射频基础器件—混频器

混频器是一种射频器件，其核心工作原理基于非线性元件，如二极管或晶体管，通过这些非线性元件将两个不同频率的电信号进行混合，从而产生一个新的频率的信号。这个过程可以通过乘积法和叠加法来实现，理想输出为两个输入频率的和频、差频信号。然而，实际上输出除了和频、差频信号外，还有谐波等各种频率组合。

混频器的核心是实现了频谱的搬移。

Acosαt*Bcosβt=AB/2[cos(α+β)t+cos(α-β)t]

对于混频器，需注意以下几点：

以和频率用作IF时，混频器称为“上变频器”；使用差频率时，混频器则称为“下变频 器”。前者通常用于发射通道中，而后者则用于接收通道中。    

在接收机中，当LO频率低于RF时，称为“低端注入”，此时混频器为“低端下变频 器”；当LO高于RF时，称为“高端注入”，此时混频器为“高端下变频器”。

 每个输出的幅度只有各输入的一半(功率为四分之一)；因此，理想线性混频器具有6 dB 的损耗。

镜像响应  

接收机存在一个基本问题，即“镜像响应”。以使用低端下变频器为例，所需输出的频率为ωIF = ωRF – ωLO。

但是RF输入端的另一频谱分量也会进入IF通带，此处 也就是ωIF = ωLO – ωRF所表示的，那就是“镜像”频率。

针对镜像这个问题，最可行的方案是谨慎选择IF频率，并在 RF输入端的混频器之前接入一个镜像抑制滤波器。

混频器术语  

“混频器”是针对频率转换而优化的调制器。它在信号路径中的位置通常靠近天线，其信号 输入端(通常称为“RF端口”)处同时存在所需信号和(通常较大的)干扰信号。因此，混频器 必须拥有出色的线性度，即向RF端口施加测试信号时，达到可能的最高电平，其输出(IF 端口处)都应增加相同数量的dB。该特性由1 dB增益压缩点和三阶交调截点定义。转换过程 由施加于LO端口的输入驱动。

频率范围  

指射频混频器各个端口（包括RF、Lo、IF端口）能正常工作、提供最优性能的频率范围。

功率电平  

功率电平指馈送到混频器各端口的功率电平，一般指本振端口的功率电平。

在使用混频器时，应注意本振信号功率电平应比射频信号功率高15-20dB，这样可以获得更佳的性能，这也有助于我们确定其他输入端口（射频或中频）的功率电平。

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)。

变频损耗    

变频损耗指混频器输出信号与输入信号的比值，也是输入射频功率和输出信号功率电平之间的差值。

一般的，混频器典型的转换损耗值在5到10dB之间。

1dB压缩  

如我们所知，在混频器正常工作时，转换损耗是一个恒定值，与输入信号功率不相关，即输入功率增加1dB，输出功率相应增加1dB。然而，当输入功率的幅值过大时，不在是1dB到1dB的关系，而是呈现出非线性关系的变化。

1dB压缩点定义为转换损耗从理想值增加1dB时所需的输入功率，它是衡量射频混频器线性度的指标。在射频电路上的功率电平设计时，混频器的输出功率应远远小于输出1dB的压缩点值，否则容易导致混频器饱和。

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。

隔离度  

隔离度（Isolation/feedthrough）是衡量器件端口间信号泄露或者馈通地指标。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

LO-IF间隔离

LO-RF间隔离    

RF-IF间隔离。

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。

互调失真（TOI或输入输出IP3）  

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。

噪声系数  

F= Pno/Pns

 Pno：当系统输入端噪声温度在所有频率上都是标准温度To=290K时，系统传输到输出端的总噪声资用功率。

Pns：仅由有用信号输入所产生的那一部分输出的噪声资用功率。

由于镜像噪声的影响，混频器单边带噪声系数比双边带噪声系数大一倍，即高出3dB。