此电流再经过滤波器的选频就得到了IF信号：
iIF ?t ?? ? KVRFVLO sin ? IFt
12
§11.2 射频混频器
11.2.6 单平衡有源混频器
单平衡有源混频器的一种结构是使用差分输入的本振LO信号 源驱动两个BJT晶体管，并使两个晶体管分别工作在开态；再 用另一线性放大晶体管对射频RF信号进行放大，其结构如图所 示。
11.2.9 混频器设计举例 例题：设计双平衡二极管混频器，并通过ADS软件对设计进行 优化，要求达到的指标：RF信号工作中心频率920MHz，工作频 段902-928MHz，功率为-40dBm；LO信号工作中心频1170MHz, 工作频段1152-1178MHz ，功率为-4dBm；变频损耗小于5dB；噪 声系数小于10dBv；3阶截断点对应的输入功率大于-15dBm；隔 离度大于30dBm。
单平衡二极管混频器
频
射频混频器
单平衡有源混频器 双平衡二极管混频器
谱 搬 移
吉尔伯特双平衡混频器 混频器设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ举例
电
非线性电抗器件倍频器
路
射频倍频器
非线性电阻器件倍频器
有源倍频器
射频分频器
参量式二分频器 再生式分频器 数字式分频器 注入锁相振荡器式分频器
3
§11.1 频谱搬移原理及分析方法
一般可以使用两种不同的分析方法对频谱搬移电路进行分 析——非线性分析法和时变电路分析法。 1. 非线性分析法
整个电路的差分输出电流：
io ? ?i1 ? i3 ?? ?i2 ? i4 ?? ?i1 ? i2 ?? ?i3 ? i4 ?
由于在 Q1、Q2 及Q3 、Q4 组成的对管中：
i1
?
i2
?
i5
tanh
? ? ?
u2 2U
T
? ? ?
i3
?
i4
?
i6
tanh
? ? ?
u2 2U
T
? ? ?
所以有：
io
了解：产生高本振频率的倍频器电路的原理和结构。 熟悉：用于产生特定频率的分频器的电路原理和结构。
1
本章目录
?第一节 频谱搬移原理及分析方法 ?第二节 射频混频器 ?第三节 射频倍频器 ?第四节 射频分频器
2
知识结构
频谱搬移原理及分析方法
混频器的特性 抑制混频干扰和失真的方法
单端二极管混频器
单端FET混频器
工作在频率? LO，中频信号vIF工作在频率 ? IF，射频信号vRF工作
在频率? RF ，则当上变频时，输出信号为：
vRF ? KvLOvIF ? K cos? LOt cos ? IFt
?
K 2
??cos ?? LO
? ? IF ?t
?
cos ?? LO
?
? IF ?t ??
同理当下变频时，输出信号为：
设u1为输入信号，u2 为控制信号，则输出为：
i ? f ?u ?? a0 ? a1 ?u1 ? u2 ?? a2 ?u1 ? ? u2 2 ? ???? an ?u1 ? u2 ?n ? ???
设 u1 ? A1 cos ? 1t ，u2 ? A2 cos? 2t 则： ??
? ? i ?
Cp,q cos( p? 1 ? q? 2 )t
解：首先确定基本电路，并使用ADS软件仿真，原理图如下：
双平衡二极管混频器ADS仿真电路
18
§11.2 射频混频器
其中1端口是射频输入，2端口是本振输入，3端口是中频输出。 需要注意的是为了提高隔离度将把变压器初级的匝数比设置 为 1:1.1 。测量各端口的输入阻抗及反射系数，如下图所示：
匹配前各端口反射系数
单端FET混频器在RF和IF端口
共轭匹配的情况下，具有最大的
混频增益：
Gc
?
g12 Rd
4?
C 2 2
RF gs
Ri
单端FET混频器电路
其中是Cgs 栅极－源极电容，Rd 是输出电阻，Ri 是输入电阻。
10
§11.2 射频混频器
11.2.5 单平衡二极管混频器 单平衡二极管混频器的优点在于可以使RF信号的输入匹配， DC分量在IF端被抵消。如图所示，该电路使用了一个90 混合网 络把两个单端口网络连接在一起。
输出i 中只含有两种频率分量：? ? n? 2 ，? ? n? 2 ? ? 1 。
即时变电路的分析方法产生的频率与级数展开分析法产生的 频率相比较，有部分频率分量在u1 足够小的假设下忽略掉了，这 在工程上是允许的。
5
§11.2 射频混频器
11.2.1 混频器的特性
1. 频谱特性
混频器工作时分为上变频和下变频两种，假设有本振信号vLO
9
§11.2 射频混频器
11.2.4 单端FET混频器
单端FET混频器的原理就是利用加在栅极上的LO信号驱动FET
晶体管的跨导在高低间转换，提供所需要的频率。常用的电路
结构如图所示，与单端二极管混频器一样，RF和LO信号首先输
入到同相双工器中合成，再输入到FET晶体管的栅极上。漏极的
LO电容用于提供LO信号的返回支路，而滤波器用于选择出所需 要的IF频率分量。
T
? ? ?
采用双平衡有源结构的吉尔伯特混频器，提高了各个端口间 的隔离性能。与单平衡混频器相比，双平衡结构抑制了本振信号 对中频端口的泄漏。因为在双平衡结构中，输出电流是两个差分 对电流以相反相位的叠加，抵消了本振信号向中频端的泄漏。吉 尔伯特混频器的另一个优点是线性范围大。
17
§11.2 射频混频器
函数，则电路的时变系数可化为： I0 (t) ? I00 ? I01 cos ? 2t ? I02 cos 2? 2t ? ???? I0n cos n? 2t ? ???
g(t) ? g0 ? g1 cos ? 2t ? g2 cos 2? 2t ? ???? gn cos n? 2t ? ???
在添加了匹配网络后，各个端口的反射系数得到较大的改善。 然后通过测量得到当RF信号的功率为-40dBm，LO信号的功率为4dBm时，变频损耗为3.15dB，噪声系数为10.015dB，三阶截断 点对应的输入功率为-15.763dBm，LO端口与RF端口和IF端口之 间的隔离度分别为108.664dBm和104.708dBm。可以看出该混频 器基本满足设计要求。
? ? ? ? ? ? io ?
iD1 ? iD2
?
iD3 ? iD4
? 2vRF 2RL ? RD
S1 (? LOt) ? S1 (? LOt ? ? )
因为 S2 (? LOt) ? S1(? LOt) ? S1(? LOt ? ? ) 所以输出电流还可以表示为：
io
?
2vRF 2RL ? RD
? vLO ? vRF ? (iD2 ? iD1 )RL ? iD1 RD ? 0
求解得：
iD1
?
iD2
?
2vRF 2RL ? RD
S1 (? LOt)
iD3
?
iD4
?
? 2vRF 2RL ? RD
S1 (? LOt
?
?)
双平衡二极管混频器电路
14
§11.2 射频混频器
所以整个周期内IF电流的输出为：
小信号近似公式得到二极管的
输出电流为：
i
?
Io
?
Gd
?vRF
?
vLO ??
? Gd?
2
vRF
?
vLO
?2
?
???
单端二极管混频器电路
前两项是无用项，通过电路后只输出第三项，而这一项又包含 多 路 即个后得频都到率被了分阻IF分量 断量，。，其最实中终现得? IF了到?混的? R频输F ?。出? L为O是：有用iIF信? G号2d?V，RF其VLO它co项s?通IFt 过电
GP
?
PIF PRF
单边带噪声输入对应于非零中频的情况，定义为：
FSSB
?
Si No So Ni
?
Lc
4 AV 2
? ?2 ?
?
Nadd kT0 B
? ? ?
双边带噪声输入对应于零中频的情况，定义为：
FDSB
?
Si No So Ni
?
4 Lc K 2
? ?1
?
?
Nadd kT0 B
? ? ?
7
§11.2 射频混频器
?
?i5
?
i6
?tanh
? ? ?
u2 2U T
? ? ?
16
双平衡BJT混频器电路
§11.2 射频混频器
同理在 Q5 、Q6组成的对管中： 所以最后总的输出电流为：
i5
?
i6
?
I0
? tanh ?
u1
? 2UT
? ? ?
io
?
I0
tanh
? ? ?
u1 2U
T
? ? ?
tanh
? ? ?
u2 2U
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§11.3 射频倍频器
11.3.1 非线性电抗器件倍频器 常见的非线性电抗器件倍频器的电路框图如图所示，通常采
(2) 采用平衡电路结构：利用相互抵销原理，抑制高阶奇次项，从 而抑制交调频率的产生。
(3) 采用线性时变工作状态：减少部分寄生频率分量。
8
§11.2 射频混频器
11.2.3 单端二极管混频器
常见的单端二极管混频器的结构如图所示：
该电路的工作原理是：假设
输入信号为vRF ? VRF cos ? RFt 和 vLO ? VLO cos ? LOt ，根据二极管的