混频器和调制器.pdf

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1、MT-080指南混频器和调制器混频器和调制器概述理想混频器如图1所示。RF(或IF)混频器(不要与视频和音频混频器相混淆)是一种可转换信号频率的有源或无源器件。它既可以调制信号，也可以解调信号。混频器具有三个信号连接，也就是无线电工程师所说的“端口”。这三个端口分别为射频(RF)输入端、本振(LO)输入端和中频(IF)输出端。IDEALMIXERRFINPUTIFOUTPUTfRFfRF+fLOfRF-fLOLOINPUTfLO图1：混频过程混频器将频率为f的RF输入信号与频率为f的LO信号进行混频处理，并产生由和与差频率RFLOf±f组

2、成的IF输出信号。用户可以在混频器后连接带通滤波器，从而选择和频率(f+f)RFLORFLO或差频率(f–f)。RFLO对于混频器及其术语，需注意以下几点：•以和频率用作IF时，混频器称为“上变频器”；使用差频率时，混频器则称为“下变频器”。前者通常用于发射通道中，而后者则用于接收通道中。•在接收机中，当LO频率低于RF时，称为“低端注入”，此时混频器为“低端下变频器”；当LO高于RF时，称为“高端注入”，此时混频器为“高端下变频器”。Rev.0,10/08,WKPage1of12MT-080•每个输出的幅度只有各输入的一半(功率为四分之

3、一)；因此，该理想线性混频器具有6dB的损耗。(在实际乘法器中，转换损耗可能大于6dB，具体取决于器件的调整比例参数。本文假设使用“数学”乘法器，即无维度特性。)混频器有多种实现方式，并且既可以采用有源技术，也可以采用无源技术。简单回顾一下用于频率转换的各种非线性器件可能有助于了解前后关系。我们可以确定有三个电路子类，这些子类有某些相似之处。它们全都属于信号乘法器，即其产生的输出信号在某种形式上都是两个输入信号的乘积。这些电路子类就是“乘法器”、“调制器”和“混频器”。“模拟乘法器”通常具有两个信号输入端口(分别称为X和Y)，而所产生的输

4、出W即为这两个端口上所施加电压的线性乘积。为了保持维度一致性，模拟线性乘法函数必须调用基准电压(也称为U)，因此W=XY/U。在某些情况下，U实际上是第三路输入，可用于实现模拟除法。乘法器分为以下三种功能类别：在“单象限”乘法器中，X和Y必须是单极性信号；在“二象限”乘法器中，其中一路输入可以是双极性信号；在“四象限”乘法器中，X和Y都可以是双极性信号。ADI公司可以提供各种“线性”乘法器，包括AD534、AD538、AD539、AD633、AD734、AD834和AD835，拥有目前可实现的最高精度(AD734，精度为±0.02%)和最

5、快速度(AD834，速度超过500MHz)。“调制器”(有时称为“平衡调制器”或“双平衡调制器”，甚至偶尔还称为“高电平混频器”)可视作“符号变换器”。两路输入X和Y产生一路输出W，也就是其中一路输入(如Y)乘以另一路输入(如X)的符号，即W=Ysign(X)。因此无需基准电压。良好的调制器在信号路径中具有极高的线性度，Y的正负值具有完全相等的增益，且X的正负值也具有完全相等的增益。理想情况下，需完全切换输出符号的X输入幅度非常小，即X输入展现出与比较器相似的行为。在某些情况下，当该输入可以是逻辑信号时，则可以使用更为简化的X通道。AD8

6、31等高线性度混频器就非常适合用作调制器。“混频器”是针对频率转换而优化的调制器。它在信号路径中的位置通常靠近天线，其信号输入端(通常称为“RF端口”)处同时存在所需信号和(通常较大的)干扰信号。因此，混频器必须拥有出色的线性度，即向RF端口施加测试信号时，达到可能的最高电平，其输出(IF端口处)都应增加相同数量的dB。该特性由1dB增益压缩点和三阶交调截点定义。转换过程由施加于LO端口的输入驱动。Page2of12MT-080接收机的混频器要达到可接受的性能水平，噪声和匹配特性至关重要。最好使LO功率保持最低水平以尽可能减少三个端口之间

7、的串扰，但这通常会与其它要求冲突。给定RF和LO频率下，从RF端口到IF端口的增益称为转换增益；在典型的二极管电桥混频器中，转换增益小于4dB。有源混频器可以提供更高的转换增益和更好的端口间隔离，但通常代价是噪声和线性度性能下降。通常不太可能(也根本无需)使用与输入和输出的瞬时值相关公式来描述混频器行为；相反，我们通常寻求以输出端的非理想交叉乘积项来表征混频器。至此，我们已经讨论了以下几点：乘法器以线性方式响应其两个输入电压的瞬时值；调制器以线性方式响应其中一路输入，而另一路输入只是定期转换该信号的符号，转换时间几乎为零，此外理想情况下不

8、会对信号造成任何其它影响；混频器是一种RF混合器，理想情况下RF输入具有极高线性度，并且响应LO输入的切换功能表现出二进制行为，但在现实中这两方面都不理想；混频器经过优化，噪声和交调失真极低。