混频器的设计(RFID)

混频器的基本介绍

定义：变频，是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这

种功能的电路称为变频器（或混频器）。

混频器是一个3端口器件，其中两个端口输入，一个端口输出。混频器采用非线性或时变参量元件，可以将两个不同频率的输入信号变为一系列不同频率

的输出信号，输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及谐波。

混频器是射频系统中用于频率变换的部件，具有广泛的应用领域，可以将

输入信号的频率升高或降低而不改变原信号的特性。混频器的典型应用是在射

频的接收系统中，混频器可以将较高频率的射频输入信号变换为频率较低的中

频输出信号，以便更容易对信号进行后续的调整和处理。

1．混频器的特性

混频器的符号和功能如图4-60所示。图4-60（a）是上变频的工作状况，两个输入端分别称为本振端（LO）和中频端（IF），输出端称为射频端（RF）。图4-60（b）是下变频的工作状况，两个输入端分别称为本振端（LO）和射频端（RF），输出端称为中频端（IF）。

上变频:上变频就是把基带信号调制到一个载波上，或者把调制在低频载波上

的信号变换到高频载波上。在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的中频

信号比原始信号高，那么此种混频方式叫做上变频。

下变频：在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的中频信号比原始信号低，那么此种混频方式叫做下变频。下变频的目的是为了降低信号的载波频率或是直接去除载波频率得到基带信号。

混频器的变频损耗

混频器的变频损耗定义为可用RF 输入功率与可用IF 输出功率之比，用dB 表示为

变频损耗的典型值为4~7dB 。变频损耗包括二极管的阻抗损耗、混频器端口的失配损耗和谐波分量引起的损耗。

电阻性负载会吸收能量，产生阻抗损耗。混频器输出只选和频或差频，谐波不是所需的输出信号，导致了谐波损耗。

2．单端二极管混频器

定义：用一个二极管产生所需IF 信号的混频器称为单端二极管混频器。 框图及其解释：单端二极管混频器如图4-62所示。RF 和LO 输入到同相耦合器中，两个输入电压合为一体，利用二极管进行混频，由于二极管的非线性，从二极管输出的信号存在多个频率，经过一个低通滤波器，可以获得差频IF 信号。射频扼流圈的作用为：通直流隔交流。

()RF IF 10lg dB P Lc P ⎛⎫= ⎪⎝⎭

肖特基二极管方程为：

其中α =e/nkT ，e 为电子电荷，k 是波尔兹曼常数，T 是温度，n 是理想化因子，Is 是饱和电流。

此电压在非线性二极管上所产生的电流响应可以在V0做泰勒级数展开：

上式改写为：

二极管的非线性导致输出信号存在多个频率，新频率分量为

这里关心的是差频，有：

为从二极管输出的众多频率中得到差频，需要低通滤波器，经过一个低通滤波器，可以获得差频IF 信号。

3．单平衡混频器

RF LO

m n ωω±()()IF RF LO RF LO RF LO IF 11cos cos 22d d i t G V V G V V t ωωω''=-=()()

1

V S I V I e α=-0V V v

=+二极管上电压()00202

d 1d +||d 2d V V I I I V I v V V

=++()20012

d d I V I i I vG v G '=+=+++

前面讨论的单端二极管混频器虽然容易实现，但在宽带应用中不易保持输入匹配及本振信号与射频信号之间相互隔离，为此提出单平衡混频器。图4-63所示为单平衡混频器的构成，两个单端混频器与一个3 dB耦合器可以组成单平衡混频器。

上图描述的单平衡混频器，3dB耦合器可以是如图4-63（a）所示的90°混合网络或如图4-63（b）所示的180°混合网络。使用90°混合网络可以有很宽的频率范围，在RF端口可以得到完全的输入匹配，同时可以除去所有偶数阶互调产物。

参考资料：

百度文库：RFID复习大纲

/view/b08c1b25c281e53a5902ff13.html

RFID原理与应用（许毅陈建军编著）