混频器基础知识
混频器
( 2w L - w s )
例2: 设一非线性器件的静态伏安特性如图所示，其中斜率为a；
设本振电压的振幅ULm=E0。求当本振电压在下列四种情况下 的混频跨导gC。 （1）偏压为E0； （2）偏压为E0 /2； 解: (1) 偏压为 EQ =E0 ; 输入信号为 uS=USmcosωSt, 且ULm>>USm, 即满足线性时变条件。 静态 gm~u 特性如图 如图 E0 ＋uL
例1: 已知混频管特性: ic a 0 a 2 u a 3 u
2
3
( u 0)
式中: u U B U sm cos s t U Lm cos L t 求: 解:
且U B U Lm U sm
I L S
由已知:
和 I 2 L S 混频跨导
iC = iQ + gm × uim
iQ — — 静态工作点电流 gm — — 工作点处的静态跨导
DiC
= iQ + gm × Uim cos wi t
当Uim 较小时，在ui (t ) 变化范围 内， gm 近似为常数。 若设法使gm 随时间作周期性变化 g(wL) ，即为时变跨导 ， 当ui 为小信号，即可构成两个信号的相乘。
3 2 g m ( t ) 2a 2U B 3a 3U a 3U Lm 2 ( 6a 3U BU Lm 3 2 2a 2U Lm ) cos L t a 3U Lm cos 2 L t 2
得:
gm1 = 2a2ULm + 6a3UB ULm ( wL - ws )
∴ gC1= gm1 / 2= ULm a2 + 3UB ULm a3 同理得: gm2= (3/2 )a3ULm2 ∴ gC2= gm2 /2 = (3/4) ULm2 a3
混频器的工作原理
混频器的工作原理混频器是一种常见的电子器件，用于将不同频率的信号进行混合，产生新的频率信号。
混频器的工作原理涉及到频率转换和非线性元件的特性，下面将详细介绍混频器的工作原理。
首先，混频器的工作原理基于非线性元件的特性。
在混频器中，通常会使用二极管或场效应管等非线性元件。
当输入的两个不同频率的信号经过这些非线性元件时，会产生新的频率信号。
这是因为非线性元件会使输入信号产生交叉调制，产生新的频率成分。
其次，混频器的工作原理还涉及到频率转换。
在混频器中，通常会有一个本地振荡器。
本地振荡器会产生一个特定频率的信号，这个频率通常称为本振频率。
当输入的两个信号与本地振荡器产生的信号进行混合时，会产生新的频率信号，这个新的频率信号就是混频器的输出信号。
混频器的工作原理可以用以下公式来表示，f(IF) = |f(LO) f(RF)|，其中f(IF)为中频输出信号的频率，f(LO)为本地振荡器的频率，f(RF)为射频输入信号的频率。
根据这个公式可以看出，混频器的输出信号频率与本地振荡器的频率和射频输入信号的频率之差有关。
另外，混频器还可以实现频率的上变频和下变频。
当本地振荡器的频率大于射频输入信号的频率时，混频器实现的是频率的上变频；当本地振荡器的频率小于射频输入信号的频率时，混频器实现的是频率的下变频。
这样就可以实现对输入信号频率的转换。
总的来说，混频器的工作原理是通过非线性元件产生交叉调制，实现输入信号频率的转换，从而产生新的频率信号。
它在无线通信、雷达、电视接收等领域都有着广泛的应用。
混频器的工作原理的深入理解对于电子工程师来说是非常重要的，也为混频器的设计和应用提供了理论基础。
混频器原理分析范文
混频器原理分析范文混频器是一种电子器件，用于将不同频率的信号进行混合。
它是无线通信系统中的重要组成部分，被广泛应用于无线电、雷达、卫星通信等领域。
混频器的主要原理是通过非线性元件将两个或多个频率不同的信号相互作用，产生新的频率成分。
本文将介绍混频器的工作原理、基本结构和应用。
一、混频器的工作原理：混频器的工作原理基于混频效应，即叠加两个或多个频率不同的信号时，将原信号的频率分量与新产生的频率分量相互作用，产生新的频率成分。
混频器通常由两个输入端口和一个输出端口组成。
其中一个输入端口称为本振端口，主要提供一个稳定的参考频率。
另一个输入端口称为信号端口，主要提供需要混频的信号。
混频器的核心原理是非线性元件对输入的两个信号进行乘积运算。
这个非线性元件可以是二极管、场效应管或二极管转角器等。
在混频器中，当信号通过非线性元件时，其频率分量会发生非线性变化，产生新的频率分量。
例如，当输入信号的频率为f1，本振信号的频率为f2，经过非线性元件的作用后，将会产生两个新的频率分量，分别为f1±f2、其中f1±f2的频率称为混频频率。
混频器的输出信号可以通过滤波器进行选择，以选择所需的频率分量。
混频器可以实现频率变换、幅度调制或解调等功能。
二、混频器的基本结构：混频器通常采用平衡混频器或单端混频器结构。
1.平衡混频器：平衡混频器由两个对称的非线性元件组成，一般为二极管。
其输入端口由本振信号和信号信号来驱动。
当输入的两个信号频率相同时，平衡混频器可以有效抑制本振信号的干扰，并提高混频器的性能。
平衡混频器原理如下：两个对称的二极管分别连接到本振和信号输入端口。
当本振信号和信号信号驱动混频器时，二极管的非线性特性会产生混频频率。
通过使用平衡电路，可以抵消不必要的本振信号分量，从而提高混频器的性能。
2.单端混频器：单端混频器只使用一个非线性元件，一般为二极管或场效应管。
它的结构简单、成本较低，但由于缺乏平衡电路，容易产生本振信号干扰等问题。
第7章--混频器
有源混频器
三极管单平衡混频电路（SBM , Single Balanced Mixer）
有源混频器
吉尔伯特单元(Gilbert Cell)混频电路
有源混频器
吉尔伯特单元(Gilbert Cell)混频电路 输出电流为
iout (iC3 iC5) (iC4 iC6) (iC3 iC4) (iC6 iC5)
混频器的主要指标——端口隔离度
表3.4.1 典型的混频器主要参数
指标名称 增益 NF IIP3
输入阻抗
数值 10dB 12dB +5dBm
50
端口间隔离
30-40dB
引言 混频器的主要指标 混频器电路结构 混频器的级联 本章要点
混频器电路结构
下混频器都设计成为线性时变工作状态。 混频电路类型
单二极管混频器
RF直通 |± pfL±fR |
流经二极管的电流iD为
iD
URm cos(Rt)
RD RL
K1(Lt)
U Rm RD RL
cos(Rt)
[
1 2
2
cosLt
2
3
cos3Lt
]
iIF
(t)
RD
1
RL
1
U Rm
cos(RF
LO )t
|fR ± fL|
无源混频器
• 优点： 电路简单 • 缺点： 1) 如果在射频输入信号含有直流分量 ，本振
三极管混频电路 单管混频器 电路结构 单开关采样 电路实现 混频功能
有源混频器
三极管混频电路
即由于该混频管和转移特性曲线具有良好的平方律 特化点为，ic≈因a0+此aa2u1<2b<e。a2，a3<<a2，上述关系式可近似简
混频器概述
射频
中频
混频
本振
成正比
变频增益下降1dB时相应的输入（或输出）功率值
射频通信电路
（3）线性动态范围 定义： 1dB 压缩点与混频器的噪声基底之比，用dB表示 混频器位于低噪放后，因此对它线性范围要求比低噪放高 5. 口间隔离 射频口 一般情况 射频>>中频，被滤除 零中频方案时 低噪放的偶次谐波失真会窜入中频 中频口 本振泄漏 影响LNA 天线辐射 射频口 中频口
f RF
f LO f RF 2 f LO 2 f m 2 f LO 2 f IF 2
变换能力： n
f RF f LO fm 2
p q 4 由非线性器件的4次方引起
三种比较主要的寄生通道干扰——见图
射频通信电路
3.互调失真 特征：输入端伴有多个干扰信号 每个干扰和本振混频
混频器的输出噪声——位于中频段
射频通信电路
混频器的单边噪声和双边噪声 ——讨论射频噪声的搬移
单边噪声 ① 射频信号位于本振的一边 ② 被搬移到中频的噪声
射频信号段 镜像频段
双边噪声 射频信号位于本振的两边 不存在镜像频率（如零中频方案）
单边噪声是 双边的两倍 （高3dB）
射频通信电路
3. 失真 混频——频谱线性搬移——非线性器件——平方项 非线性器件——高次方项——产生组合频率——干扰、失真 （1）干扰哨声 特征：接收机音频出现哨叫 混频输入：仅有有用射频 f RF 主中频：
q 1, p 1
变换能力与主中频一样
n pq 2
fm
f LO
f RF
射频通信电路
③靠得最近的干扰（半中频干扰）
q 0, p 1 中频干扰
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
大家觉得此 次评估决策 是否正确？ 哪些地方考 虑不周？
通常，天线口处测试的互调值等于或略低于混频前测试值，由以上数据， 同时考虑800MHZ平台本振25KHZ相噪的恶化，如选用新混频，整机的互调 指标可能在70dB附近，指标余量有不足的风险。 问题结论：因以下原因，后续计划沿用原混频器 1.IIP3余量不足； 2.IPmn等指标不确定性； 3.目前Tetra没有应用相应频段，而MINI建议不要用到此混频器的边沿频段； 4.PCB layout时间临近
单平衡 结构 混频管数 RF-IF 隔离度 LO-IF LO-RF 谐波抑制 RF谐波 LO谐波 简单 2 差 好 好 较差 较好
双平衡 普通 4 好 好 好 较好 较好
三平衡 复杂 6 好 好 好 好 好
三 平 衡
一般使用频率越高的混频 器，会采用越多的级数
交调截止点IPmn 性能对比
关于混频器IPmneq（RF-LO)
超外差式2次变频数字中频方案：
RF频段，中频频段，多级滤波器提高接收机选频能力；
不同频段进行增益放大保证系统稳定；（单一频段增益不宜超50dB）
固定中频的A/D变化，较低的数字解调难度； 相比零中频等较简单的电路结构，此电路在混频器后有较多的选频放大， 必须在前级配置较高的增益来降低系统噪声系数，同时，此电路有较强的 镜频等干扰，这两点使我们必须选择IIP3点更高，杂散抑制更好的混频器
混频器
时变跨导的基波分量为
g1 (t )
2
1
g D cos L 0t
g (t ) 与射频电压 vRF (t ) 相乘得到中频电流为
iIF (t ) g D
1
vRF cos(RF L 0 )t
g D cos IF t
单二极管混频器的变频跨导为
I IF 1 g fc gD VRF
射频输入 本振输入 频谱搬移
混频器的单边噪声和双边噪声
单边噪声
① 射频信号位于本振的一边
② 被搬移到中频的噪声 射频信号段 双边噪声 镜像频段 射频信号位于本振的两边 不存在镜像频率（如零中频方案） 单边噪声是 双边的两倍 （高3dB）
3.失真
非线性电路系统幅度非线性的用泰勒级数加以模型化
iD I0 (t ) g (t )vRF (t )
其中
I 0 (t ) g D s1 (wL0t )vL0 (t )
时变跨导 g (t ) gD s1 (wL0t )
将 s1 (L0t ) 展开得
1 2 2 2 s1 (L 0t ) cos L 0t cos 3L 0t cos 5L 0t ... 2 3 5 1 2 2 2 则 g (t ) g D ( cos L 0t cos 3L 0t cos 5L 0t ...) 2 3 5
第七章 混频器
通信与信息工程学院
本章主要内容
混频器概述 混频器基本原理
混频器电路设计
本章学习重点和难点
混频器是收发信机的关键组成部分，在射 频前端占据重要地位。 本章重点讲解混频器的基本工作原理，混 频的本质、混频器的结构，非线性器件、乘 法器等混频器的基本实现方法。而难点在于 单二极管混频器、二极管双平衡混频器等无 源混频器的基本设计原理，有源混频器的基 本设计原理及其设计考虑。
混频器
（3）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。
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混频器原理（4）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。
（5）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。
简介
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）。
一般用混频器产生中频信号：
混频器将天线上接收到的射频信号与本振产生的信号相乘，cosαcosβ=[cos(α+β)+cos(α-β)]/2
可以这样理解，α为射频信号频率量，β为本振频率量，产生和差频。当混频的频率等于中频时，这个信号 可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。由于本 振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。
第六章混频器
听到的声音：哨叫——干扰哨声 干扰的原因：组合频率干扰
qfs pfL = fI pfL qfs = fI pfL + qfs ：恒大于fL pfL qfs ：无意义
3. 抑制方法：
组合频率分量电流振幅随 (p + q) 的增加而迅速减小，因 而，只有对应于 p 和 q 为较小值的输入有用信号才会产生明 显的干扰哨声，将产生最强干扰哨声的信号频率移到接收频 段之外，就可大大减小干扰哨声的有害影响。
② 镜像干扰： fK fc = 2fI ，可以采用两种措施：高中 频方案、二次混频。
a．高中频方案 中频的两种选择方案：
① 低中频方案， fI f 。 优点：fI 低，中频放大器易实现高增益和高选择性； ② 高中频方案， fI f。 如在短波接收机中，接收频段为 2 ~ 30 MHz，中频选 在 70 MHz 附近。由于中频很高，镜像干扰频率远高于有用 信号频率，混频的滤波电路很容易将它滤除。
1. 电路
2. 分析
i (i1 i2 ) (i3 i4 )
2g DU sm
cos
st
(4
cosLt
4
3
cos 3Lt
)
• s 分量被抵消
• 输出中频分量的幅值是平衡混频器的2倍。
• 优点：环形混频器的混频增益和抑制干扰 的能力比平衡混频器优越，在相同条件下， 输出中频电流可比平衡混频器大一倍。
例如，由
fS
p 1 q p
f
，当
I
p
=
0，q
=
1
时干扰哨声强，
相应输入信号频率接近于中频，即 fS fI，因此，将接收机的
中频选在接收频段以外，避免这个最强的干扰哨声。例如，
混频器基础知识
id 2 a0 a1(v vc ) a2 (v vc )2
id1 id 2 2a1v 4a2vvc
组合频率分量进一步减小 载波分量被抵消 实现了抑制载波的双边带调制 为更好地抵消载漏
平衡调幅器要做得完全对称
3．斩波调幅
斩波调幅：
用载波频率的变化来通断 f (t) ，把信号 f (t) “斩”
成周期为 2
c
的间断信号，再通过中心频率 c 为
的带通滤波器取出调幅信号。
开关函数：当载波处于正半周时，它的幅度为1，
负半周时幅度为0。
S(t)
1 0
cosct 0 cosct 0
S(t)
1 2
2
cosct
2
3
cosct
va (t) f t S(t)
f
t[1
2
2
cosct
2
3
cosct
]
1）输入—输出关系是折线形式或开关段形式 2）形式是渐变形式——斜率无突变
某些器件的非线性特性不能用简单解析式表达，但 在理论上总可以用多项式来表示。
非线性电路不能用叠加原理来求解，这意味着输出 信号的直流(平均值)相交流(时间变量)分量是互相关 联的，这与线性电路不同。
混频器原理
5.5.3 实用混频电路 1. 二极管混频器
高质量通信设备中以及工作频率较高时，常使用 优点：噪声低，电路简单，组合分量少。 例1.二极管平衡混频器 设输入信号 u c ( t ) U c ( t ) cos 本振信号 : u L ( t ) U L cos L t
若 U L U c
其中变频跨导： 2. 晶体三极管混频器 可构成晶体管混频器。 中频输出电压uI为 U 由于时变偏置电压 ：B ( t ) 1 变频(混频)增益A) u c ( ： i C i co ( t ) g ( t u为 t )
g c 利用第4章所述的时变跨导电路， g1 UC 输入高频电压振幅 2 I CI 输出中频电流振幅 1
因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪 声系数影响大。 所以希望混频级的 F 越小越好。
n
(3) 失真与干扰 变频器的失真主要有 :
频率失真
非线性失真
(4)选择性 在混频器中，由于各种原因总会混入很多与中频频率接近的干 扰信号, 为了抑制不需要的干扰，要求中频输出回路具有良好的选择 性，矩形系数趋近于1。
带通滤 波器
I
如果带通滤波器的中心频率为 I L c ,带宽 B 2 max
返回
仿真
则经带通滤波器的输出为：
uI 1 2 1 2 U cU
L
cos t cos( L c ) t
U cU
L
cos t cos I t
U I cos t cos I t
pf L qf c f I 1 2 B
fI
(2)副波道干扰：外来干扰信号 u n ( f n ) 与本振信号 u L ( f L )
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：(A1cosω1t)(A2cosω2t)=A1A22[cos(ω1−ω2)t+cos(ω1+ω2)t]式中A1表征输入信号的振幅，A2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ωRF，和本振信号LO(Local Oscillator)，频率记为ωLO。
混频器的输出信号定义为中频信号IF(Intermediate Frequency)，频率记为ωIF。
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ωIF<ωRF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ωIF>ωRF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:G V=20log V IF V RF混频器的功率转换增益可表示为：G P=10log P IFP RF=10log[(V IFV RF)2R SR L]其中V IF和V RF分别为中频输出电压和射频输入电压的有效值．R L是负载电阻，R S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。
混频器基础知识讲解共136页文档
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
混频器
|± pfL±fR |
1 1 iIF (t ) U Rm cos(RF LO )t |fR ± fL| RD RL
2
t
2
t 2
v 二极管开关工作状态 K1 (t ) RD 1 2 2 其中, K1 (t ) cos(t ) cos(3t ) ..., 为单向开关函数 2 3
• 二极管的大信号开关等效电
路
3.5.1
D K1(ωt) RD
无源混频器
iD RL uo
3.4 混频器的主要指标
•变频增益或损耗（Conversion Gain or Loss） • •变频压缩点（Conversion compression） •三阶互调阻断点（IP3, Third Order Intercept
Point）
•端口隔离度（LO与RF，LO与IF，RF与IF）
3.4 混频器的主要指标——变频增益或损耗 （Conversion Gain or Loss）
混频器 低噪声 放大器 中频 滤波 中放 解调 功放
本振
3.2 混频原理
•混频器是一种频率变换器件，理想混频器是把两输 入信号在时域中相乘：
和频，上变频
差频，下变频
•取出和频为上变频（Up-conversion）； •取出差频为下变频（Down-conversion） •必须通过滤波器滤除不需要的频率成分。
3.2 混频原理 ——线性时变工作状态下的混频器
•线性时变工作时产生的组合频率分量的频率通式为 |±pω1± ω2| ; •当两个信号u1和u2同时作用于一个非线性电路时， 若u1的幅度足够大，u2的幅度足够小，则输出电流i 与u2成线性关系，而系数g1(u1)为时变参量，这种工 作状态为线性工作状态，而u1为时变控制信号。在 下面讨论的所有混频器电路中，都设计成这种工作 状态。
高频电子电路4.4混频器原理及电路课件
新材料与新工艺
随着新材料和工艺的发展，未来混频器将采用更先进的材料和工艺， 以提高性能和降低成本。
智能化与自动化
未来混频器将向智能化和自动化方向发展，能够自适应地完成信号 处理任务，提高系统的自动化水平。
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BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
频率特性
01
02
03
频率范围
混频器能够处理的信号频 率范围，通常由电路元件 的物理特性决定。
频率响应
混频器对不同频率信号的 处理能力，通常用增益和 相位响应来表示。
频率稳定性
混频器在长时间内保持其 性能参数不变的能力，特 别是在温度和环境变化时。
按电路形式
可以分为单端式和平衡式混频器。单端式混频器只有一个信号输入端，而平衡式 混频器则有两个信号输入端，可以减小本振信号的泄露和干扰。
混频器的基本原理
工作过程
输入信号和本振信号分别加在混频器的非线性元件上，通过非线性效应产生新 的频率分量，经过滤波器选频后得到所需的输出信号。
主要参数
混频器的性能主要取决于其工作频率、噪声系数、动态范围、失真系数等参数。
场效应管混频器
场效应管混频器由两个场效应管组成，一个作为输入管， 一个作为输出管。输入信号通过输入管进入，经过混频器 内部电路的调制，产生一个输出信号。输出信号的频率与 输入信号的频率不同，实现了混频功能。
场效应管混频器的优点是线性范围宽、噪声低、动态范围 大。缺点是电路复杂、调试困难，适用于高频信号的处理 。
ERA
定义与作用
定义
混频器是一种将两个不同频率的信号 进行混合，产生第三个频率信号的电 子器件。
混频基本原理
§7.5混频电路本节我们将讨论下述几个问题1.进行变频的原因，混频器的作用。
2.变频器的基本原理及数学分析。
3.晶体三极管变频电路的基本原理。
4.变频器的主要性能指标。
5.变频干扰。
§7.5.1 概述载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。
作用：超外差接收机的重要组成部分（下变频）；发射机的重要组成部分（上变频）。
接收机中混频器的作用：将天线上感应的输入高频信号变换为固定的中频信号；发射机中混频器的作用：将中频信号变换为射频信号。
重要性：靠近天线，直接影响接收机的性能。
混频器类型：一般接收机中：①三极管混频器。
②高质量通信接收机：二极管环形混频器、双差分对平衡调制器混频器（乘法器混频电路）。
1. 混频器与变频器的差别混频器和变频器的功能是一致的，都是频率变换电路，是频谱线性搬移过程。
其差别在于：混频电路中，本振信号由外部提供；变频电路中，本振信号由电路自身产生。
变频器＝混频器+本机振荡器↓↓四端口六端口因为二者功能相同，因此很多参考书不加区别。
但严格意义上是有差别的。
为什么要进行变频？(1) 要实现宽带，有一定增益的高频放大器非常困难，且要在频率很宽的范围内实现良好的选频特性也很困难。
例如，调幅收音机频率范围535～1605K，调频收音机的频率范围88－108MHz困难。
相比之下，固定频率的中频放大器的增益和选择性都可以做得很好。
(2) 在超外差接收机中，采用变频器，将接收到的射频信号变为固定的中频，在中频上放大信号，放大器的增益可以做得很高，选频特性可做得很好，且电路结构简单。
经中频放大后，输入到检波器的信号可达到伏特数量级。
混频达到的目的：将宽带的射频信号⇒固定的中频信号，⇒有利于兼顾选频和增益⇒提高接收机的灵敏度，也就是提高接收微弱信号的能力。
知识点（了解）：调幅收音机频率范围535～1605K，中频465KHz；调频收音机的频率范围88－108MHz，中频为10.7MHz。
无线局域网基础知识：混频器
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。
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。
本振功率混频器的本振功率是指最佳工作状态时所需的本振功率。
原则上本振功率愈大，动态范围增大，线性度改善（1dB压缩点上升，三阶交调系数改善）。
通信领域里的混频器介绍
七. 混频混频的基本概念和实现模式双差分对混频电路二极管双平衡混频电路二极管双平衡混频电路三极管混频电路组合频率干扰和非线性失真(一)、混频的基本概念和实现模式１、概念∙混频是将中心频率为f c(载频)的已调信号υs，不失真地变换为中心频率为f I的已调信号υI的频率变换过程。
通常将υI称为中频信号，f I称为中频频率。
(简称中频)图中，υL=V Lm cosωL t是本地振荡电压，ωL=2πf L为本振角频率。
（按此仿真）通常取f I=f L-f c∙混频实质：就频谱搬移观点而言，混频的作用就是将输入已调信号频谱不失真的从f c搬移到f I的位置上。
因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器来实现。
2、实现模型∙实现模型∙输入信号频谱(调制信号为F min～F max时)∙混频器输出电流频谱设输入调幅波本振信号调制信号为υΩ(t),a(t)∝υΩ(t), 当f L>f c时乘法器输出电流i为:i经LC中频带通滤波器后输出，一般取差频ωI=ωL-ωC；若取和频ωI=ωL+ωC。
通常的混频电路有：模拟乘法器混频电路，二极管双平衡混频电路，双差分对混频电路，三极管混频电路。
前三者都是用相乘器电路来实现；后者则用非线性器件来实现。
(二)、双差分对混频电路υs=V sm[1+a(t)]cosωc t（设为已调幅信号）υL=V Lm cosωL t(为本振信号)用乘法器的分析可得当V sm、V Lm<26mV时经LC中频带通滤波器（中心频率谐振在ωI，BW3dB应满足要求）负载电阻R C则其中实现了混频若a(t)=M a cos t即υs=V sm(1+M a cosΩt)cosωc t时的混频（按此仿真）(三)、二极管双平衡混频电路(二极管环形组件应用)1、电路与原理◆二极管双平衡混频器是由两个二极管单平衡混频器组成的。
◆若υs=V sm cosωc t为输入信号压；υL=V Lm cosωL t为本振电压；◆LC中频带通滤波，中心频率谐振在ωI，输出负载电阻为R L。
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id 中的频率分量包括：
2
c 2c c
还有很多难以滤除的杂散分量 采用平衡调幅器可以抵消许多组合频率分量。
id1 a0 a1 (v vc ) a2 (v vc )
id 1 id 2 2a1v 4a2vvc
流对电容C充电。
电容C上的电压 v c 对二极管是反向偏置的，该电压 与输入电压叠加后加到二极管。 高频电压到达A点后再减小，二极管截止(忽略二 极管导通电压)。
电容上的电压通过 RL 放电 RL Rd 放电缓慢 放电电压与高频电压交于B点时，高频电压再升高，
二极管导通又对电容C充电，充电到C点后二极管又 截止，如此等等，直到二极管截止时放电的电荷等
例4．1 某一调幅波，其载波功率，P OT 150W (I)若调幅系数 m＝ a 0.3，求边频功率。 (2)若调幅系数 m＝ a 1，求边频功率及最大状态功率。
2 1 0.3 2 解：(1) ma＝0.3 PSB 2 PSSB ma POT 150 6.75(W ) 2 2 1 2 1 m (2) a＝1时，PSB 2 PSSB ma POT 150 75(W ) 2 2
于二极管导通充电的电荷量，达到动态平衡。
充电通过二极管正向电阻 Rd
放电通过 RL
Rd RL
充电充得很快，放电放得很慢。 动态平衡后，二极管导通时间很短，即导通角很小， 电容C上有一个脉动的电压，脉动的频率就是载波频
率 C 。 RL 足够大时，电容C上充的电压近似与 Vi 接近 峰值包络检波器
a0 I DSS
I DSS a1 2 VP
I DSS a2 2 VP
f (t ) V cos t
vc (t ) Vcm cos ct
v1 (t ) V cos t Vcm cosct
id a0 a1 V cos t Vcm cos ct a2 V cos t Vcm cos ct
上边频 c 下边频 c
图4—7 普通调幅波的波形、频谱
载波
c为静止矢量OC
长度 Vcm
1 边频 CB”矢量长度为 2 Vcm ma 以角速度 顺时针方向旋转 1 CB’矢量长度为 Vcm ma 2 以角速度 逆时针方向旋转
两个矢量的合成矢量的方向或 与OC矢量方向一致，或者反 普通调幅波 的矢量合成
kaV v(t ) Vcm [1 cos t ]cos ct Vcm Vcm [1 ma cos t ]cos ct
kaV 调幅指数 ma Vcm
已调载波的振幅 Vcm (1 ma cos t )
最大值 Vcm (1 ma ) 最小值 Vcm (1 ma )
修正移相法：避免了对 f (t ) 的 90 移相，仅对单 频率 1 ，2 移相( 1 ，
2是固定频点)。
4.2.3 振幅调制电路
高电平调幅：集电极调幅和基极调幅 低电平调幅 1. 模拟乘法器振幅调制电路 2．平方律调幅器 场效应管具有典型的平方律特性，可用平方律一 般特性描述。
v1 2 v1 v12 id I DSS (1 ) I DSS 2 I DSS I DSS 2 VP VP VP a0 a1v1 a2v12
非线性变换，如频率调制、相位调制等。
频谱搬移要靠非线性器件来实现。 对常用的有源器件提供适当的大信号，就可构成 非线性特性或开关段形式
2）形式是渐变形式——斜率无突变
某些器件的非线性特性不能用简单解析式表达，但
在理论上总可以用多项式来表示。
S * (t ) 2 cos ct 4 cos ct 3
4 va (t ) f t [ cos c t cos c t 3
2
]
如图
4.2.4 振幅调制波的解调模型及电路
解调是调制的逆过程。
从频谱搬移的角度看，解调是频谱从高频端搬到
基带的过程。
的带通滤波器取出调幅信号。
c
的间断信号，再通过中心频率 c 为
开关函数：当载波处于正半周时，它的幅度为1，
负半周时幅度为0。 1 cos ct 0 S (t ) 0 cos ct 0
1 2 2 S (t ) cos ct cos ct 2 3
构，区别仅在于下边带频谱倒置。 进一步将一个边带抑制掉，仅传输一个边带，这 种调制方式称为单边带调制(SSB)。
SSB占据的频带宽度 BSSB Fmax
SSB可用乘法器加单边带滤波器来实现 ，但对滤波 器的矩形系数要求过高 。 相移法 ：克服了高矩形系数滤波器的困难
但 f (t )移相 90 困难
的电路.
2．二极管包络检波器的工作原理
（1）对普通调幅波的解调 二极管包络检波器由二极管与 RLC 并联构成的低
通滤波器构成。
输入一正弦电压
vi Vi sin ct
1 0 cC
二极管正向导通电阻 Rd
RL Rd
输入的正弦电压几乎全部加到二极管D上。
正半周时，二极管D导通，导通电流为 id ，该电
v (t ) Vcm cos ct maVcm cos t cos ct 1 1 Vcm cos ct maVcm cos( c )t maVcm cos( c )t 2 2
单音调幅波由三个频率分量组成 ： 载频 c 振幅 Vcm
1 振幅 Vcm ma 2
组合频率分量进一步减小 载波分量被抵消 实现了抑制载波的双边带调制
2
id 2 a0 a1 (v vc ) a2 (v vc )2
为更好地抵消载漏
平衡调幅器要做得完全对称
3．斩波调幅
斩波调幅：
用载波频率的变化来通断 f (t ) ，把信号 f (t ) “斩”
成周期为
2
4 频谱搬移电路
4.1频谱线性变换的一般概念
调制、解调、混频等，需使用非线性电路 。 在频域上，属频谱搬移。 根据频谱变换的不同特点，频谱变换电路分为频谱 线性变换和频谱非线性变换电路两大类。 频谱线性变换实质上是将输入信号频谱沿频率轴
进行不失真的搬移,如振幅调制电解调、混频等。
频谱非线性变换的作用是输入信号频道进行特定的
2 P P (1 m ) 最小状态功率 min OT a
调制信号的一个周期内的平均功率 1 2 2 Pav P (1 m cos t ) d t P (1 m OT a OT a) 2
1 2 Pav POT ma POT POT PSB 2
非线性电路不能用叠加原理来求解，这意味着输出 信号的直流(平均值)相交流(时间变量)分量是互相关 联的，这与线性电路不同。
4.2 振幅调制与解调
强迫高频正弦波的振幅、频率或者相位按照低频信 息 f (t ) 成比例地变化，产生已调信号。 从频域看，已调信号的频谱(能量)集中在高频正弦波 (载波)的附近，但它们所占有的频带宽度是不同的。 振幅调制(AM) 相位调制(FM) 模拟调制 频率调制(FM)
v '0 (t ) f (t )Vcm K mVr cos2 c t 1 1 Vcm K mVr f (t ) f (t )Vcm K mVr cos 2 c t 2 2
vr
。
1 v0 (t ) Vcm K mVr f (t ) Kf (t ) f (t ) 2
这种检波方式需要一个与载波同频同相的参考信号， 因此称之为同步检波或相干检波。
普通振幅波的解调常常称为检波。
检波器必须由可完成频谱搬移的非线性器件及低 通滤波器组成。
普通调幅波通过检波输出信号 v ，实际上是调幅波
0
的包络，这种检波器又称为包络检波器。
如果输入信号是等幅波，检波后的输出是直流分量，
当然也是“包络”。
抑制载波的双边带信号与参考信号相乘，设参考信号 与被抑制的载波信号同频同相，设幅度为
4.2.1 普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 振幅应正比于信息 f (t ) 高频载波 vc Vcm cosct 调幅波
v(t ) [Vcm ka f t ]cos ct Vcm [1 ka f t ]cos ct Vcm
ka 比例系数
调制信号为单音余弦波 c f (t ) V cos t
2 a2V (1 cos 2t ) a0 a1V cos ta1Vcm cos ct 2 2 a2Vcm (1 cos 2ct ) a2VVcm [cos(c )t cos(c )t ] 2
2
c 分量，完成调幅。 利用滤波器取出 c ，
如参考信号与载波信号不同频同相，会产生失真， 使检波性能下降，即
v '0 (t ) f (t )Vcm KmVr cos[(c )t ] cos ct
v0 (t ) Kf (t ) cos(t )
输出解调信号产生了失真。
利用模拟乘法器也可实行SSB解调、普通振幅波 的解调。 普通振幅波中包含载波分量，可以直接利用非线 性器件的作用进行解调，不需额外加入提供载波
电压传输系数(或称检波效率)定义为： vc Kd Vi 峰值包络检波器的 Kd 0 (实际总是小于1)
流过二极管的电流是窄脉冲序列，它的级数展开式近
似表示为：
id I av (1 2cosc t 4cos2c t )
相。总的合成矢量方向不变，
仅长短变化，形成调幅波。
调幅波的振幅的最小值 Vcm (1 ma ) 为使调幅波的包络不失真，ma 总是小于等于1，
否则会产生过调幅失真。
ma
kaV 1 Vcm
峰值调幅指数
谷值调幅指数 调幅波的功率