第四章-镜频抑制和谐波混频器教材

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。
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。
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
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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
I1 f vLO vRF vLO
I 2 f vLO vRF vLO
I I 2 I1 v LO
m ,n m
m
vRF
n
m ,n
m
vRF
vRF
n
n
m ,n
vRF
n
n
v LO
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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
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。
中频滤波器 Ka频 段4 次谐波 混频器
RF:35GHz LO:9GHz
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
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非线性电阻v-i特性如下
i f (v) a0 a1v a2v .... an v
2
n
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对信号: 信号在混频器1中混频
m ,n m n
m
v LO
m ,n
m
vRF [(1)
1]
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
。 。 。
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
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 )]
m n i (t ) f (vLO 1 vi1 ) vLO 1 vi1
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
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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 ]
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对镜频 镜频在混频器1中混频
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]
m,n
m+n 只能为偶数
RF ? LO 8GHz RF:7GHz 9GHz RF:23GHz 25GHz 基波混频
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
i2 (t ) VLOVRF cos[(RF LO )t 90] VLOVRF cos[(IF )t 90]
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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]
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？
I2
IF
RF LO I1
m n I1 f vLO vRF vLO vRF
m n I 2 f vLO vRF vLO vRF