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    單、雙平衡混頻器
    來源:武華科技   發布時間:2012-08-26  瀏覽數:2925    【收藏本頁】

    (一)單平衡混頻器

    單平衡混頻器是平衡混頻器最基本的形式。實際上,它是由一對單二極管混頻器組成。如圖所示:

     

    單平衡混頻器特點

    本振功率較高

    動態范圍較大

    本振隔離較好

    對RF的偶次產物有抑制作用


    這種混頻器在RF和IF端相對于LO端之間具有好的隔離度,所以對于IF濾波器的要求就低。由于加了一個二極管,故需要的LO功率就比單二極管混頻器大,但它具有更大的工作范圍。這種混頻器對于由RF偶次諧波產生的交調失真具有較好的抑制。象單二極管混頻器一樣,因LO信號僅是單極性導通,所以單平衡混頻器的工作比為50%

    (二)雙平衡混頻器簡介

    混頻器(亦稱變頻器或乘法器)是用來把信號從一個頻率RF變到另一個頻率IF的電路組件?;祛l器的輸出頻率包括:

    兩個主要的邊帶:IF=LO±RF或IF=RF-LO(LO:本振頻率);

    全部高次產物:mLO±nRF (m,n 為整數);直流分量。除了所需邊帶輸出,其它輸出都是假響應。當混頻器用作下變頻器時,感興趣的頻率是IF=LO-RF或IF=RF-LO。

    雙平衡混頻器的典型電路(如下圖)它由精密配對的 4×N(N=1,2,3)個肖特基二極管和兩個寬帶傳輸線變壓器組成,對于應用工程師而言,感興趣的是電路外部三個端口所具有的特性。

     

    混頻二極管的電流是由泰勒級數表示的完整的混頻頻譜項,雙平衡混頻器用作下變頻器時在理論上對本振和射頻的偶次諧波提供完全抑制,因此其頻譜很純。雙平衡混頻器具有以下三個重要特性,這些特性的意義表現在它不僅可作為混頻器使用,還有許多其它重要功能。

    (1)寬帶高隔離特性。當電路平衡時,本振對射頻、中頻間、射頻對本振、中頻間以及中頻對本振、射頻間的內在寬帶隔離,而無需插入濾波電路給應用帶來極大的方便。

    (2)中頻直流耦合。

    (3)對射頻輸入的響應與射頻的極性無關,對信號電壓的極性失真是對稱的。這意味著雙平衡混頻器對偶次諧波提供良好的抑制,而更重要的在于能夠把雙平衡混頻器的輸出表達為輸入的方方成正比,對設計師而言,這可用于正確地估算三階交調影響。

    (二)雙平衡混頻器主要電參數

    (1)變頻損耗和噪聲系數

    變頻損耗(簡稱“變損”,下同)和噪聲系數是混頻器的兩個重要參數。變損就是頻率變換的效率,它等于單邊帶中頻輸出與射頻輸入的功率之比,用dB表示。

    混頻器的噪聲系數是混頻器輸入端的信噪比與混頻器輸出端的信噪比之比,用dB表示,混頻器的噪聲系數由以下幾個部分組成:單邊帶變頻損耗,二極管串聯電阻上的熱噪聲以及當頻率低于 10KHz時的二極管的1/f噪聲,混頻器的噪聲系數通常比變頻損耗大0.5~1dB,這個參數一般不測試。

     

    (2)變頻壓縮

    變頻壓縮是混頻器線性運用狀態下最大射頻輸入偏離線性某一壓縮量來說明的,通常規定為 1dB,“稱1dB壓縮點”(如圖二),混頻器工作的輸入電平比1dB壓縮點相應的輸入電平越小,混頻器的失真產物越小,因此,應使混頻器的輸入電平小于1dB壓縮點相應的輸入電平。

    (3)動態范圍

    動態范圍是指混頻器在規定本振電平下,射頻輸入電平的可用范圍。一般認為動態范圍的上限受 1dB壓縮點限制。若1dB壓縮點的輸入電平為1dBm,即表示其射頻輸入功率最大不能超過1.25mw。

    為了擴大混頻器動態范圍的上限,以減少混頻器的失真,要用高勢壘或超高墊壘肖特基二極管。

    相應地、混頻器的本振必須使用高電平或超高電平來激勵。

    動態范圍下限受接收機靈敏度限制,而接收機靈敏度又和其通帶寬度成反比。

    例:若混頻器噪聲系數為 7dB,則通常最小可檢測功率可達 -107dBm,如果系統中指示判據要求最小功率要高于判據10dB,則動態范圍下為-97 dBm。

    (4)隔離度

    隔離度是混頻器電路平衡度的一個量度,當電路很平衡時,各端口間的隔離度很好,信號的相互泄漏很小。對于很多應用,本振功率泄漏到射頻端的指標是很重要的,因為它可以反映出本振信號從天線再輻射的強弱程度。

    當電路很平衡時,本振功率的大小不影響隔離度,但平衡度隨頻度提高而下降。通常,隔離度以每倍頻程約5 dB的速度下降。

    (5)交調性能

    在混頻器中,有兩種主要形式的失真產物:單音交調和雙音交調產物。單音交調產物是混頻器本振信號和它的諧波對射頻信號和它的諧波組合的結果,形成為 mLO±nRF,通常把它們分為“階”。

    確保分配到二極管的射頻和本振功率一致及相應的相位平衡以及二極管的更精密配對,是降低單音交調產物的有效途徑。

    雙音交調產物是射頻端有兩個信號同時加入的結果,這些信號可以產生諧波,互相組合,然后按(2RF1+RF2)±LO=IF(或)(RF1+2RF2)±LO=IF與本振組合。對這些產物感興趣是由于它們有相對大的振幅,而其頻率又剛好落在所需中頻的兩邊,很難用濾波器消除。

    雙音交調產物的輸出是與輸入電壓的立方成正比的,因此又叫“雙音三階交調”。圖三所示的是混頻器的基本響應和三階響應,兩響應的交叉點稱為“三階交叉點”,有了這個點,任何輸入電平下的三階響應就可以估算,并可以比較部件的失真性能,交叉點與1dB壓縮點有一定關系,(約比1dB壓縮點高出10-15dB)。因此,一旦知道了1dB壓縮點,就可確定混頻器的動態范圍并粗略估算交調電平。

    (6)混頻器的選用

    實踐證明,混頻器的正確選擇、安裝及有效接地,對其性能及保證寬帶特性很有關系。選擇不當就可能承擔不良后果,正確地選擇混頻器可總結為以下三個基本步驟: •選擇混頻器所需要的本振激勵電平或按最大射頻電平(1dB壓縮點)及允許失真水平確定本振激勵電平。

    •確定封裝形式、電路連接關系及方式。

    •根據頻率范圍選擇型號。

    混頻器的電性能是在規定本振電平及線性應用時,在50Ω系統下測試的。實際工作中,混頻器的本振功率及源阻抗和負載阻抗允許與規范值有一定差別,其電參數也將略有變化雙平衡混頻器是一種寬帶電路組件,其帶寬通常以倍頻程表示?;祛l器變損在頻帶中段是平坦的,為正確而方便地選擇并掌握其性能,在電參數表中,將頻率范圍分為三段,定義 fL 為下邊頻、M(m)為中段、fU為上邊頻,則:L段fL~10fL M段:10fL~1/2fU U段:1/2fU~fU m段:2fL~1/2fU

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