之间的隔禅程度，隔离度越高，说明混频器的性能越好。
混频器-混频器
混频器-混频器混频器-正文输出信号频率等于两输入信号频率之和、差或为两者其他组合的电路。
混频器通常由非线性元件和选频回路构成（图1）。
输入频率f和来自本地振荡器的本振频率f1经混频器作用后，输出频率变为f i（见超外差）。
它们的关系可用f i=│±pf1±qf│表示，其中p和q是任意正整数。
若混频和本地振荡由同一装置完成，则称为变频器。
混频器混频器的输出信号除中心频率有所改变外，其余参数，如包络波形和所含频谱成分的相对关系均不改变。
输出信号频率高于输入信号频率的称为上混(变)频，反之,则称为下混（变）频。
图2表示某调幅信号下混（变）频前后的波形和频谱。
混频器混频器最早用于等幅电报信号的接收，称为差拍检波器，后来已是超外差接收机、载波电话（见有线载波通信）和许多电子设备的基本组成单元。
非线性变换若非线性元件的特性用下式描述：i(t)＝ɑ0+ɑ1u(t)+ɑ2u2(t)+ɑ3u3(t)+ (1)当两不同频率的信号电压u1(t)=U1cos2πf1t和u2(t)＝U2cos2πf i t同时作用于非线性元件时，则元件中的电流i(t)将含有丰富的谐波和组合频率成分，它们与f1及f i的关系为(2)式中p＝0，1，2，…，n，q=1，2…,m。
要使输出信号频率变为f i＝f1-f,只须使i(t)通过一调谐于f i的选择性回路便可取出f i而滤掉其他频率成分。
混频器二极管混频器典型电路如图3。
调整偏置电压E0，使二极管工作特性呈非线性，而输出回路则调谐在f i即可实现两输入信号的混频。
这种混频器结构简单，可以工作在较高频段，但变频增益较低,各回路之间相互影响较严重,组合频率干扰也较大。
平衡混频器典型电路如图4。
由于采用平衡电路结构，输出的谐波及其组合干扰成分较少，本振电路产生的噪声也不会出现在它的输出端。
混频器晶体管变频器兼具振荡和混频两种功能的电路(图5）。
图中晶体管T、电感线圈L4、L3和电容器C3、构成一互感耦合振荡器。
混频器的名词解释
混频器的名词解释混频器（也称为混合器、混音器、调音台）是一种在音频和音乐制作中常用的电子设备，用于混合、控制和处理多个音频信号。
混频器的功能十分广泛，它可以接受来自不同声源的音频输入，通过调节各个通道上的参数，如音量、音调、平衡等，最终将这些音频信号混合成一个平衡且适合输出的信号。
混频器的工作原理可以简单概括为信号输入、混合处理和信号输出三个主要阶段。
当多个音频信号输入混频器时，它们会被分配到不同的通道上。
每个通道都有自己的音量控制，可以独立调整信号的强弱。
除了音量控制外，混频器还提供了其他参数，例如音调控制，可用于调整音频信号的音调，使其更符合音乐或音效的需要。
此外，平衡控制也是混频器中常见的参数，它可用于调整左右声道的平衡，以达到音频效果的均衡输出。
混频器通常也会提供一些特殊效果和处理功能，用于改变音频信号的特性。
例如，混频器可能具备强调低音或高音的均衡器，以增强音频的音色。
还有一些混频器提供内置的延迟、混响和合唱效果，用于营造特殊的音频氛围。
这些特殊效果可以通过混频器的控制面板或软件界面进行调整和设置，使得音频制作的过程更加灵活和自由。
在音乐制作和现场演出中，混频器起到了不可或缺的作用。
无论是录制一首歌曲，还是调整音响系统的音质，混频器都承担了关键的角色。
在录音棚里，混频器通过将不同的音频源进行组合和调节，实现了多轨录音的平衡和融合。
而在现场演出中，混频器则负责接收并处理各种乐器、麦克风等音频信号，将它们混合为一个适合大型音响系统输出的信号。
尽管混频器的功能强大，但对于非专业人士来说，混频器的操作可能会显得有些复杂。
因此，对于初次接触混频器的用户，理解混频器的基本原理和操作方法是非常重要的。
通过对混频器的学习和熟悉，人们可以更好地掌握音频处理技术，并有效地应用于音乐创作、声音设计、现场演出等方面。
总结起来，混频器是一种重要的音频处理设备，用于混合、控制和处理多个音频信号。
它能够将来自不同声源的音频信号进行混合，并通过调整参数和应用特效，使得混合后的音频信号达到理想的效果。
混频器基础介绍.
二极管混频
FET混频
需求决定配置！ ห้องสมุดไป่ตู้台，车台，中继台 对号入座！
以乘法器件拓扑结构划分
单管混频，单，双，三平衡式--拓扑复杂度的增加，是以对称结构抵消共模信号，影 响的是RF，LO，IF三端口的口间隔离及谐波抑制，这两者会影响到你的杂散，灵敏 度，互调，EMI,EMC。。。
单 平 衡 双 平 衡
概述---------------------------------------------------------------------3
索引
混频器分类------------------------------------------------------------7
以乘法器件划分 以乘法器件拓扑结构划分 混频器IPmn的案例分享
单平衡 结构 混频管数 RF-IF 隔离度 LO-IF LO-RF 谐波抑制 RF谐波 LO谐波 简单 2 差 好 好 较差 较好
双平衡 普通 4 好 好 好 较好 较好
三平衡 复杂 6 好 好 好 好 好
三 平 衡
一般使用频率越高的混频 器，会采用越多的级数
交调截止点IPmn 性能对比
关于混频器IPmn的案例
U3频段的AB34(1)杂散在366.75MHZ频段与RF同频，这是 否还算作杂散？ 为避免与邻道，互调等指标重合，杂散一般规定为100KHZ 以外的干扰信号，而FCC,CE标准更有杂散点与RF频点频距 的规定，一般不小于10MHZ,相关资料请后续自行查阅。
概述---------------------------------------------------------------------3
混频器特性浅析及选型
混频器
（3）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。
感谢观看
混频器原理（4）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。
（5）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。
简介
变频，是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种功能的电路称为变频器（或混频器）。
一般用混频器产生中频信号：
混频器将天线上接收到的射频信号与本振产生的信号相乘，cosαcosβ=[cos(α+β)+cos(α-β)]/2
可以这样理解，α为射频信号频率量，β为本振频率量，产生和差频。当混频的频率等于中频时，这个信号 可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。由于本 振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。
混频器
（二 ） Gilbert混频器
M1和Ls构成了跨导级，将RF电压转化为 电流。Ls用于改善其线性度并实现阻抗 匹配。M2和M3作为开关由LO驱动，M1 的漏电流交替流过输出负载。等效于将 RF信号乘上一方波信号。其关键是要减 小两个开关管同时导通的时间，以实现 较低的噪声和较好的线性度。因此，要 求LO具有较大的摆幅。CMOS开关对一 般比三极管结构要求LO具有更大的摆幅。 这种混频器具有较好的LO与RF间隔离性。 虽然，LO将通过M1的栅漏电容泄漏到 RF输入端。但是，由于M1的漏端工作 在相位相反的两个平衡LO驱动频率下， 因此不存在LO频率泄漏。
复用技术（M1管）， 有效提高增益并减 小信号泄漏。 缺点： 1、占用面积大， 2、功耗较大
图2-3 改进型的折叠式混频器
（二 ） 无源混频器
Cs和Ls是为了引入源级负反馈，降低 电流注入技术降低了 M3.4.5.6的直流电流， gm3,从 电流镜的引入使得在无源混平器当中必须的 跨阻放大器不再必须，从而大大降低了噪声 而降低噪声。 同样起到降低噪声的效果。
优点： 1运行电压低。 2通过电流镜方案，不需要 运算放大器，从而降低了噪 声。 缺点： 1功耗比较大。
此混频器采用无源混频器
图2-4电流镜型无源混频器
（三 ）
参考文献
[ 1 ] I-Chuan Chen, Jeng-Rern Yang. 2 - 13GHz Broadband CMOS Low Voltage Mixer with Active Balun Designed for UWB Systems. 2010 IEEE International Conference of Electron Devices and Solid-State Circuits (EDSSC) [ 2 ] DaeHoon Na. A 1.2 V, 0.87–3.7 GHz Wideband Low-Noise Mixer Using a Current Mirror for Multiband Application. IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 22, NO. 2, FEBRUARY 2012 [ 3 ] Saeed Gholami, Hossein Shamsi. Design and Analysis of a High-Linear UWB CMOS Mixer. Electrical Engineering (ICEE), 2011 19th Iranian Conference on [ 4 ]兰飞, 李宁, 李巍, 任俊彦.6. 2~ 9. 4 GHz DC-OFDM超宽带接收机射频前端设计. Journal of Fudan University ( Natural Science) 2011 年8月第50 卷 第4 期.
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混频器选型的案例
5.混频器IIP3需求估算与实测指标；
由计算结果对比，评估Mixer IIP3较的模型是：
IM = 1/3 ( 2* IIP3系统 - 2* Sens - Co-chan), IP3 mixer = IIP3系统 + Gain; 算式得出的结果忽略混频器前端所有的非线性影响， 以及本振的相噪影响（估算本振25khz相噪需在-135dBc以上才可以忽略影响，） 按Sen=-107dB， Co-chan=-8dB，Gain=12dB计算，则对应关系为
单平衡 结构 混频管数 RF-IF 隔离度 LO-IF LO-RF 谐波抑制 RF谐波 LO谐波 简单 2 差 好 好 较差 较好
双平衡 普通 4 好 好 好 较好 较好
三平衡 复杂 6 好 好 好 好 好
三 平 衡
一般使用频率越高的混频 器，会采用越多的级数
交调截止点IPmn 性能对比
关于混频器IPmn的案例
噪声系数NF
隔离度ISOLATION 谐波抑制IPmn 端口驻波比VSWR 最大输入功率
接收灵敏度
互调，杂散，灵敏度 杂散抗扰性 互调 大功率接收可靠性
乘法器件类型，LO驱动幅度
乘法器件拓扑结构，对称性，链路滤波 乘法器件类型，拓扑结构 乘法器件输入阻抗平坦度，端口匹配 乘法器件线性度，器件大功率承受度
U3频段的AB34(1)杂散在366.75MHZ频段与RF同频，这是 否还算作杂散？ 为避免与邻道，互调等指标重合，杂散一般规定为100KHZ 以外的干扰信号，而FCC,CE标准更有杂散点与RF频点频距 的规定，一般不小于10MHZ,相关资料请后续自行查阅。
概述---------------------------------------------------------------------3
混频器IIP3 21.5 20 18.5 对应系统互调 指标 75 74 73
每提高1.5dBIIP3，则提升1dB互调！
17
15.5 14
72
71 70
混频器选型的案例
6.实测指标：（此指标为从混频器灌入信号到2中频解调出信号的整机指标，具体测试请参 见之前评估邮件）
混频器型号 测试频点 CE互调(dB) 806MHZ 825MHZ SYM-25DHW 896MHZ 902MHZ 806MHZ 825MHZ ADE-12 896MHZ 902MHZ 75 75 74.5 74.5 72.5 72 72 72
关于混频器IPmn的案例 问题结论：
1.频率接近RF的杂散主要考验非线性器件IPmn，因输入到混频器的信号大于LNA，变容 二极管，混频器一般较易成为瓶颈，如接收系统杂散指标要求较高，需做重点评估； 2.从多部工具书以及测试经验来看，混频器输入输出端严格的50欧匹配是保证频段内性 能一致的必要条件。
二极管混频
FET混频
需求决定配置！ 手台，车台，中继台 对号入座！
以乘法器件拓扑结构划分
单管混频，单，双，三平衡式--拓扑复杂度的增加，是以对称结构抵消共模信号，影 响的是RF，LO，IF三端口的口间隔离及谐波抑制，这两者会影响到你的杂散，灵敏 度，互调，EMI,EMC。。。
单 平 衡 双 平 衡
混频器特性浅析及选型
概述---------------------------------------------------------------------3
索引
混频器分类------------------------------------------------------------7
概述---------------------------------------------------------------------3
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以乘法器件划分 以乘法器件拓扑结构划分 混频器IPmn的案例分享
避免占用频带的重叠； 通信设备收发天线的长度限制（天线长度应与射频波长成正比）； 通信电路中走线和IC大小与射频频率的反比关系。
接收机中，我们需要利用混频器，将载波频率降下来，便于后续电路选频，解调出有 用信号来。混频器:
通常是一种利用器件的频域乘法特性来实现频谱搬移的功能模块; 接收机中， 混频器一般为下变频混频，用以实现射频信号的中频化; 我们需重点关注接收系统对混频器的线性，差损，RF,LO，IF三端口的隔离等要求。
中转台RD980 U3的杂散AB34
问题起因
RD980要求杂散CE 85dB以上，而此类型杂散在330-400MHZ频段最差为78dB
问题分析
1.根据杂散点计算公式：Freq AB34(1)=4RF/3-5IF/3,由RF频率范围
330~400MHZ,IF=73.35MHZ,则得到，在360MHZ附近，此杂散点靠近RF，在接收前端带通 上不受抑制； 2.测试此类杂散点距离360MHZ较远,带通有抑制的点，发现杂散抗扰性没有相应改善，证明 优化RF谐波效果甚微; 3.增加本振放大端的谐波抑制，杂散没有改善，由此推断此杂散是RF与LO的基波直接在乘 法器件中混频得到； 4.尝试在混频器前增加LC匹配，从而改变混频器IPmn，测试发现新参数下，AB34最差 82dB，但其他杂散抗扰性变差严重；
注意高本振情况下 的频谱倒相问题
Lo=F+IF F F-f’
IF
F+f’ IF-f’ IF+f’
FM调制与4FSK调制的信号频谱不是关于中心频率对称的，信号 的倒相将改变信号频谱分布，可能会造成信号调解出错
VHF的一本振为高本振，大家是否都遇到过因信号倒相而数字灵 敏度测不出的情况？是不是一定要通过软件改相位解决？
大家觉得此 次评估决策 是否正确？ 哪些地方考 虑不周？
通常，天线口处测试的互调值等于或略低于混频前测试值，由以上数据， 同时考虑800MHZ平台本振25KHZ相噪的恶化，如选用新混频，整机的互调 指标可能在70dB附近，指标余量有不足的风险。 问题结论：因以下原因，后续计划沿用原混频器 1.IIP3余量不足； 2.IPmn等指标不确定性； 3.目前Tetra没有应用相应频段，而MINI建议不要用到此混频器的边沿频段； 4.PCB layout时间临近
混频器指标 三阶交调截止点IIP3（留3dB 余量） LO驱动幅度 差损LOSS 隔离度ISOLATION 谐波抑制IPmn 端口驻波比VSWR 最大输入功率
SYM-25DHW 30 20 6.29
ADE-12 17 10 6.99
因本振幅度差异，隔离度基本持平 没有同频率的数据对比，需实际评 估 1.6 23dBm 3.5 17dBm
选型一款混频器，首先要对应到相应频段去评估指 标，根据IP3与LO幅度的组合需求去过滤产品，再由细 节指标选出适合的产品，最后是成本，交期和后续频 段兼容的考虑。
混频器选型的案例 CPCI 800MHZ 混频器选型 问题起因
CPCI 800MHZ评估混频器替换的可能性
问题分析
1.接收系统对混频器需求评估 相比原U段，800MHZ的射频前端电路变更没有加重对混频器差损，IIP3的要求，唯一确知的 恶化是LO相位噪声。如果仅需保证800MHZ与之前U端的指标水准接近，那么新选的混频器的 差损，IP3，隔离度等允许一定程度的下降；
索引
混频器分类------------------------------------------------------------7
以乘法器件划分 以乘法器件拓扑结构划分 混频器IPmn的案例分享
混频器指标解析及选型-------------------------------------------12
混频器选型从哪些方面去考虑
评估指标需求 对应频段选指标； 确认混频器内部结构；
以核心指标，瓶颈指标为筛选关键词；
控制不确认指标的风险； 确认器件状态 对比厂商，优选低价优质，优选公司的优选品牌； 确认交货周期，接轨项目进度； 尽量选用市场上使用量大的器件，比如选用公网产品用料； 优先选用公司在用器件，规避未知风险；
指标解析 混频器选型案例讨论 器件厂商的选型考虑
混频器指标解析及选型
混频器指标 三阶交调截止点IIP3 LO驱动幅度 差损LOSS 影响接收系统指标 互调抗扰性 混频差损，线性度 链路增益 受控及限制 乘法器件线性度，变频损耗，LO驱动幅度 受乘法器件类型，变频损耗影响 变频损耗，LO驱动幅度
滤除公式中的较高频率，则得到选出 的中频IF信号Freq（RF-LO)
超外差式2次变频数字中频方案：
RF频段，中频频段，多级滤波器提高接收机选频能力；
不同频段进行增益放大保证系统稳定；（单一频段增益不宜超50dB）
固定中频的A/D变化，较低的数字解调难度； 相比零中频等较简单的电路结构，此电路在混频器后有较多的选频放大， 必须在前级配置较高的增益来降低系统噪声系数，同时，此电路有较强的 镜频等干扰，这两点使我们必须选择IIP3点更高，杂散抑制更好的混频器
器件厂商的选型考虑
Minicircuit
公司优选品牌，无源器件开发经验技术领先，混频器市场占有率高，产品种类覆盖高，datasheet测试指标全 面，适合选用其市场供应量大的产品做新产品开发应用；目前DMR中转台,CPCI信道机在用产品SYM25DHW
Skyworks
公司优选品牌，混频器产品线主营混频二极管，产品性价比高，但datasheet中几乎不附射频指标，选型时需 多做测试，一致性评估，适合应用在较成熟的产品；目前DMR车台，手台在用产品为HSMS-2887等。
混频器指标解析及选型-------------------------------------------10