【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)yijiduankoujianlianghaodegeli。cileihunpinqideshejijiqiwuwaibuzhiliudianyuanyaoqiudeyoushi

，shidehunpinqishuchuduandezaoshengxishuhendi。yigejiaohaodejingyanfazeshi，wuyuanhunpinqidezaoshengxishudengyuqizhuanhuansunhao。cileihunpinqifeichangshiheyoudizaoshengxishuyaoqiudeyingyong，eryouyuanhunpinqiwufamanzuzheyiyaoqiu。cileihunpinqishanchangdelingyigelingyushigaopinhekuandaikuansheji。congRFyizhidaohaomibopinlv，tamendounengtigonglianghaodexingneng。hunpinqidelingyigezhongyaotexingshibutongduankouzhijiandegeli。citexingwangwangjuedinglejutiyingyongkeshiyonghezhonghunpinqi。sanpinghengwuyuanhunpinqidegelixingnengtongchangzuijia，danqijiagoufuza
，erqieqitatexing（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/Q混hun頻pin器qi是shi一yi類lei無wu源yuan混hun頻pin器qi，它ta不bu但dan擁yong有you常chang規gui無wu源yuan混hun頻pin器qi的de優you勢shi

，還hai具ju備bei其qi他ta優you勢shi
，即ji不bu通tong過guo任ren何he外wai部bu濾lv波bo便bian可ke消xiao除chu不bu需xu要yao的de鏡jing像xiang信xin號hao。此ci類lei混hun頻pin器qi用yong作zuo下xia變bian頻pin器qi時shi也ye稱cheng為weiIRM（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(di)LO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

由you於yu客ke戶hu需xu要yao更geng完wan整zheng的de信xin號hao鏈lian解jie決jue方fang案an，所suo以yi集ji成cheng頻pin率lv轉zhuan換huan器qi變bian得de頗po受shou歡huan迎ying。此ci類lei器qi件jian由you不bu同tong功gong能neng模mo塊kuai構gou成cheng
，這zhe些xie模mo塊kuai連lian接jie在zai一yi起qi形xing成cheng一yi個ge子zi係xi統tong，使shi得de客ke戶hu的de最zui終zhong係xi統tong設she計ji更geng簡jian單dan。此ci類lei器qi件jian在zai同tong一yi封feng裝zhuang或huo芯xin片pian中zhong集ji成cheng不bu同tong模mo塊kuai，例li如ru混hun頻pin器qi、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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