【導讀】顧名思義，混頻器將兩個輸入信號混合，產生其頻率之和或頻率之差。利用混頻器產生比輸入信號高的輸出頻率時（兩個頻率相加），稱為上變頻；利用混頻器產生比輸入信號低的輸出頻率時，稱為下變頻。

在RF和微波設計中
，混頻是信號鏈最關鍵的部分之一。今天我們就講講各種類型的混頻器以及各自的優缺點。

顧名思義，混頻器將兩個輸入信號混合，產生其頻率之和或頻率之差。利用混頻器產生比輸入信號高的輸出頻率時（兩個頻率相加），稱為上變頻；利用混頻器產生比輸入信號低的輸出頻率時，稱為下變頻。

01 單/雙/三平衡無源混頻器

最常見的混頻器類型是無源混頻器。此類混頻器有不同的設計樣式
，如單端、單平衡
、雙shuang平ping衡heng和he三san平ping衡heng等deng。使shi用yong最zui廣guang泛fan的de架jia構gou是shi雙shuang平ping衡heng混hun頻pin器qi。這zhe種zhong混hun頻pin器qi很hen受shou歡huan迎ying，因yin為wei其qi性xing能neng出chu色se
，實shi現xian和he架jia構gou簡jian單dan
，性xing價jia比bi高gao，並bing能neng提ti供gong多duo種zhong選xuan項xiang。

無源混頻器通常以簡易性而出名
，不需要任何外部直流電源或特殊設置。此類混頻器還有其他為人所稱道的特性
，包括寬帶寬性能、良好的動態範圍
、低噪聲係數(NF)以yi及ji端duan口kou間jian良liang好hao的de隔ge離li。此ci類lei混hun頻pin器qi的de設she計ji及ji其qi無wu外wai部bu直zhi流liu電dian源yuan要yao求qiu的de優you勢shi，使shi得de混hun頻pin器qi輸shu出chu端duan的de噪zao聲sheng係xi數shu很hen低di。一yi個ge較jiao好hao的de經jing驗yan法fa則ze是shi
，無wu源yuan混hun頻pin器qi的de噪zao聲sheng係xi數shu等deng於yu其qi轉zhuan換huan損sun耗hao。此ci類lei混hun頻pin器qi非fei常chang適shi合he有you低di噪zao聲sheng係xi數shu要yao求qiu的de應ying用yong，而er有you源yuan混hun頻pin器qi無wu法fa滿man足zu這zhe一yi要yao求qiu。此ci類lei混hun頻pin器qi擅shan長chang的de另ling一yi個ge領ling域yu是shi高gao頻pin和he寬kuan帶dai寬kuan設she計ji。從congRF一(yi)直(zhi)到(dao)毫(hao)米(mi)波(bo)頻(pin)率(lv)
，它(ta)們(men)都(dou)能(neng)提(ti)供(gong)良(liang)好(hao)的(de)性(xing)能(neng)。混(hun)頻(pin)器(qi)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)特(te)性(xing)是(shi)不(bu)同(tong)端(duan)口(kou)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)。此(ci)特(te)性(xing)往(wang)往(wang)決(jue)定(ding)了(le)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)可(ke)使(shi)用(yong)何(he)種(zhong)混(hun)頻(pin)器(qi)。三(san)平(ping)衡(heng)無(wu)源(yuan)混(hun)頻(pin)器(qi)的(de)隔(ge)離(li)性(xing)能(neng)通(tong)常(chang)最(zui)佳(jia)，但(dan)其(qi)架(jia)構(gou)複(fu)雜(za)，而(er)且(qie)其(qi)他(ta)特(te)性(xing)（如線性度等）有些不足；雙平衡無源混頻器的端口間隔離性能良好
，同時架構較簡單。對大多數應用而言
，雙平衡混頻器實現了隔離度

、線性度和噪聲係數的最佳組合。

就信號鏈整體而言，線性度（也常用三階交調截點IIP3來衡量）是RF和微波設計的最重要特性之一。無源混頻器通常以高線性度性能而出名。遺憾的是，為了實現最佳性能，無源混頻器需要高LO輸入功率。多數無源混頻器使用二極管或FET晶體管，需要大約13 dBm到20 dBm的LO驅動，這對某些應用情形來說是相當高的。高LOqudongyaoqiushiwuyuanhunpinqidezuidaruodianzhiyi。wuyuanhunpinqidelingyigeruodianshihunpinqishuchuduandezhuanhuansunhao。cileihunpinqishiwuzengyimokuaidewuyuanyuanjian，guerhunpinqishuchuduanwangwangyouhengaodexinhaosunhao。liru，ruohunpinqideshurugonglvwei0 dBm
，且混頻器有9 dB的轉換損耗
，則混頻器輸出將是–9 dBm。總的來說，此類混頻器非常適合測試測量和軍用市場

無源混頻器的優勢

●    寬帶寬

●    高動態範圍

●    低噪聲係數

●    高端口間隔離

圖1. I/Q混頻器框圖和鏡像抑製頻域圖

02 I/Q鏡像抑製(IRM)混頻器

I/Qhunpinqishiyileiwuyuanhunpinqi
，tabudanyongyouchangguiwuyuanhunpinqideyoushi，haijubeiqitayoushi，jibutongguorenhewaibulvbobiankexiaochubuxuyaodejingxiangxinhao。cileihunpinqiyongzuoxiabianpinqishiyechengweiIRM（鏡像抑製混頻器），用作上變頻器時則稱為SSB（單邊帶混頻器）。I/Q混頻器由兩個雙平衡混頻器構成，LO信號一分為二，然後經過相移而相差90°（一個混頻器為0°
，另一個混頻器為90°）。通過此相移，混頻器得以僅產生一個邊帶（需要的）信號，而抑製不需要的信號。

圖2在同一頻譜圖上顯示了I/Q混頻器（紫色線）和雙平衡混頻器（藍色線）的性能。可以看到

，I/Q混頻器通過提供45 dB抑製來抑製不需要的低邊帶，而雙平衡混頻器同時產生了高邊帶和低邊帶。

圖2. HMC773A無源混頻器和HMC8191 I/Q混頻器的頻譜圖

，IF輸入為1 GHz
， LO輸入為16 GHz

像雙平衡無源混頻器一樣，I/Q混頻器也需要高LO輸入功率。從架構看
，I/Q混頻器采用兩個雙平衡混頻器
，因此與兩個雙平衡混頻器相比

，所需的LO驅動往往要再多出大約3 dB。I/Q混頻器對精密平衡的相位和幅度輸入匹配很敏感。輸入信號、混合結構

、係統板或混頻器本身的任何偏離90°的相移或幅度失衡，都會直接影響鏡像抑製水平。通過外部校準混頻器以改善性能，可以校正這些誤差的影響。

由於邊帶抑製特性
，I/Q混(hun)頻(pin)器(qi)常(chang)用(yong)於(yu)需(xu)要(yao)消(xiao)除(chu)邊(bian)帶(dai)但(dan)不(bu)通(tong)過(guo)外(wai)部(bu)濾(lv)波(bo)的(de)應(ying)用(yong)
，同(tong)時(shi)它(ta)能(neng)提(ti)供(gong)非(fei)常(chang)好(hao)的(de)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)和(he)線(xian)性(xing)度(du)。此(ci)類(lei)市(shi)場(chang)的(de)常(chang)見(jian)例(li)子(zi)是(shi)微(wei)波(bo)點(dian)對(dui)點(dian)回(hui)程(cheng)通(tong)信(xin)、測試測量儀器儀表和軍事用途。

I/Q混頻器的優勢

●    固有的鏡像抑製

●    無需昂貴的濾波

●    良好的幅度和相位匹配

03 有源混頻器

有源混頻器主要有兩類：單平衡和雙平衡（也稱為吉爾伯特單元）混頻器。有源混頻器的優勢是LO端口和RF輸出端內置增益模塊。此類混頻器會為輸出信號提供一定的轉換增益，並且輸入LO功率要求較低。有源混頻器的典型LO輸入功率是0 dBm左右，遠低於大多數無源混頻器。

有源混頻器常常還集成LO倍頻器，用來將LO頻率倍乘到更高的頻率。此倍頻器對客戶非常有利，無需高LO頻pin率lv便bian可ke驅qu動dong混hun頻pin器qi。有you源yuan混hun頻pin器qi通tong常chang具ju有you很hen好hao的de端duan口kou間jian隔ge離li。然ran而er
，其qi缺que點dian是shi噪zao聲sheng係xi數shu較jiao高gao，而er且qie多duo數shu情qing況kuang下xia線xian性xing度du較jiao低di。對dui輸shu入ru直zhi流liu電dian源yuan的de需xu求qiu影ying響xiang了le有you源yuan混hun頻pin器qi的de噪zao聲sheng係xi數shu和he線xian性xing度du。有you源yuan混hun頻pin器qi常chang用yong於yu通tong信xin和he軍jun用yong市shi場chang
，低diLO驅動和集成轉換增益的需求對此類市場可能很重要。在測試測量市場，有源混頻器主要用作IF子部分的第三級或最後一級混頻器，或用於低端儀表（集成化和高性價比設計比噪聲係數更重要）。

有源混頻器的優勢

●    高集成度
、小尺寸

●    LO驅動要求低

●    集成LO倍頻器

●    良好的隔離
，但線性度和噪聲係數不佳

04 集成頻率轉換混頻器

youyukehuxuyaogengwanzhengdexinhaolianjiejuefangan，suoyijichengpinlvzhuanhuanqibiandeposhouhuanying。cileiqijianyoubutonggongnengmokuaigoucheng，zhexiemokuailianjiezaiyiqixingchengyigezixitong，shidekehudezuizhongxitongshejigengjiandan。cileiqijianzaitongyifengzhuanghuoxinpianzhongjichengbutongmokuai，liruhunpinqi、PLL（鎖相環）
、VCO（壓控振蕩器）
、倍頻器、增益模塊、檢波器等等。可將此類器件製作成SIP（係統化封裝）
，即把多個裸片組裝到同一封裝中


，或一個裸片包括所有設計模塊。

通過將多個器件集成到一個芯片或封裝中，頻率轉換器可以給設計人員帶來很大好處，比如：尺寸更小、器件更少、設計架構更簡單，更重要的是，產品上市時間更快。

圖3. 集成頻率轉換混頻器HMC6147A的功能框圖

來源：ADI

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