清华大学：《通信电路原理》教学资源（PPT课件）射频通信电路 第2章 微波混频器 §2.4.3 桥式混频器（环形混频器、双平衡混频器）§2.4.4 镜频抑制与镜频回收混频器 §2.5 谐波混频器 §2.6 混频器的数值分析法 §2.7 混频器噪声系数 §2.8 上变频器

§2.43桥式混频器(环形混频器、双平衡混频器) (书§2.4.4) f 频带宽:0.01~2GHz,1~26GHz 隔离度好:管芯一致,结构对称 谐波干扰少:no1+mos,n和m为偶数的不存在 只剩四分之一组合频率,其余在环内。 动态范围:比单平衡混频器大3dB,比单管混频器大6dB (自学书p.76-79)

1 §2.4.3 桥式混频器(环形混频器、双平衡混频器) • 频带宽：0.01~2GHz，1~26GHz • 隔离度好：管芯一致, 结构对称 • 谐波干扰少：nL  m S ，n和m为偶数的不存在 只剩四分之一组合频率，其余在环内。 • 动态范围：比单平衡混频器大3dB，比单管混频器大6dB。 if f fS fL (书§2.4.4) (自学书pp.76-79)

§2.4.4镜频抑制与镜频回收混频器(书§2.4.5) 假设M1与M2为具f 有完全相同特性的 B 混频器 f M1混频器 S 信号"1(=sco(o-2 中频:o=os-o1 本振v2()=Vcos(o2 镜频:01=201-0s 电导8(0)=80+2∑8nC0sm(O1 中频 in()=g,s cosl(ot22 2= cosO, 镜频40=82s20-2)242)=8o22-y-2

2 §2.4.4 镜频抑制与镜频回收混频器 (书§2.4.5) ) 2 ( ) cos( 1  vS t =VS S t − ) 2 ( ) cos( 1  vL t =VL L t −   = = + − 1 1 0 ) 2 ( ) 2 cos ( n n L g t g g n t   i t g V t t g V t i f S S L S i f     )] cos 2 ) ( 2 ( ) cos[( 1 = 1 − − − = 1 ] 2 )] cos[(2 ) 2 ) ( 2 ( ) cos[2( 1 2 2       i i t = g VS L t − − S t − = g VS L − S t − M1混频器 信号 本振 电导 中频 镜频 假设M1与M2为具 有完全相同特性的 混频器 S > L 中频：if = S - L 镜频：i = 2L - S if f L f S f A 2  2  2  2  M1 M2 B C

丌 B M2混频器 f vs2(t)=vs cos(ast VI2(t)=v, cos o,t g2(1)=g0+2∑ gn cosmo,t 丌 n2(t)=g1sc0s(01 i,2(t)=gIs cos[20, t-(ost-o)=82 s cos((L0L OS)(+3

3 M2混频器 ) 2 ( ) cos( 2  vS t =VS S t − v t V t L L L ( ) cos 2 =   = = + 1 2 0 ( ) 2 cos n n L g t g g n t ) 2 ( ) cos( 2 1  i i f t = g VS i f t − ] 2 )] cos[(2 ) 2 ( ) cos[2 ( 2 2 2     i i t = g VS L t − S t − = g VS L − S t + if f L f S f A 2  2  2  2  M1 M2 B C

J∫s B f 结论: 1.输出中频(B面) M1的中频移相π/2 ()=8s cos(out 2 (1) M2的中频不移相()= gs cos(on1-x (2) 叠加有输出 2.镜频(A面) A点M1镜频1(0)=82sCos(2O1-O) (3) A点M2镜频2(1)=g2 ys cos(2O1-Os)+ (4) 相位差π,相互抵消。A是镜频短路点

4 结论: 1. 输出中频（B面） M1的中频 移相/2 （1） M2的中频不移相 （2） 叠加有输出 2. 镜频（A面） A点M1镜频 （3） A点M2镜频 （4） 相位差，相互抵消。A是镜频短路点) 2 ( ) cos( 1 1  i if t = g VS if t − ) 2 ( ) cos( 2 1  i if t = g VS if t − ] 2 2 ( ) cos[(2 ) 1 2   i t = g VS L −S t − − ] 2 2 ( ) cos[(2 ) 2 2   i t = g VS L −S t + − if f L f S f A 2  2  2  2  M1 M2 B C

Jfs B 3.镜频回收 M1镜频移相π,到M2端口 12(1)=VcoS[(0,t-)-]=Vcos(0t+ 在M2内混成中频 lin(t)=8 cos[o, t-(o, t+0)]=gV cos(Oj 2 (6) (6)和(1)相位一致,叠加输出 4.外镜频抑制 M1的外来镜频 Vn1()=vcos(/、x (7) M1本振 Nur()-I coS(O, t (8) M1的中频i1()=8Vcos(O21-2)-(o1-2)=g1 coS Oif1(9)

5 3. 镜频回收 M1镜频移相，到M2端口 （5） 在M2内混成中频 （6） （6）和（1）相位一致，叠加输出 4. 外镜频抑制 M1的外来镜频 （7） M1本振 （8） M1的中频 （9） ) 2 ) ] cos( 2 ( ) cos[( 1 2     Vi → t = Vi i t − − = Vi i t + ) 2 )] cos( 2 ( ) cos[ ( 2 1 1    i i f t = g Vi L t − i t + = g Vi i f t − ) 2 ( ) cos( ' ' ' 1  vi t = vi i t − ) 2 ( ) cos( 1  vL t = vL L t − if f L f S f A 2  2  2  2  M1 M2 B C i t g V t t g V t i f i L i i i f     )] cos 2 ) ( 2 ( ) cos[( ' 1 ' ' 1 ' 1 = − − − =

2)2 ∫s B 2 M1中频移相π/2 in(0)=g1, cos(Out-2 (10) M2的外来镜频 v,(t)=v, cos(o, t (11) M2本振 12(t)=v cos @,t (12) M2中频 iin(t)=g, oslo,t-(,t-I 2月=g11cos(on1+) (13) 外镜频在两管内产生的中频(10)与(13)相抵消

6 M1中频移相/2 （10） M2的外来镜频 （11） M2本振 （12） M2中频 （13） 外镜频在两管内产生的中频（10）与（13）相抵消 ) 2 ( ) cos( ' 1 '' 1  i if t = g Vi if t − ) 2 ( ) cos( ' ' ' 2  vi t =Vi i t − v t V t L L L ( ) cos 2 = ) 2 )] cos( 2 ( ) cos[ ( ' 1 ' ' 1 ' 2    i i f t = g Vi L t − i t − = g Vi i f t + if f L f S f A 2  2  2  2  M1 M2 B C

矢量关系图 B 相互 内/移位 回收由A 后的来的 位混信本中 180 镜的内 二次外来本中 置频号振频 中频镜频振频 管 频镜频 On=201- 2 1-O O0,-0,=0. o Oo LO O'.=20 M 移相90 M “不移相 B 叠加输出 叠加回收 外来镜频抵消 M A 输入口镜频短路 M

7 矢量关系图 if f L f S f A 2  2  2  2  M1 M2 B C S v L v if i i v  S −  L 2L −S ' i v L v if i A B C M1 M2 M1 M1 M2 M2 回收 后的 二次 中频 相互 移位 180 的内 镜频 if i L −ii = if ii v 叠加输出 叠加回收 移相90 不移相 i L '  − 外来镜频抵消 输入口镜频短路 由 A 来的 外来 镜频 本 振 中 频 内 镜 频 中 频 本 振 信 号 混 频 管 位 置 S L ii i L ' ii = 2L −S  i = 2L −S

镜频抑制混频器实用电路结构图 有隔离电阻时, 2 内镜频无回收; G.两个混频器的特 性应配对,通路 须良好匹配。幅 M 度和相位的不平 fs 衡会影响镜频回 收及镜频抑制效 Z 果 2Z 平衡式镜频回收 4 混频器的工作频 2Z 2Z 带受限于功分器 等元件的频带

8 镜频抑制混频器实用电路结构图 M2 M1 L f S f 2  if f Z Z Z Z Z Z 2Z 2Z 2Z 2Z 4 l • 有隔离电阻时， 内镜频无回收； • 两个混频器的特 性应配对，通路 须良好匹配。幅 度和相位的不平 衡会影响镜频回 收及镜频抑制效 果； • 平衡式镜频回收 混频器的工作频 带受限于功分器 等元件的频带

§2.5谐波混频器(书§2.82) 并联倒置混频管总电流 i=i1-2=ls(e-1)-ls(e-1) Is(e-e )=2ls sinh( a) D 管对的电导 8==als cosh( av) 加入本振v= v cos O,t 电流傅里叶级数 ()=2/s[21(a)cost+2/3(1)cos30t+…] g(1)=2a.[0(a1)+2l2(av1)cos202t+2/4(1)cos4o2t+… n(a2)=「 eali cosoL cos(no,t)d 2

9 §2.5 谐波混频器 (书§2.8.2) ( ) 2 sinh( ) ( 1) ( 1) 1 2 I e e I v i i i I e I e S v v S v S v S      = − = = − = − − − − − 2 I cosh( v) dv di g = =  S  v V t L L = cos ( ) 2 [2 ( )cos 2 ( )cos3 ] 1 3 i t = I I V t + I V t + S  L L  L L ( ) 2 [ ( ) 2 ( )cos2 2 ( )cos4 ] 0 2 4 g t = I I V + I V t + I V t +  S  L  L L  L L  =        2 0 cos cos( ) ( ) 2 1 I ( V ) e n t d t L L V t n L L L v i 1 i 2 i 1 2 i = i − i A B D1 D2 • 并联倒置混频管总电流 • 管对的电导 • 加入本振 • 电流傅里叶级数

结果: 电流中,只有本振的奇次谐波,没有偶次谐波和直流分量; 混频电导中,只有本振的偶次谐波,没有奇次谐波:不可 能实现基波混频,可用ωL的二、四次谐波进行混频,故也 称谐波混频器; 电流和电导的各次谐波幅度都比单管时大一倍 电流、电导波形

10 结果： • 电流中，只有本振的奇次谐波，没有偶次谐波和直流分量； • 混频电导中，只有本振的偶次谐波，没有奇次谐波：不可 能实现基波混频，可用L的二、四次谐波进行混频，故也 称谐波混频器； • 电流和电导的各次谐波幅度都比单管时大一倍。 电流、电导波形 g t i v i t t