第四章-镜频抑制和谐波混频器教材课件.ppt

1、单平衡混频器单平衡混频器混频性能混频性能频谱频谱变频效率变频效率隔离度隔离度 噪声性能噪声性能混频性能混频性能 频谱频谱变频效率变频效率隔离度隔离度 噪声性能噪声性能90度型和度型和180型单平衡混频器性能型单平衡混频器性能比较比较90度型端口匹配好，隔离度不好度型端口匹配好，隔离度不好180度型隔离度好，端口匹配不好度型隔离度好，端口匹配不好双平衡混频器双平衡混频器混频性能混频性能 频谱频谱变频效率变频效率隔离度隔离度 噪声性能噪声性能单平衡混频器实例单平衡混频器实例180度型度型RFIFI1I2LO1ORFORF,mnLLm nIf vvvv2LORFORF,mnLm nIfvvvv21O

2、RFORF,ORF,I(1)1mmnnLLm nm nmnm nLm nIIvvvvvvm+nm+n 只能为奇数只能为奇数RFLOIFIF?1GHz8GHz二次谐波混频二次谐波混频RF:15GHzRF:31GHz四次谐波混频四次谐波混频。偶次谐波混频偶次谐波混频 17GHz 33GHz 4.4 谐波混频器 偶次谐波混频性能偶次谐波混频性能1.1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净频谱：相比单端混频器，频谱更干净2.2.隔离度隔离度3.3.变频效率变频效率4.4.噪声特性噪声特性镜频噪声镜频噪声本振噪声本振噪声优点：可以用低的优点：可以用低的LOLO信号接收高的信号接收高的RFRF信号，信号，在毫

3、米波接收机中广泛采用。在毫米波接收机中广泛采用。RFIFI1I2LO如何实现奇次谐波混频？如何实现奇次谐波混频？nmnRFmLORFLOvvvvfI,1 nmnRFmLORFLOvvvvfI,2 1)1(,21nmnmnRFmLOnmnRFmLOnmnRFmLOvvvvvvIIIm+nm+n 只能为偶数只能为偶数RFLOIFIF?1GHz8GHz基波混频基波混频RF:7GHzRF:23GHz三次谐波混频三次谐波混频。奇次谐波混频奇次谐波混频 9GHz 25GHz奇次谐波混频性能奇次谐波混频性能1.1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净频谱：相比单端混频器，频谱更干净2.2.隔离度隔离度3.3.变

4、频效率变频效率4.4.噪声特性噪声特性镜频噪声镜频噪声本振噪声本振噪声优点：可以用低的优点：可以用低的LOLO信号接收高的信号接收高的RFRF信号，信号，在毫米波接收机中广泛采用。在毫米波接收机中广泛采用。Ka频频段段4次谐波次谐波混频器混频器RF4/2LO中频滤波器中频滤波器RF:35GHzLO:9GHz15一、什么是镜频一、什么是镜频对于一个给定的本振信号对于一个给定的本振信号LO，有两个不同的，有两个不同的射频信号射频信号LO+IF和和LOIF 可以产生相可以产生相同的中频信号同的中频信号IF。其中一个是我们所期望。其中一个是我们所期望的射频信号，而另一个就是我们所说的镜频。的射频信号，

5、而另一个就是我们所说的镜频。lowLOLO IFLO+IF 4.5 镜频抑制混频器 16二、镜频抑制的重要性二、镜频抑制的重要性 抑制镜频噪声抑制镜频噪声 单边带系统单边带系统如不抑制镜频噪声如不抑制镜频噪声,整个混频器噪声系数整个混频器噪声系数会增大会增大3dB。对接收来说，若接收下边带，则镜频处噪声会产生对接收来说，若接收下边带，则镜频处噪声会产生中频噪声，同样在接收上边带时也会出现这种情况。中频噪声，同样在接收上边带时也会出现这种情况。抑制镜频干扰抑制镜频干扰 对接收来说，若接收下边带，则镜频处的干扰会进对接收来说，若接收下边带，则镜频处的干扰会进入到中频中，同样在接收上边带时也会出现这

6、种情入到中频中，同样在接收上边带时也会出现这种情况。况。17三、镜频抑制的主要方法三、镜频抑制的主要方法采用镜频抑制滤波器采用镜频抑制滤波器 我们可以利用滤波器将信号与镜频我们可以利用滤波器将信号与镜频分开，但在某些应用领域，这两个信号分开，但在某些应用领域，这两个信号频率靠得很近，利用滤波器实现起来很频率靠得很近，利用滤波器实现起来很困难。困难。本振本振镜频镜频信号信号滤波特性滤波特性18镜频抑制混频器镜频抑制混频器 优点：优点：1.对镜频抑制是自动的。对镜频抑制是自动的。2.便于集成，如便于集成，如SOC中。中。19四、镜频抑制混频器电路结构四、镜频抑制混频器电路结构 在镜频抑制混频器电路

7、中，我们将利用电桥使在镜频抑制混频器电路中，我们将利用电桥使射频信号和镜频产生不同的相移从而分离他们。射频信号和镜频产生不同的相移从而分离他们。1，2为两相同的混频单元，通常是单平衡或双平为两相同的混频单元，通常是单平衡或双平衡混频器。衡混频器。20镜频镜频信号信号本振本振 假定为低本振情况假定为低本振情况信号电压：信号电压：写成写成 也可，在这只关心相对相位也可，在这只关心相对相位镜频电压：镜频电压：本振电压：本振电压：中频中频:IF=RF-LO=LO-RF镜频抑制混频器工作原理镜频抑制混频器工作原理)cos(tVvRFRFRF)sin(tVRFRF)cos(tVviii)cos(tVvLO

8、LOLO21非线性电阻非线性电阻v-i特性如下特性如下nnvavavaavfi.)(221022nRFmnmLORFLOvvvvfti1,111)()(11RFLOvv对信号对信号:信号在混频器信号在混频器1中混频中混频只考查中频，只考查中频，m=1，n=1 中频电流：中频电流：)cos()cos()(1tVVtVVtiIFRFLOLORFRFLO)cos()cos(tVtVRFRFLOLO23信号在混频器信号在混频器2中混频中混频90)cos(90)cos()(2tVVtVVtiIFRFLOLORFRFLO22RFLOvvnRFmnmLORFLOvvvvfti2,222)()(只考查中频，只

9、考查中频，m=1，n=1 )cos(90)cos(tVtVRFRFLOLO中频电流：中频电流：24A A端合成：端合成：B B端合成：端合成：混频器中频信号混频器中频信号90)cos(tVVIFRFLO90)cos(tVVIFRFLO混频器混频器1中频信号移相中频信号移相90混频器混频器2中频信号中频信号两者相位差两者相位差180，相互抵消，无输出信号。，相互抵消，无输出信号。)cos(tVVIFRFLO)cos(tVVIFRFLO混频器混频器2中频信号移相中频信号移相90因两者相位相同，同相相加，输出为因两者相位相同，同相相加，输出为)cos(2tVVIFRFLO25)cos()cos(1t

10、VVtVViIFiLOiLOiLO11 iLOvv对镜频对镜频镜频在混频器镜频在混频器1中混频中混频只考查中频，只考查中频，m=1，n=1 nimnmLOiLOvvvvfti1,111)()(中频电流：中频电流：)cos()cos(tVtViiLOLO2690)cos(90)cos(2tVVtVViIFiLOiLOiLO22 iLOvvnimnmLOiLOvvvvfti2,222)()(镜频在混频器镜频在混频器2中混频中混频只考查中频，只考查中频，m=1，n=1 )cos(90)cos(tVtViiLOLO中频电流：中频电流：27A A端合成：端合成：。90)cos(tVVIFiLO90)co

11、s(tVVIFiLO混频器混频器1中频信号移相中频信号移相90混频器混频器2中频信号中频信号两者相位相同，同相相加，输出为两者相位相同，同相相加，输出为90)cos(2tVVIFiLO28混频器中频信号混频器中频信号)cos(tVVIFiLO180)cos(tVVIFiLO混频器混频器2中频信号移相中频信号移相90因两者相位相位差因两者相位相位差180，相互抵消，无输出信，相互抵消，无输出信号号,可见镜频产生的中频噪声对可见镜频产生的中频噪声对B B端没有影响端没有影响。B B端合成：端合成：29RF产生的中频信号产生的中频信号镜频产生的中频信号镜频产生的中频信号在在A端口接一匹配负载，将该端

12、口接一匹配负载，将该端口的中频噪声吸收掉，即实端口的中频噪声吸收掉，即实现镜频抑制。现镜频抑制。30说明：说明：以上结论均在器件理想状态下而得以上结论均在器件理想状态下而得到，实际中会有误差。在电路结构中要求到，实际中会有误差。在电路结构中要求有的同向功分器（信号端），同幅相移功有的同向功分器（信号端），同幅相移功分器（本振分器（本振端端），），90电桥等许多理想因素。电桥等许多理想因素。实际中实际中,以上无源元件都不可能是绝对理想以上无源元件都不可能是绝对理想的的,会有相位和幅度不平衡会有相位和幅度不平衡,因此在输出端因此在输出端口会有镜频产生的干扰信号输出。口会有镜频产生的干扰信号输出。我

13、们定义镜频抑制度的概念来表征电路对我们定义镜频抑制度的概念来表征电路对镜频的抑制程度。镜频的抑制程度。31镜频抑制度镜频抑制度:在输入等功率的在输入等功率的RF信号信号和镜频信号时（和镜频信号时（VRFVi）,中频端口处中频端口处获得的中频信号功率和镜频产生的干获得的中频信号功率和镜频产生的干扰信号功率之比。扰信号功率之比。要获得要获得20dB的镜频抑制度，要求两路的镜频抑制度，要求两路信号通路的幅度不平衡小于信号通路的幅度不平衡小于1dB，相，相位不平衡小于位不平衡小于10度。度。实例实例33Ka频段基波镜频抑制混频器频段基波镜频抑制混频器MMIC工艺：0.2m GaAs pHEMTVgVgRFIF1IF2LO34Ka频段四次谐波镜频抑制混频器频段四次谐波镜频抑制混频器MMIC谐波混频单元谐波混频单元