射頻混頻器介紹

使用混頻器（Mixer）來進行頻率轉換

混頻器可以稱爲“頻率轉換器”或“頻率變換器”。它將輸入信號的頻率轉換爲另一個頻率。

混合器的原理非常簡單，如下圖所示。

混頻器（Mixer）的原理圖

如您所見，它具有兩個輸入端口，並且輸入兩個信號（大多數情況下具有不同的頻率），併產生一個輸出信號，該信號是通過將兩個輸入信號相乘而產生的。這意味着混頻器只是一個將兩個輸入信號相乘的組件。如果將兩個具有不同頻率的信號相乘，則會產生具有兩個頻率的複合信號，其中一個是兩個輸入頻率之和，另一個是兩個頻率之差。這是物理定律。

單端二極管混頻器及其輸入輸出波形

在大多數實際應用中，如下所示，混頻器的一個輸入端口用於RF輸入，另一個端口用於本地振盪器。作爲乘法（混合）的結果，您將獲得一個頻率，該頻率低於兩個輸入。實際上，您將獲得兩個輸出頻率，一個頻率低於兩個輸入頻率（由兩個輸入頻率之差確定），另一個頻率高於兩個輸入頻率（由兩個輸入頻率之和確定）），但在大多數情況下，我們使用較低頻率的部分並濾除（去除）較高頻率的乘積。

利用這一原理並通過更改LO的頻率，您可以將輸入RF頻率更改爲所需的任何頻率（至少在理論上是這樣），這是混頻器的主要功能。

Mixer的輸入輸出信號

現在讓我們從數學角度考慮混頻器的原理。不要驚慌，這只是高中數學-:)。如上所述，混頻器所做的只是將兩個信號相乘。如果我們假設有兩個信號分別表示爲a*cos（2 *pi* f1 *t）和b* cos（2 *pi* f2* t）。這兩個正弦函數的相乘會產生另一個具有兩個頻率分量的正弦函數，如下所示。

混頻器的數學表示式

如果在時域和頻域中繪製混頻器的輸入和輸出，將得到以下圖表：

混頻器輸入輸出信號的頻域和時域表示圖

理想vs真實的混頻器（Mixer）

像其他任何組件一樣，對於Mixer來說，理想行爲與真實器件之間也會存在一些差距。如果您是混頻器（Mixer）的開發人員/設計人員，您的工作是儘可能改善其行爲，使其達到理想的行爲；如果您只是組件的用戶，那麼您的工作就是找出最適合您要求的器件。

我將在後面放置一些圖片，以顯示理想混頻器（Mixer）和真實混頻器（Mixer）之間的區別。我試圖找到非常差的混頻器的測量結果，但沒有得到。會有很多醜陋的器件，但是很難找到這些醜陋器件的詳細測量結果-:)

現在，讓我們考慮一下導致混合器出現非理想行爲的因素。最常見的因素如下所示，這些是所有設計人員和用戶都希望擺脫的因素。此處顯示的因素是由直接到達其他端口而不經過混頻器工作過程的那些信號分量產生的。

混頻器（Mixer）中的信號泄露示意圖

RF泄露（RF feedthrough）：這是由RF輸入信號的分量直接到達IF（輸出）端口而沒有經過混頻器的工作模塊而產生的。

LO泄露（LO feedthrough）：這是由LO信號的分量直接到達IF（輸出）端口而沒有經過混頻器的操作模塊而產生的。

LO到RF泄漏（LO to RF leakage）：這是由於LO信號的分量到達RF輸入端口而沒有經過混頻器的操作塊而產生的。

當然，這種因素越少，您的混音器越好。

二極管雙平衡混頻器

二極管雙平衡混頻器的輸入輸出波形

真正的混音器還有其他與理想情況不同的方面，那就是輸出功率。如頂部的混頻器的數學模型所示，理想情況下，混頻器的輸出功率是兩個輸入功率的幾何平均值（即ab / 2），但實際上輸出功率小於理論值。如果您查看RF輸入的功率，則輸出功率（IF功率）往往低於RF輸入功率。混頻器的RF輸入功率和IF輸出功率之差稱爲“轉換損耗”。