无源混频器电路
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1:1
四只二极管特性一致 平衡变压器特性一致
本振口
B 和 B 点对射频信号而言是虚地 ——无射频流入本振 A 和 A 点对本振信号而言是虚地 ——无本振流入射频和中频口
射频通信电路
二极管双平衡混频器小结 1.通过四只工作在线性时变状态的二极管完成了混频功能
2. 三个端口的隔离特性
靠四只二极管的性能一致性及变压器的对称性保证 3. 无源混频器——变频损耗大于1 4. 线性动态范围大
中频口——单端
射频通信电路
从五个方面分析二极管双平衡混频器工作原理 (1) 等效电路 本振电压 vLO (t ) VLO cos LOt 满足线性时变条件 VLO VRF 射频电压 vRF (t ) VRF cos RF t
每只二极管端电压：
vD1 vLO vIF vRF vD 2 vLO vIF vRF
大信号决定开关 S1 (t ) 的重复频率
S1 (t )
wenku.baidu.com
二极管作为混频时：
vD (t ) vLO (t ) vRF (t )
iD (t ) gD S1 (LOt )[vLO (t ) vRF (t )]
射频通信电路
iD g D S1 ( LO t ) (vLO (t ) vRF (t ))
电流频谱：pLO
( p 1, 2,3,4....） pLO RF
2
( p 1 ， 3， 5....）
时变跨导的基波分量为： g1 (t ) 与射频相乘后的中频电流为：
i IF (t ) g D 1
g D cos LO t
1
VRF cos( RF LO )t
2vRF (t ) S1 (LOt ) S1 (LOt ) 2 RL RD
2vRF (t ) S2 (LOt ) 2 RL RD
取差频 IF RF LO 为中频
VRF cos IF t 则中频电流为： iIF (t ) RD 2 RL 4
列回路方程并解得：
iD3 iD 4
iD1 iD 2
2vRF (t ) S1 (LOt ) 2 RL RD
注意 两者系数相同 只是导通时间不同
2vRF (t ) S1 (LOt ) 2 RL RD
射频通信电路
（2）输出中频电流
i (iD3 iD4 ) (iD1 iD2 )
VRF RL —— 匹配要求 IS
RS RRFi
射频通信电路
（4）隔离特性 中频口电流为：
2vRF (t ) i S2 (LOt ) 2 RL RD
没有射频和本振信号 2vRF (t ) vRF (t ) 射频电流为： iS 2 RL RD RL 没有本振和中频信号 口间隔离好 ——原因？电路平衡
射频通信电路
6.3 无源混频器
射频通信电路
6.3
6.3.1
无源混频器
二极管混频 二极管的 基本特性
iD
1. 线性时变工作状态的二极管 vD (t ) vLO (t ) vRF (t )
vLO (t ) VLO cos LOt ——大信号
vD
vRF (t ) VRF cos RF t ——小信号
vRF
射频变压器1:1、不平衡—平衡
1:1
分析知，当 vLO (t ) 为正或负时，
流过两射频次级线圈的电流方向相同
则
iS (iD1 iD 2 ) (iD 3 iD 4 ) 2vRF (t ) v (t ) RF 2 RL RD RL
结论： ① i S 中只有射频，没有本振和中频 —— 口间隔离好 ② 射频口的输入阻抗 RRFi
大信号（本振 LO ）决定 开关 S1 (t ) 重复频率 LO 线性时变通式为：
iD I 0 (t ) g (t ) vRF (t )
时变静态电流
I 0 (t ) g D S1 ( LO t )vLO (t )
跨导曲线 g (t )
iD ~ vD vD
时变跨导
iD g (t ) vD
VRF cos IF t 输出中频电压为： v IF (t ) RL RD 2 RL 4
当RLRD时
v IF (t )
2
VRF cos IF t
射频通信电路
（3）射频输入电流与输入阻抗 注意射频口各量关系：
射频信号源 s 射频信号源电流 射频信号源内阻
v
iS
RS
射频初级绕组电压
VLO VRF
二极管在大信号激励下的等效特性 ① 两段折线 ② 导通时电导为
gD
gD
结论：二极管可以看成是受大信号控制的单向开关
射频通信电路
二极管在大信号作用下的电流
iD
g DvD (t )
0
vD 0
vD 0
gD
iD
引入单向开关函数 S1 (t )
iD g D S1 (t )vD (t ) 则：
列回路方程：
vLO vRF (iD2 iD1 ) RL iD1RD 0
vLO vRF (iD2 iD1 ) RL iD2 RD 0
解方程得： 注意
iD1 iD 2
2vRF (t ) S1 (LOt ) 2 RL RD
射频通信电路
当为 vLO (t ) 负时，二极管D3 D4导通 二极管D1 D2 不导通
g D VRF cos IF t
此单二极管混频器的变频跨导是
g fc
缺点：口间隔离不好
I IF 1 gD VRF
射频通信电路
2. 二极管双平衡混频器 ——环形混频器
思路:采用平衡电路抵消组合频率
电路结构特点 ① 四只二极管接成环形
射频口——不平衡平衡变换
② 三个端口
本振口——不平衡平衡变换
VD VLO
g (t ) gD S1 (LO t )
重复频率为 LO
射频通信电路
线性时变工作状态的二极管的混频功能
二极管电流 iD I 0 (t ) g (t ) vRF (t ) 时变跨导展开式
2 2 g (t ) g D S1 (LOt ) g D ( cos LOt cos 3LOt cos 5LOt ......) 3 5 2
vD3 vLO vIF vRF
vD4 vLO vIF vRF
当 vLO (t )为正时，二极管D1 D2 导通 可分别画出 v LO 正、负 半周的等效电路
当 vLO (t ) 为负时，二极管D3 D4导通
射频通信电路
当为 vLO (t ) 正时，二极管D1 D2 导通， D3 D4不导通
四只二极管特性一致 平衡变压器特性一致
本振口
B 和 B 点对射频信号而言是虚地 ——无射频流入本振 A 和 A 点对本振信号而言是虚地 ——无本振流入射频和中频口
射频通信电路
二极管双平衡混频器小结 1.通过四只工作在线性时变状态的二极管完成了混频功能
2. 三个端口的隔离特性
靠四只二极管的性能一致性及变压器的对称性保证 3. 无源混频器——变频损耗大于1 4. 线性动态范围大
中频口——单端
射频通信电路
从五个方面分析二极管双平衡混频器工作原理 (1) 等效电路 本振电压 vLO (t ) VLO cos LOt 满足线性时变条件 VLO VRF 射频电压 vRF (t ) VRF cos RF t
每只二极管端电压：
vD1 vLO vIF vRF vD 2 vLO vIF vRF
大信号决定开关 S1 (t ) 的重复频率
S1 (t )
wenku.baidu.com
二极管作为混频时：
vD (t ) vLO (t ) vRF (t )
iD (t ) gD S1 (LOt )[vLO (t ) vRF (t )]
射频通信电路
iD g D S1 ( LO t ) (vLO (t ) vRF (t ))
电流频谱：pLO
( p 1, 2,3,4....） pLO RF
2
( p 1 ， 3， 5....）
时变跨导的基波分量为： g1 (t ) 与射频相乘后的中频电流为：
i IF (t ) g D 1
g D cos LO t
1
VRF cos( RF LO )t
2vRF (t ) S1 (LOt ) S1 (LOt ) 2 RL RD
2vRF (t ) S2 (LOt ) 2 RL RD
取差频 IF RF LO 为中频
VRF cos IF t 则中频电流为： iIF (t ) RD 2 RL 4
列回路方程并解得：
iD3 iD 4
iD1 iD 2
2vRF (t ) S1 (LOt ) 2 RL RD
注意 两者系数相同 只是导通时间不同
2vRF (t ) S1 (LOt ) 2 RL RD
射频通信电路
（2）输出中频电流
i (iD3 iD4 ) (iD1 iD2 )
VRF RL —— 匹配要求 IS
RS RRFi
射频通信电路
（4）隔离特性 中频口电流为：
2vRF (t ) i S2 (LOt ) 2 RL RD
没有射频和本振信号 2vRF (t ) vRF (t ) 射频电流为： iS 2 RL RD RL 没有本振和中频信号 口间隔离好 ——原因？电路平衡
射频通信电路
6.3 无源混频器
射频通信电路
6.3
6.3.1
无源混频器
二极管混频 二极管的 基本特性
iD
1. 线性时变工作状态的二极管 vD (t ) vLO (t ) vRF (t )
vLO (t ) VLO cos LOt ——大信号
vD
vRF (t ) VRF cos RF t ——小信号
vRF
射频变压器1:1、不平衡—平衡
1:1
分析知，当 vLO (t ) 为正或负时，
流过两射频次级线圈的电流方向相同
则
iS (iD1 iD 2 ) (iD 3 iD 4 ) 2vRF (t ) v (t ) RF 2 RL RD RL
结论： ① i S 中只有射频，没有本振和中频 —— 口间隔离好 ② 射频口的输入阻抗 RRFi
大信号（本振 LO ）决定 开关 S1 (t ) 重复频率 LO 线性时变通式为：
iD I 0 (t ) g (t ) vRF (t )
时变静态电流
I 0 (t ) g D S1 ( LO t )vLO (t )
跨导曲线 g (t )
iD ~ vD vD
时变跨导
iD g (t ) vD
VRF cos IF t 输出中频电压为： v IF (t ) RL RD 2 RL 4
当RLRD时
v IF (t )
2
VRF cos IF t
射频通信电路
（3）射频输入电流与输入阻抗 注意射频口各量关系：
射频信号源 s 射频信号源电流 射频信号源内阻
v
iS
RS
射频初级绕组电压
VLO VRF
二极管在大信号激励下的等效特性 ① 两段折线 ② 导通时电导为
gD
gD
结论：二极管可以看成是受大信号控制的单向开关
射频通信电路
二极管在大信号作用下的电流
iD
g DvD (t )
0
vD 0
vD 0
gD
iD
引入单向开关函数 S1 (t )
iD g D S1 (t )vD (t ) 则：
列回路方程：
vLO vRF (iD2 iD1 ) RL iD1RD 0
vLO vRF (iD2 iD1 ) RL iD2 RD 0
解方程得： 注意
iD1 iD 2
2vRF (t ) S1 (LOt ) 2 RL RD
射频通信电路
当为 vLO (t ) 负时，二极管D3 D4导通 二极管D1 D2 不导通
g D VRF cos IF t
此单二极管混频器的变频跨导是
g fc
缺点：口间隔离不好
I IF 1 gD VRF
射频通信电路
2. 二极管双平衡混频器 ——环形混频器
思路:采用平衡电路抵消组合频率
电路结构特点 ① 四只二极管接成环形
射频口——不平衡平衡变换
② 三个端口
本振口——不平衡平衡变换
VD VLO
g (t ) gD S1 (LO t )
重复频率为 LO
射频通信电路
线性时变工作状态的二极管的混频功能
二极管电流 iD I 0 (t ) g (t ) vRF (t ) 时变跨导展开式
2 2 g (t ) g D S1 (LOt ) g D ( cos LOt cos 3LOt cos 5LOt ......) 3 5 2
vD3 vLO vIF vRF
vD4 vLO vIF vRF
当 vLO (t )为正时，二极管D1 D2 导通 可分别画出 v LO 正、负 半周的等效电路
当 vLO (t ) 为负时，二极管D3 D4导通
射频通信电路
当为 vLO (t ) 正时，二极管D1 D2 导通， D3 D4不导通