2015平衡混频器
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D1
Rif
D2
Rg
vs1 vs 2 Vs cos st
本振电压
us1
us 2
D1
i t
D2
vL1 VL cos Lt vL 2 VL cos L t
要点：
vL t
射频 本振
1、射频等幅同相加到混频管上； 2、本振等幅反相加到混频管上；
本振反相型平衡混频器
1、混频原理分析
两只二极管输出的中频电流
反相 i t ) g V cos t t g V cos t s L 1s 1 s 0 01( st Lt g1Vs cos 0t i02(t ) g1Vs cos Rg 中频电流 信号 v s1 i01 D1 i0 中频 i0 (t ) i01V (ts) i02 (t ) i vs2 02 2 g1Vs cos 0t D2
3、典型电路形式
3g 4
④ ③
g 4
⑤
180 °混合环
信号
① ② ③
0
0
g 4
i1 (t )
g 4
①
②
本振 g 4 i2 (t ) g 4
⑥
g 4
g 4
④ ⑤ ⑥
本振1 360 本振2
180 90
90 180
180
考虑到二极管接向， 则D1、D2本振电压相反 D1、D2信号电压相同
本振反相型平衡混频器
2、性能分析
充分利用本振功率
•
输入本振功率均分在两个二极管上，中频功率叠加输 出，充分利用了本振功率。 平衡混频器每个管子只需注入单端混频器一半的射频 功率即可达到相同的输出功率（因为叠加）。 动态范围增加一倍。
增加动态范围
•
wenku.baidu.com
•
结损耗增加一倍（因为叠加）
本振反相型平衡混频器
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 混频管接反
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 混频管接反
结果：变频损耗反而增大。。。。
本振反相型平衡混频器
6、小结与思考
平衡混频器基于等分的功率混合网络 能否实现混频取决于本振与射频在混频管上的 相位是否满足反相（本振）和同相（射频） 平衡混频器如何抑制本振噪声 思考这种结构能不能构成本振反相混频器？
本振反相型平衡混频器
内容：3.4.2 要求： 掌握本振反相型平衡混频器工作原理 掌握本振反相型平衡混频器性能优点 了解常见本振反相型平衡混频器结构 重点与难点 本振与射频信号在混频管处的相位 混频器输出电流频谱 本振调幅噪声的抑制
本振反相型平衡混频器
1、混频原理分析
信号电压
us t
抑制部分谐波
i '1 (t ) g nVs cos(nL s )t ' i ' ( t ) g V cos ( n ) t n i2t n s L s 2
当n为偶数时 当n为奇数时
i
' 1t
D1 i ' D2
i '1 (t ) 和 i '2 (t )同相，在输出电路中互相抵消 i '1 (t ) 和 i '2 (t )反相，在输出电路中互相叠加
本振反相型平衡混频器
1、混频原理分析
D1、D2时变电导
g1 (t ) g 0 2 g n cos nLt n 1 g (t ) g 2 g cos n t 2 0 n L n 1
流经二极管的小信号电流
i1 (t ) vs1 g1 (t ) Vs cos s t g 0 2 g n cos nLt n 1 i (t ) v g (t ) V cos t g 2 g cos n t 2 s2 2 s s 0 n L n 1
本振反相型平衡混频器
课程回顾：单端混频器的不足
2、本振调幅噪声严重影响混频器噪声性能。
BIF BIF
L if
L
L if
减小本振噪声的方法： ①在本振输入端设置带通滤波器：高Q值，频率可调 增加体积、重量和成本，且不易实现 ②加正向偏压，获得最小变频损耗，以减小本振功率 会使散弹噪声增加
第9讲 单平衡混频器
本振反相型平衡混频器
课程回顾：单端混频器的不足
1、本振、射频功率得不到充分利用。
s
Ps
4
l
4
IF
4
L PL
耦合度 -10dB
射频输 本振输 混频管获得 混频管获得 入功率 入功率 的射频功率 的本振功率 0.46dB -10dBm 20dBm -10.46dBm 10dBm 损耗
本振反相型平衡混频器
2、性能分析
VL1 v V cos t L1 L L 本振电压 vL 2 VL cos L t VN1
抑制本振噪声
I N1
D1
in
本振噪声电压
vn1 (t ) Vn cos(L 0 )t vn 2 (t ) Vn cos (L 0 )t
①
②
③
④
⑤
⑥
信号1 信号2
0 0
360 270 360
90 180
180
本振反相型平衡混频器
3、典型电路形式
90 °正交电桥
信号
中频 本振
本振反相型平衡混频器
3、典型电路形式
本 振 功 率
正交场混频器
接晶体电流表 晶体帽
D1
D2
信号场
至中放
高频扼流套
混频腔
D1 D2 本振场
信号功率
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果
射频源 本振源
混合环
低通滤波器
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 信号与本振端口对调
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 坏了一个混频管
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 坏了一个混频管
结果：中频输出功率非常小，变频损耗非常大
VL 2
VN 2
D2
IN 2 二极管输出的中频噪声电流 in1 (t ) g1Vn cos 0t 负载输出的中频噪声电流 in (t ) in1 (t ) in 2 (t ) 0 in 2 (t ) g1Vn cos 0t
本振反相型平衡混频器
2、性能分析
Rif
D2
Rg
vs1 vs 2 Vs cos st
本振电压
us1
us 2
D1
i t
D2
vL1 VL cos Lt vL 2 VL cos L t
要点：
vL t
射频 本振
1、射频等幅同相加到混频管上； 2、本振等幅反相加到混频管上；
本振反相型平衡混频器
1、混频原理分析
两只二极管输出的中频电流
反相 i t ) g V cos t t g V cos t s L 1s 1 s 0 01( st Lt g1Vs cos 0t i02(t ) g1Vs cos Rg 中频电流 信号 v s1 i01 D1 i0 中频 i0 (t ) i01V (ts) i02 (t ) i vs2 02 2 g1Vs cos 0t D2
3、典型电路形式
3g 4
④ ③
g 4
⑤
180 °混合环
信号
① ② ③
0
0
g 4
i1 (t )
g 4
①
②
本振 g 4 i2 (t ) g 4
⑥
g 4
g 4
④ ⑤ ⑥
本振1 360 本振2
180 90
90 180
180
考虑到二极管接向， 则D1、D2本振电压相反 D1、D2信号电压相同
本振反相型平衡混频器
2、性能分析
充分利用本振功率
•
输入本振功率均分在两个二极管上，中频功率叠加输 出，充分利用了本振功率。 平衡混频器每个管子只需注入单端混频器一半的射频 功率即可达到相同的输出功率（因为叠加）。 动态范围增加一倍。
增加动态范围
•
wenku.baidu.com
•
结损耗增加一倍（因为叠加）
本振反相型平衡混频器
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 混频管接反
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 混频管接反
结果：变频损耗反而增大。。。。
本振反相型平衡混频器
6、小结与思考
平衡混频器基于等分的功率混合网络 能否实现混频取决于本振与射频在混频管上的 相位是否满足反相（本振）和同相（射频） 平衡混频器如何抑制本振噪声 思考这种结构能不能构成本振反相混频器？
本振反相型平衡混频器
内容：3.4.2 要求： 掌握本振反相型平衡混频器工作原理 掌握本振反相型平衡混频器性能优点 了解常见本振反相型平衡混频器结构 重点与难点 本振与射频信号在混频管处的相位 混频器输出电流频谱 本振调幅噪声的抑制
本振反相型平衡混频器
1、混频原理分析
信号电压
us t
抑制部分谐波
i '1 (t ) g nVs cos(nL s )t ' i ' ( t ) g V cos ( n ) t n i2t n s L s 2
当n为偶数时 当n为奇数时
i
' 1t
D1 i ' D2
i '1 (t ) 和 i '2 (t )同相，在输出电路中互相抵消 i '1 (t ) 和 i '2 (t )反相，在输出电路中互相叠加
本振反相型平衡混频器
1、混频原理分析
D1、D2时变电导
g1 (t ) g 0 2 g n cos nLt n 1 g (t ) g 2 g cos n t 2 0 n L n 1
流经二极管的小信号电流
i1 (t ) vs1 g1 (t ) Vs cos s t g 0 2 g n cos nLt n 1 i (t ) v g (t ) V cos t g 2 g cos n t 2 s2 2 s s 0 n L n 1
本振反相型平衡混频器
课程回顾：单端混频器的不足
2、本振调幅噪声严重影响混频器噪声性能。
BIF BIF
L if
L
L if
减小本振噪声的方法： ①在本振输入端设置带通滤波器：高Q值，频率可调 增加体积、重量和成本，且不易实现 ②加正向偏压，获得最小变频损耗，以减小本振功率 会使散弹噪声增加
第9讲 单平衡混频器
本振反相型平衡混频器
课程回顾：单端混频器的不足
1、本振、射频功率得不到充分利用。
s
Ps
4
l
4
IF
4
L PL
耦合度 -10dB
射频输 本振输 混频管获得 混频管获得 入功率 入功率 的射频功率 的本振功率 0.46dB -10dBm 20dBm -10.46dBm 10dBm 损耗
本振反相型平衡混频器
2、性能分析
VL1 v V cos t L1 L L 本振电压 vL 2 VL cos L t VN1
抑制本振噪声
I N1
D1
in
本振噪声电压
vn1 (t ) Vn cos(L 0 )t vn 2 (t ) Vn cos (L 0 )t
①
②
③
④
⑤
⑥
信号1 信号2
0 0
360 270 360
90 180
180
本振反相型平衡混频器
3、典型电路形式
90 °正交电桥
信号
中频 本振
本振反相型平衡混频器
3、典型电路形式
本 振 功 率
正交场混频器
接晶体电流表 晶体帽
D1
D2
信号场
至中放
高频扼流套
混频腔
D1 D2 本振场
信号功率
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果
射频源 本振源
混合环
低通滤波器
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 信号与本振端口对调
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 坏了一个混频管
本振反相型平衡混频器
5、仿真结果 坏了一个混频管
结果：中频输出功率非常小，变频损耗非常大
VL 2
VN 2
D2
IN 2 二极管输出的中频噪声电流 in1 (t ) g1Vn cos 0t 负载输出的中频噪声电流 in (t ) in1 (t ) in 2 (t ) 0 in 2 (t ) g1Vn cos 0t
本振反相型平衡混频器
2、性能分析