频谱搬移电路

u2 i3 i4 i6 tanh 2U T 所以有： u2 io i5 i6 tanh 2U T
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双平衡BJT混频器电路
§11.2 射频混频器
同理在 Q5 、Q6组成的对管中：
u i5 i6 I 0 tanh 1 2U T
g (t ) g0 g1 cos 2t g2 cos 22t g n cos n2t
输出i 中只含有两种频率分量： n2 ， n2 1 。 即时变电路的分析方法产生的频率与级数展开分析法产生的 频率相比较，有部分频率分量在u1 足够小的假设下忽略掉了，这 在工程上是允许的。
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知识结构
混频器的特性
频谱搬移原理及分析方法
抑制混频干扰和失真的方法
单端二极管混频器 单端FET混频器 单平衡二极管混频器 单平衡有源混频器
频 谱 搬 移 电 路
射频混频器
双平衡二极管混频器
吉尔伯特双平衡混频器 混频器设计举例 非线性电抗器件倍频器
射频倍频器
非线性电阻器件倍频器 有源倍频器
参量式二分频器
求解得：
iD1 iD2
2vRF S1 (LOt ) 2RL RD
双平衡二极管混频器电路
iD3 iD4
2vRF S1 (LOt ) 2RL RD
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§11.2 射频混频器
所以整个周期内IF电流的输出为：
2vRF S1 (LOt ) S1 (LOt ) 2RL RD 因为 S2 (LOt ) S1 (LOt ) S1 (LOt ) 所以输出电流还可以表示为： io iD1 iD2 iD3 iD4
io 2vRF S2 (LO t ) 2 RL RD
最后通过滤波器取出IF分量得到：
iIF VRF cos IFt 2RL RD 4
在本振信号两个不同的半周期内，感应到射频线圈上的两部 分电流方向相反，所以总感应电流 iS为：
iS iD1 iD2 iD3 iD4 2vRF 2 RL RD
K 2 2 VRF cos2 RFt 2VRFVLO sin LOt cos RFt VLO sin 2 LOt 2
两电流再相加并化简，得到低通滤波器的输入电流：
i K 2 2 (VRF cos 2RFt 2VRFVLO sin IFt VLO cos 2LOt ) 2
GP
3. 噪声系数 单边带噪声输入对应于非零中频的情况，定义为：
FSSB Si N o N add 4 2 2 So Ni Lc AV kT0 B
PIF PRF
双边带噪声输入对应于零中频的情况，定义为：
FDSB Si N o N add 4 1 2 So Ni Lc K kT0 B
Gc
1 2 4RF C Ri d 2 gs
单端FET混频器电路
其中是Cgs 栅极－源极电容，Rd 是输出电阻，Ri 是输入电阻。
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§11.2 射频混频器
11.2.5 单平衡二极管混频器 单平衡二极管混频器的优点在于可以使RF信号的输入匹配， 90混合网 DC分量在IF端被抵消。如图所示，该电路使用了一个 络把两个单端口网络连接在一起。
同理当下变频时，输出信号为：
vIF KvRF vLO K cos RFt cos IFt
K cos LO RF t cos LO RF t 2
其中 K 是混频器的变频损耗。
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§11.2 射频混频器
2. 变频增益 G 变频增益 P 定义为可用IF输出功率与可用RF输入功率之比，即：
11.2.7 双平衡二极管混频器 双平衡混频器可以消除IF和LO信号中的所有偶次谐波，使各 端口的隔离度得到进一步改善，缺点是需要较大的LO信号功率， 且变频损耗较大。 电压回路方程为：
vLO vRF (iD2 iD1 ) RL iD1RD 0
vLO vRF (iD2 iD1 ) RL iD1 RD 0
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§11.2 射频混频器
11.2.3 单端二极管混频器 常见的单端二极管混频器的结构如图所示： 该电路的工作原理是：假设 输入信号为 vRF VRF cos RFt 和 vLO VLO cos LOt ，根据二极管的 小信号近似公式得到二极管的 输出电流为：
i I o Gd vRF vLO Gd 2 vRF vLO 2
此电流再经过滤波器的选频就得到了IF信号：
iIF t KVRFVLO sin IFt
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§11.2 射频混频器
11.2.6 单平衡有源混频器 单平衡有源混频器的一种结构是使用差分输入的本振LO信号 源驱动两个BJT晶体管，并使两个晶体管分别工作在开态；再 用另一线性放大晶体管对射频RF信号进行放大，其结构如图所 示。 Q1工作在线性区，它的集电极输出电 流 ic是对射频RF信号的线性放大，且 在每个瞬间可等效为恒流源。 Q2 、3 组成差分放大电路。输出电流： Q
单端二极管混频器电路
前两项是无用项，通过电路后只输出第三项，而这一项又包含 多个频率分量，其中IF RF LO是有用信号，其它项通过电 Gd 路后都被阻断。最终得到的输出为： iIF VRFVLO cos IFt 2 即得到了IF分量，实现了混频。
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§11.2 射频混频器
11.2.4 单端FET混频器 单端FET混频器的原理就是利用加在栅极上的LO信号驱动FET 晶体管的跨导在高低间转换，提供所需要的频率。常用的电路 结构如图所示，与单端二极管混频器一样，RF和LO信号首先输 入到同相双工器中合成，再输入到FET晶体管的栅极上。漏极的 LO电容用于提供LO信号的返回支路，而滤波器用于选择出所需 要的IF频率分量。 单端FET混频器在RF和IF端口 共轭匹配的情况下，具有最大的 混频增益： g2R
混合网络的单端平衡二极管混频器电路
假设输入的RF信号为： vRF VRF cos RFt 输入的LO信号为： vLO VLO cos LO t
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§11.2 射频混频器
两个二极管的输出为：
i1 Kv12
2 i2 Kv2
K 2 2 VRF sin 2 RFt 2VRFVLO sin RFt cos LOt VLO cos2 LOt 2
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§11.2 射频混频器
11.2.9 混频器设计举例 例题：设计双平衡二极管混频器，并通过ADS软件对设计进行 优化，要求达到的指标：RF信号工作中心频率920MHz，工作频 段902-928MHz，功率为-40dBm；LO信号工作中心频1170MHz, 工作频段1152-1178MHz，功率为-4dBm；变频损耗小于5dB；噪 声系数小于10dBv；3阶截断点对应的输入功率大于-15dBm；隔 离度大于30dBm。 解： 首先确定基本电路，并使用ADS软件仿真，原理图如下：
i
p=- q
i f u a0 a1 u1 u2 a2 u1 u2 an u1 u2
2 n
C


p,q
cos( p1 q2 )t
可以看出输出信号包含无限多的频率分量： p,q p1 q2 通常将 p q 称为组合频率的阶数。
u io I 0 tanh 1 2U T u tanh 2 2U T
所以最后总的输出电流为：
采用双平衡有源结构的吉尔伯特混频器，提高了各个端口间 的隔离性能。与单平衡混频器相比，双平衡结构抑制了本振信号 对中频端口的泄漏。因为在双平衡结构中，输出电流是两个差分 对电流以相反相位的叠加，抵消了本振信号向中频端的泄漏。吉 尔伯特混频器的另一个优点是线性范围大。
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§11.2 射频混频器
4．线性动态范围
定义混频器的线性动态范围为 Pin,1dB与噪声基底或灵敏度之比。 11.2.2 抑制混频干扰和失真的方法 混频器是非线性器件，所以要产生非 线性失真，输出中频频带内不易滤除的 交调产物。抑制这些寄生频率的方法有 三种： 混频器的1dB压缩点和三阶截断点 (1) 使用理想乘法器（或平方律器件）：抑制高阶项产生的输出信 号。 (2) 采用平衡电路结构：利用相互抵销原理，抑制高阶奇次项，从 而抑制交调频率的产生。 (3) 采用线性时变工作状态：减少部分寄生频率分量。
第11章 频谱搬移电路
本章重点介绍了实现上、下变频的混频器电路的原理和结 构：单端二极管、FET混频器，单平衡二极管有源混频器 等；介绍了产生高本振频率的倍频器电路的原理和结构： 非线性电抗器件倍频器、有源倍频器等；介绍了用于方便 地产生特定频率的分频器电路原理和结构。
教学 重点
能力 教学 要求 重点
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§11.2 射频混频器
11.2.8 吉尔伯特双平衡混频器 吉尔伯特双平衡混频器其电路结构可 以看作由多个差分输入放大器组成。 整个电路的差分输出电流：
io i1 i3 i2 i4 i1 i2 i3 i4
Q1 、2 Q
由于在
Q Q 及 3 、 4 组成的对管中： u2 i1 i2 i5 tanh 2U T
双平衡二极管混频器ADS仿真电路
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§11.2 射频混频器
其中1端口是射频输入，2端口是本振输入，3端口是中频输出。 需要注意的是为了提高隔离度将把变压器初级的匝数比设置 为 1:1.1 。测量各端口的输入阻抗及反射系数，如下图所示：
射频分频器
来自百度文库
再生式分频器 数字式分频器 注入锁相振荡器式分频器
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§11.1 频谱搬移原理及分析方法
一般可以使用两种不同的分析方法对频谱搬移电路进行分 析——非线性分析法和时变电路分析法。 1. 非线性分析法 u 设u1 为输入信号， 2 为控制信号，则输出为：
u 设 u1 A1 cos 1t ， 2 A2 cos 2t 则：
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§11.2 射频混频器
11.2.1 混频器的特性 1. 频谱特性 混频器工作时分为上变频和下变频两种，假设有本振信号vLO 工作在频率LO ，中频信号 vIF工作在频率 IF，射频信号 vRF工作 在频率RF ，则当上变频时，输出信号为：
vRF KvLO vIF K cos LOt cos IFt K cos LO IF t cos LO IF t 2
掌握：实现上下变频的混频器电路的原理和结构：单端二 极管、FET混频器，单平衡二极管、双平衡二极管 有源混频器。 了解：产生高本振频率的倍频器电路的原理和结构。 熟悉：用于产生特定频率的分频器的电路原理和结构。
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本章目录
第一节 第二节 第三节 第四节 频谱搬移原理及分析方法 射频混频器 射频倍频器 射频分频器
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§11.1 频谱搬移原理及分析方法
2. 时变电路分析方法 时变电路的分析方法是在幂级数展开分析方法的基础上， 当u1 足够小时的近似。 u u 设输入信号分别为：1 A1 cos 1t ， 2 A2 cos 2t ，因为u 2 是周期 函数，则电路的时变系数可化为： I 0 (t ) I 00 I 01 cos 2t I 02 cos 22t I 0 n cos n2t
vLO ic i2 [1 tanh 2 2U T ]
vLO ic i3 [1 tanh 2 2U T ]
差分输出电流：
v io i2 i3 ic tanh LO 2U T
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单平衡BJT混频器电路
§11.2 射频混频器