通信電子線路混頻器學習教案

1、會計學1通信通信(tng xn)電子線路電子線路 混頻器混頻器第一頁，共49頁。2021年12月21日星期二3 31 1 引言引言3 32 2 混頻原理混頻原理3 33 3 混頻失真與干擾混頻失真與干擾(gnro)(gnro)3 34 4 混頻器的主要指標混頻器的主要指標 3 35 5 混頻器電路結構混頻器電路結構 3 36 6 混頻器的級聯(lián)混頻器的級聯(lián) 第1頁/共49頁第二頁，共49頁。2021年12月21日星期二第2頁/共49頁第三頁，共49頁。2021年12月21日星期二)cos()cos(2coscos ABBA和頻，上變頻和頻，上變頻差頻，下變頻差頻，下變頻和頻為上變頻（和頻為上變頻

2、（Up-conversion）；）；差頻為下變頻（差頻為下變頻（Down-conversion）第3頁/共49頁第四頁，共49頁。2021年12月21日星期二RLIfff )()(RLLRRLRLRLIfffffffffff上混頻上混頻(hn pn)下混頻下混頻(hn pn)第4頁/共49頁第五頁，共49頁。2021年12月21日星期二 射頻射頻(sh pn)信號信號本振信號本振信號(xnho)混頻輸出混頻輸出第5頁/共49頁第六頁，共49頁。2021年12月21日星期二線性時變線性時變(sh bin)工作狀態(tài)下的混頻器工作狀態(tài)下的混頻器第6頁/共49頁第七頁，共49頁。2021年12月21日

3、星期二組合頻率分量組合頻率分量冪次冪次組合頻率分量組合頻率分量冪次冪次11313213232 12 |21 2|32 22 |1 22|3|1 2|2p1 q2n第7頁/共49頁第八頁，共49頁。2021年12月21日星期二第8頁/共49頁第九頁，共49頁。2021年12月21日星期二有一個射頻輸入信號有一個射頻輸入信號fR一個干擾信號一個干擾信號fIMG = fR 2 fI，與本振，與本振fL 混頻后混頻后可能可能(knng)產生頻率相同的中頻信號：產生頻率相同的中頻信號： fL - fR = fI = fIMG - fL 產生兩個中頻產生兩個中頻(zhngpn)信號，由干擾信號所產信號，由

4、干擾信號所產生的中頻生的中頻(zhngpn)信號稱為鏡頻，用信號稱為鏡頻，用fIMG表示。表示。 第9頁/共49頁第十頁，共49頁。2021年12月21日星期二輸入到混頻器的射頻輸入到混頻器的射頻(sh pn)信號信號與鏡頻干擾信號頻譜與鏡頻干擾信號頻譜本振信號本振信號(xnho)頻譜頻譜混頻混頻(hn pn)結果結果 鏡像頻率的產生鏡像頻率的產生第10頁/共49頁第十一頁，共49頁。2021年12月21日星期二鏡頻與接收有用信號關于鏡頻與接收有用信號關于(guny)本振對稱！本振對稱！鏡像頻率鏡像頻率(pnl)的產生的產生14.0914.54545515RLIIMGfMHzfMHzfkHzf

5、MHz第11頁/共49頁第十二頁，共49頁。2021年12月21日星期二22213111)cos1(23)(tMUUaUatIammmm 這表明干擾信號的幅度調制信息轉移到了有用這表明干擾信號的幅度調制信息轉移到了有用(yu yn)信號的幅度上，這種干擾就是交叉調信號的幅度上，這種干擾就是交叉調制失真。制失真。若非若非(rufi)線性電路輸入有一個相對較弱的線性電路輸入有一個相對較弱的有用信號有用信號u1和一個較強的干擾信號和一個較強的干擾信號u2，且干擾信號是，且干擾信號是振幅調制信號，即振幅調制信號，即u2 = U2m(1+mcost)cos2t， 基基波電流振幅分量為波電流振幅分量為交叉

6、調制（交叉調制（Cross Modulation）第12頁/共49頁第十三頁，共49頁。2021年12月21日星期二tUUatUUatUUatUUatUatUatUUatUUatUatUatUUaUaUatUVaUaUaUaUaaimmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm)2cos(43)2cos(43 )2cos(43)2cos(43 3cos413cos41 )cos()cos( 2cos212cos21 cos)2343( cos)2343( 2121212213212213212213212213232313132121221212222212122221332321122

7、13313112222120 三階三階(sn ji)互調分量為互調分量為2f1 f2和和2f2 f1 互相互相(h xing)調制（調制（Inter modulation）第13頁/共49頁第十四頁，共49頁。2021年12月21日星期二本振與射頻的組合頻率本振與射頻的組合頻率(pnl)干擾干擾第14頁/共49頁第十五頁，共49頁。2021年12月21日星期二 理想理想(lxing)振振蕩器輸出頻蕩器輸出頻譜譜實際實際(shj)振蕩器輸出振蕩器輸出頻譜頻譜互易互易(h y)混頻混頻輸出頻譜輸出頻譜互易混頻（互易混頻（Reciprocal Mixing）第15頁/共49頁第十六頁，共49頁。20

8、21年12月21日星期二第16頁/共49頁第十七頁，共49頁。2021年12月21日星期二混頻器其它混頻器其它(qt)的干擾抑制的干擾抑制第17頁/共49頁第十八頁，共49頁。2021年12月21日星期二第18頁/共49頁第十九頁，共49頁。2021年12月21日星期二 混頻器的變頻增益混頻器的變頻增益Gc定義為在本振功率定義為在本振功率PLO不變的不變的 情況下，負載獲得的最大中頻功率情況下，負載獲得的最大中頻功率PIF與射頻與射頻(sh pn)輸入輸入 功率功率PRF之比的對數，即之比的對數，即 )()()(log10dBWPWPGLOPRFIFc常常數數 若變頻增益若變頻增益Gc 0，則

9、混頻器有增益；反之，則混頻器有增益；反之(fnzh)為損耗。為損耗。電壓轉換增益電壓轉換增益(zngy)與功率轉換增益與功率轉換增益(zngy) 之間的關系之間的關系變頻增益或損耗（變頻增益或損耗（Conversion Gain or Loss）第19頁/共49頁第二十頁，共49頁。2021年12月21日星期二變頻變頻(bin pn)增益或損耗（增益或損耗（Conversion Gain or Loss）第20頁/共49頁第二十一頁，共49頁。2021年12月21日星期二變頻變頻(bin pn)壓縮（壓縮（Conversion compression）第21頁/共49頁第二十二頁，共49頁。2

10、021年12月21日星期二IP3是規(guī)定在標準是規(guī)定在標準(biozhn)本振功率下的參數。本振功率下的參數。三階互調阻斷點三階互調阻斷點(IP3, Third Order Intercept Point)第22頁/共49頁第二十三頁，共49頁。2021年12月21日星期二典型典型(dinxng)的混頻器主的混頻器主要參數要參數指標名稱指標名稱數值數值增益增益10dBNF12dBIIP3+5dBm輸入阻抗輸入阻抗50口間隔離口間隔離10-20dB端口隔離度端口隔離度第23頁/共49頁第二十四頁，共49頁。2021年12月21日星期二第24頁/共49頁第二十五頁，共49頁。2021年12月21日星

11、期二第25頁/共49頁第二十六頁，共49頁。2021年12月21日星期二單二極管混頻單二極管混頻(hn pn)電路電路第26頁/共49頁第二十七頁，共49頁。2021年12月21日星期二3cos32cos221)cos()()cos(1tttRUtKRtUiLLRDRmLDRRmD流經二極管的電流流經二極管的電流(dinli)iD為為RF直通直通| pfLfR | |fR fL|單二極管混頻單二極管混頻(hn pn)電路電路第27頁/共49頁第二十八頁，共49頁。2021年12月21日星期二單二極管混頻單二極管混頻(hn pn)電路電路第28頁/共49頁第二十九頁，共49頁。2021年12月2

12、1日星期二二極管平衡二極管平衡(pnghng)混頻電路混頻電路第29頁/共49頁第三十頁，共49頁。2021年12月21日星期二二極管環(huán)形二極管環(huán)形(hun xn)混頻電路混頻電路第30頁/共49頁第三十一頁，共49頁。2021年12月21日星期二二極管環(huán)形混頻二極管環(huán)形混頻(hn pn)電路電路第31頁/共49頁第三十二頁，共49頁。2021年12月21日星期二第32頁/共49頁第三十三頁，共49頁。2021年12月21日星期二單管混頻器單管混頻器電路電路(dinl)結構結構單開關采樣單開關采樣電路電路(dinl)實現實現混頻功能混頻功能 三極管混頻三極管混頻(hn pn)電路電路第33頁/

13、共49頁第三十四頁，共49頁。2021年12月21日星期二即由于該混頻管和轉移特性曲線具有良好的平方律即由于該混頻管和轉移特性曲線具有良好的平方律特點，因此特點，因此(ync)a1a2，a3a2，上述關系式可近似簡，上述關系式可近似簡化為化為ica0+a2u2be。 三極管混頻三極管混頻(hn pn)電路電路第34頁/共49頁第三十五頁，共49頁。2021年12月21日星期二 tAtUtUAAuuuuaauuaaiRLILLmRRmLRLRLRc)cos(2cos2cos2)(22202220220把把ube = uR + uL = URmcosRt + ULmcosLt，代入代入ic ube

14、 近似近似(jn s)關系可得關系可得tUgtUUatAiIRmmcRLLmRmRLIIcos)cos()cos(2|2RLILmmcUag變頻變頻(bin pn)跨導跨導三極管混頻三極管混頻(hn pn)電路電路第35頁/共49頁第三十六頁，共49頁。2021年12月21日星期二三極管單平衡混頻三極管單平衡混頻(hn pn)電路（電路（SBM , Single Balanced Mixer） 第36頁/共49頁第三十七頁，共49頁。2021年12月21日星期二3cos31cos4)cos()()cos()(2tttUtKtUtULLRRmLRRmLo)cos()cos(2ttULRLRRm本

15、振信號的開關函數為雙向開關函數本振信號的開關函數為雙向開關函數K2(Lt)。單平衡單平衡(pnghng)混頻器輸出電壓為：混頻器輸出電壓為：其中其中(qzhng)二次乘積項為二次乘積項為 無直流饋通無直流饋通|R R p p L L| | 單平衡混頻單平衡混頻(hn pn)電路電路第37頁/共49頁第三十八頁，共49頁。2021年12月21日星期二吉爾伯特單元吉爾伯特單元(Gilbert Cell)混頻混頻(hn pn)電路電路第38頁/共49頁第三十九頁，共49頁。2021年12月21日星期二TLCTLCCCCCCCCCoutUuiUuiiiiiiiiii2tanh2tanh)()()()(

16、2156436453輸出輸出(shch)電流為電流為 TRTLEEoutUuUuIi2tanh2tanh吉爾伯特單元吉爾伯特單元(Gilbert Cell)混頻混頻(hn pn)電路電路第39頁/共49頁第四十頁，共49頁。2021年12月21日星期二吉爾伯特單元吉爾伯特單元(dnyun)(Gilbert Cell)混頻電路混頻電路第40頁/共49頁第四十一頁，共49頁。2021年12月21日星期二第41頁/共49頁第四十二頁，共49頁。2021年12月21日星期二第42頁/共49頁第四十三頁，共49頁。2021年12月21日星期二 共基極放大器，輸入共基極放大器，輸入(shr)阻抗阻抗Zin = 1/gm 共集組態(tài)共集組態(tài)(z ti)，輸出電阻小，輸出電阻小，隔離度較好。隔離度較好。第43頁/共49頁第四十四頁，共49頁。2021年12月21日星期二第44頁/共49頁第四十五頁，共49頁。2021年12月21日星期二