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。
混频器基础介绍
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
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
混频器特性浅析及选型
概述---------------------------------------------------------------------3
索引
混频器分类------------------------------------------------------------7
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
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.
镜频抑制混频器的分析与直接解调短波单边带接收机的设计装调
镜频抑制混频器的分析与直接解调短波单边带接收机的设计装调无43 孙忆南 倪彧章一、前言随着通讯设备的小型化，集成化与数字化，传统的多次变频式接收机，由于电路复杂，中频通路难以集成，存在镜频干扰、组合干扰，需要在射频前端添加镜频抑制滤波器，提高了设备成本，难以做到小型化。
而使用零中频接收机，存在本振泄露，动态范围偏小等问题。
两者的折中是低中频接收机，部分解决了上述两种设计的不足。
由于中频很低，所以镜像频率的抑制不能在射频前端完成，一种方案是采用镜频抑制混频器。
本文讨论了一种基于RC 网络分相滤波器的镜频抑制混频器，并分析了其参数的偏差对于镜频抑制比的影响。
然后，使用这种镜频抑制混频器设计制作了一个直接解调型短波单边带接收机。
二、镜频抑制滤波器在信号的变频过程中，镜象干扰是影响电路性能的一个很主要的问题，而要实现镜象抑制，就要求较高频率的中频，使用多次变频，同时对镜频抑制滤波器的要求较高，这样就对电路的集成实现带来了很大的困难。
一种可行的方法，即利用低中频和镜频抑制混频器的方法，在将信号降到低中频的同时，去除镜像干扰信号。
其实现框图如下：图1其中，Vlo 是本振信号，Vin 是射频输入信号，Vout 是去除了镜像干扰信号的低频有用信号。
+90表示移相90度。
数学推导如下：（射频输入信号为用单频信号，对应的镜像信号频率为）0w w +101w w −101201cos[()]cos[()]in V A w w t A w w t =++−（为本振频率，为信号的频率，前一项是有用信号，后一项是镜像干扰信号）0w 1w0111012101210112011310112011cos()11(cos()cos[(2)])(cos()cos[(2)])2211(sin[(2)]sin())(sin[(2)]sin())2211(cos[(2)]cos())(cos[(2)]cos())22Loc V w t V A w t w w t A w t w w t V A w w t w t A w w t w t V A w w t w t A w w t w ==++++−=+−+−+=−++−−+1311cos()out V V V A w t =+=t 从中我们可以看到，如果我们可以保证移相90度的准确性，以及相乘和移相后的输出信号和的幅度是一样的话，那么镜像干扰信号就可以被完全的去掉了。
应用ADS软件设计镜像抑制混频器
镜像抑制混频器概述近年来，随着微波器件与技术的快速发展，在雷达和通信等领域，接收系统普遍采用了低噪声放大器作为前级，大大降低了系统的噪声系数，提高了灵敏度。
混频器对接收系统的影响和作用似乎越来越小，事实并非如此。
对于单边带系统，特别是中频较低的单边带系统来讲，镜像噪声会对噪声带来很大影响。
所谓镜像信号边带是有用信号边带相对于本振信号对称的另一个边带，它与本振混频后产生的中频信号与信号边带产生的中频信号相同。
对于单边带系统，当低噪声放大器频带较宽，且中频不高时，镜像噪声会通过混频器进入系统，造成系统噪声系数恶化。
因此，在低噪声放大器频带较宽，且中频不高的单边带系统中，必须使用镜像抑制混频器。
镜频抑制度表示对镜像噪声的抑制程度，镜频抑制度β定义为：'G G =β其中G 信号边带增益G ’镜像边带增益则微波接收机噪声系数与镜频抑制度的关系为：11log(10)(β+=dB M 其中M(dB)微波接收机噪声系数的恶化量表1为镜频抑制度与噪声系数恶化量的数据表1M(dB)0.050.20.5 1.0 2.0 3.0β(dB)19.3613.279.14 5.87 2.330镜像抑制混频器设计1镜像抑制混频器的主要技术指标信号频率 3.6GHz本振频率 3.8GHz中频频率200MHz噪声系数15dB镜像抑制度15dB2镜像抑制混频器的组成镜像抑制混频器电原理图如图1。
3dB正交耦合器射频端口ＶS 同相功率分配器平衡混频器 １平衡混频器 ２本振ＶL ＶL1ＶL23412ＶS1ＶS2Ｚ0＝503dB中正交耦合5678频输出电路下边带中频输出上边带中频输出图1由图1可知镜像抑制混频器由两个平衡混频器、一个射频正交耦合器、一个中频正交耦合器和一个同相功率分配器组成。
3平衡混频器设计我们采用移相90°的平衡混频器，它由这几部分组成：3dB 支节耦合器混频二极管阻抗匹配网络射频短路线和中频滤波器。
用ADS 软件的S 参数仿真功能很容易设计出幅度和相位满足要求的3dB 支节耦合器。
20GHz镜频抑制谐波混频器
集成电路设计与应用櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶IC Design and ApplicationDOI ：10.3969/j.issn.1003－353x.2011.11.01220GHz 镜频抑制谐波混频器郭凡玉，唐宗熙，赵世巍（电子科技大学电子工程学院，成都611731）摘要：镜频抑制混频器能有效地抑制镜像频率，提高雷达和通信系统的抗干扰能力。
介绍了一个20GHz 二次谐波镜频抑制混频器的设计与制作，该镜频抑制混频器采用两个相同的二次谐波混频器做为两路混频单元，两路射频输入和中频输出分别用90ʎ的功分器/合路器与两路混频器相连，本征用威尔金森功分器等幅同相输入两路混频。
借助于90ʎ的功分器，两路混频器的镜频产物在中频90ʎ合路器的输出端口反相抵消，有用中频在90ʎ合路器的输出端口同相叠加。
利用ADS 和HFSS 对该混频器进行了仿真设计，并对实际电路进行了加工测试。
经测试，当中频固定在400MHz 时，射频在20 21GHz 内变频损耗小于10dB ，镜频抑制大于20dB 。
关键词：谐波；镜频抑制；变频损耗；混频器；相位平衡中图分类号：TN773文献标识码：A文章编号：1003－353X （2011）11－0866－0520GHz Image Rejection Harmonic MixerGuo Fanyu ，Tang Zongxi ，Zhao Shiwei（School of Electronic Engineering ，University of Eletronic Science and Technology of China ，Chengdu 611731，China ）Abstract ：Image rejection mixer can effectively suppress image frequency and improve the ability of anti-interference in radar and communication systems．A 20GHz 2nd harmonic image rejection mixer was designed and machined．It consists of the same two 2nd harmonic mixers ，the 90ʎphase shifting in RF input port and IF output port respectively ，and LO signal is inputted via a Wilkison power divider．By using the 90ʎphase shifters ，the two ways of the in-phase IF signal can be enhanced ，and the two ways of the anti-phase image signal can be counteracted．The mixer was simulated by ADS and HFSS．The practical circuit was tested．According to the measured results ，at the IF frequency of 400MHz ，RF frequency of 20－21GHz ，the mixer achieves a convention loss better than 10dB ，and the image rejection better than 20dB．Key words ：harmonic frequency ；image rejection ；convention loss ；mixer ；phase balance EEACC ：12500引言在外差式接收系统中镜频信号同本征信号混频产生的干扰信号会同中频一起输出，使系统的噪声系数恶化，因此混频器的镜像抑制度成了影响接收系统性能的重要因素。
混频器、倍频器、分频器基础知识
混频器、倍频器、分频器基础知识频率转换是超外差通信和雷达电路以及很多其他有用射频/微波器件的最主要功能。
对于这些非线性器件，尤其在混频器、倍频器和分频器的作用以及如何为某项应用选型最佳器件方面，经常存在这一些令人困惑之处。
本文旨在对上述各种器件的异同点进行简单描述，并对器件选型准则进行一定说明。
何为混频器？混频器为一种非线性的三端器件，通常由工作在非线性区域的二极管或晶体管组成。
混频器可对两个输入信号进行加减，并输出其和与差。
根据构造，这一功能可用于上变频，下变频，IQ混频器，或不同性能参数。
混频器通常用于解调电路，上变频器和下变频器中，以在发送前或接收后进行频率转换。
何为倍频器？倍频器为一种根据输入信号的表现生成更高频率的谐波的非线性器件。
例如，双倍频器为一种产生强的二阶谐波的倍频器。
不可避免地，输入信号，高阶谐波以及噪声/干扰也将发生泄露并混入输出信号之内。
倍频器通常用于解调电路中，以提高振荡器或信号发生源的频率。
何为分频器？分频器与倍频器类似，其不同点在于，输入信号频率为输出频率的整数倍。
分频器与倍频器的考虑因素相同。
选型倍频器或分频器时需要注意什么？倍频器和分频器用途广泛，对于某些用途，在选型倍频器或分频器时，隔离度，谐波抑制以及相位噪声特性为重要的考量因素。
隔离度表示倍频器或分频器防止输入信号泄露至输出端的能力，而谐波抑制是指倍频器或分频器防止输入信号的谐波出现于输出端的能力。
此两因素对倍频器或分频器的可用性具有直接影响，因此十分重要。
对于对噪声、相位噪声或干扰具有限制的信号生成及调制电路而言，倍频器或分频器的加性相位噪声与噪声性能非常重要，这是因为这些参数可在生成输出信号时叠加至输入信号上。
除了上述之外，由于某些倍频器和分频器需要较大的输入功率，因此驱动倍频器或分频器所需的信号功率量或正常运行所需的信号输入功率有时也成为一项需要考虑的因素。
许多测试和测量级精密信号发生器和任意波形发生器无法产生驱动倍频器或分频器所需的信号强度。
(最新整理)混频器
若组合频率接近接收中频附近，就会对接收机产生 干扰。 •这类干扰是指在本振或是在射频信号频率上下对称 分布。影响最大的是三阶组合干扰频率，即fL 2fR 或2fL fR。 •产生这种干扰的原因是混频器的非线性或由于本振 信号的频谱不纯，含有丰富的谐波成份，产生了这 种组合频率的干扰。
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3.3 混频失真与干扰
——镜像频率的产生
H ()
I I
0
R
L I
输入到混频器的射频信号
与镜频干扰信号频谱
H ()
本振信号频谱
0
L
H ()
混频结果
0 202L1/7/26R
L
2L I
13
3.3 混频失真与干扰 ——互相调制（Inter Modulation）
当射频输入端口有多个干扰信号fm1、fm2同时进入时， 每个干扰信号与本振作用的组合频率并不等于中频， 但可能会产生如下式的组合频率分量：
• r和s的值越小，相应产生的寄生中频分量的
幅度越大，互调失真就越严重
• 其中以r+s＝3最为严重，它由混频器非线
性器件的4次方项产生
• 三阶互调干扰的信号频率与射频信号频率
之间满足2fm1-fm2≈fRF或2fm2-fm1≈fRF
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3.3 混频失真与干扰 ——本振和射频的组合频率干扰
•代入电流表达式 i = i0(u1) +g(u1)u2，得
i(I0I1mco1tsI2mco2s1t ) (g0g1co1tsg2co2s1t )U2mco2st I0I1mco1tsI2mco2s1t g0U2mco2stg1U2mco1tsco2stg2U2mco2s1tco2st
混频器特性分析
一、噪声系数和等效噪声温度比噪声系数的基本定义已在第四章低噪声放大器中有过介绍。
但是混频器中存在多个频率，是多频率多端口网络。
为适应多频多端口网络噪声分析，噪声系数定义改为式（9-1），其理论基础仍是式（6-1）的原始定义，但此处的表示方式不仅适用于单频线性网络，也可适用于多频响应的外差电路系统，即（9-1）式中 Pno ——-当系统输入端噪声温度在所有频率上都是标准温度T0 = 290K 时，系统传输到输出端的总噪声资用功率；Pns ——仅由有用信号输入所产生的那一部分输出的噪声资用功率。
根据混频器具体用途不同，噪声系数有两种。
一、噪声系数和等效噪声温度比1、单边带噪声系数在混频器输出端的中频噪声功率主要包括三部分：（1）信号频率f s 端口的信源热噪声是kT 0f ，它经过混频器变换成中频噪声由中频端口输出。
这部分输出噪声功率是 m f kT α∆0 式中 f ——中频放大器频带宽度；m ——混频器变频损耗；T 0——环境温度，T 0 = 293K 。
（2）由于热噪声是均匀白色频谱，因此在镜频f i 附近f 内的热噪声与本振频率f p 之差为中频，也将变换成中频噪声输出，如图9-1所示。
这部分噪声功率也是kT 0f ／m 。
（3）混频器内部损耗电阻热噪声以及混频器电流的散弹噪声，还有本机振荡器所携带相位噪声都将变换成输出噪声。
这部分噪声可用P nd 表示。
这三部分噪声功率在混频器输出端相互叠加构成混频器输出端总噪声功率P nond m m no P f kT f kT P +∆+∆=αα//00 把P no 等效为混频器输出电阻在温度为T m 时产生的热噪声功率，即P no = kT m f ，T m 称混频器等效噪声温度。
kT m f 和理想电阻热噪声功率之比定义为混频器噪声温度比，即 00T T f kT P t m no m =∆= 按照定义公式（9-1）规定，可得混频器单边带工作时的噪声系数为 ns m ns no SSB P f kT P P F ∆==在混频器技术手册中常用F SSB 表示单边带噪声系数，其中SSB 是Singal Side Band 的缩写。
汇报讲课 混频器的原理与应用
非线性器件和网络的响应 混频器原理 平衡混频器工作原理 镜像抑制混频器的原理和特点 混频器种类及优缺点 基于ADS的镜像抑制混频器仿真
非线性网络的响应
vi
非线性器 件或网络
vo
在一般情况下，非线性电路的输出响应可以 展开成输入电压vi表示的泰勒级数： Vo=ao+a1Vi+a2V i2+a3Vi3+……
'
[ v R F ( t ) v L O (t)] …
2
第一项是直流偏置，用隔直电容与IF输出断开，第二项是RF和LO输 入信号的复制，可有低通IF滤波器滤除，余下的第三项可用三角恒 等式改写为：
i (t ) Gd 2 Gd 4
' '
Gd 2
2
'
[ V R F co s R F t V L O co s L O t ]
平衡混频器
设RF和LO电压为
v R F (t)= V R F co s R F t
和
v LO (t)= V L O cos L O t
加到两个二极管上的总RF和LO电压可表示为
v1 (t ) 1 2 v2 1 2 1 2 [ V R F c o s ( R F t 9 0 ) V L O c o s ( L O t 1 8 0 )]
[ VU sin ( L O IF ) t V L sin ( L O IF ) t ] 1 2 [ VU co s( L O t IF t 1 8 0 ) V L co s( L O t IF t 1 8 0 )]
v B (t ) -1 2
v R F ( t ) VU co s( L O IF ) t V L co s( L O IF ) t
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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
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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
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√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。
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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。
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▲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]