第四章-镜频抑制和谐波混频器

单平衡混频器混频性能频谱变频效率隔离度噪声性能混频性能频谱变频效率隔离度噪声性能90度型和180型单平衡混频器性能比较90度型端口匹配好，隔离度不好180度型隔离度好，端口匹配不好双平衡混频器混频性能频谱变频效率隔离度噪声性能单平衡混频器实例180度型RFIFI1I2LO1ORFORF,mnLLmnIfvvvv2LORFORF,mnLmnIfvvvv21ORFORF,,ORF,I[(1)1]mmnnLLmnmnmnmnLmnIIvvvvvvm+n只能为奇数RFLOIF?1GHz8GHz二次谐波混频RF:15GHzRF:31GHz四次谐波混频。。。偶次谐波混频17GHz33GHz§4.4谐波混频器偶次谐波混频性能1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净2.隔离度3.变频效率4.噪声特性镜频噪声本振噪声优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号，在毫米波接收机中广泛采用。RFIFI1I2LO如何实现奇次谐波混频？nmnRFmLORFLOvvvvfI,1nmnRFmLORFLOvvvvfI,2]1)1[(,,,21nmnmnRFmLOnmnRFmLOnmnRFmLOvvvvvvIIIm+n只能为偶数RFLOIF?1GHz8GHz基波混频RF:7GHzRF:23GHz三次谐波混频。。。奇次谐波混频9GHz25GHz奇次谐波混频性能1.频谱：相比单端混频器，频谱更干净2.隔离度3.变频效率4.噪声特性镜频噪声本振噪声优点：可以用低的LO信号接收高的RF信号，在毫米波接收机中广泛采用。Ka频段4次谐波混频器RF4/2LO中频滤波器RF:35GHzLO:9GHz15一、什么是镜频对于一个给定的本振信号ωLO，有两个不同的射频信号ωLO+ωIF和ωLO－ωIF可以产生相同的中频信号ωIF。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。lowωLOωLO－ωIFωLO+ωIF§4.5镜频抑制混频器16二、镜频抑制的重要性√抑制镜频噪声单边带系统如不抑制镜频噪声,整个混频器噪声系数会增大3dB。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。√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入到中频中，同样在接收上边带时也会出现这种情况。17三、镜频抑制的主要方法√采用镜频抑制滤波器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，这两个信号频率靠得很近，利用滤波器实现起来很困难。本振镜频信号滤波特性18√镜频抑制混频器优点：1.对镜频抑制是自动的。2.便于集成，如SOC中。19四、镜频抑制混频器电路结构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。1，2为两相同的混频单元，通常是单平衡或双平衡混频器。20镜频信号本振假定为低本振情况信号电压：写成也可，在这只关心相对相位镜频电压：本振电压：中频:ωIF=ωRF-ωLO=ωLO-ωRF▲镜频抑制混频器工作原理])cos[(tVvRFRFRF])sin[(tVRFRF])cos[(tVviii])cos[(tVvLOLOLO21非线性电阻v-i特性如下nnvavavaavfi....)(221022nRFmnmLORFLOvvvvfti1,111)()(11RFLOvv对信号:信号在混频器1中混频只考查中频，m=1，n=1中频电流：)]cos[(])cos[()(1tVVtVVtiIFRFLOLORFRFLO])cos[(])cos[(tVtVRFRFLOLO23信号在混频器2中混频]90)cos[(]90)cos[()(2tVVtVVtiIFRFLOLORFRFLO22RFLOvvnRFmnmLORFLOvvvvfti2,222)()(只考查中频，m=1，n=1])cos[(]90)cos[(tVtVRFRFLOLO中频电流：24A端合成：B端合成：混频器１中频信号]90)cos[(tVVIFRFLO]90)cos[(tVVIFRFLO混频器1中频信号移相90º混频器2中频信号两者相位差180º，相互抵消，无输出信号。])cos[(tVVIFRFLO])cos[(tVVIFRFLO混频器2中频信号移相90º因两者相位相同，同相相加，输出为])cos[(2tVVIFRFLO25)]cos[(])cos[(1tVVtVViIFiLOiLOiLO11iLOvv对镜频镜频在混频器1中混频只考查中频，m=1，n=1nimnmLOiLOvvvvfti1,111)()(中频电流：])cos[(])cos[(tVtViiLOLO26]90)cos[(]90)cos[(2tVVtVViIFiLOiLOiLO22iLOvvnimnmLOiLOvvvvfti2,222)()(镜频在混频器2中混频只考查中频，m=1，n=1])cos[(]90)cos[(tVtViiLOLO中频电流：27A端合成：。]90)cos[(tVVIFiLO]90)cos[(tVVIFiLO混频器1中频信号移相90º混频器2中频信号两者相位相同，同相相加，输出为]90)cos[(2tVVIFiLO28混频器１中频信号])cos[(tVVIFiLO]180)cos[(tVVIFiLO混频器2中频信号移相90º因两者相位相位差180º，相互抵消，无输出信号,可见镜频产生的中频噪声对B端没有影响。B端合成：29RF产生的中频信号镜频产生的中频信号在A端口接一匹配负载，将该端口的中频噪声吸收掉，即实现镜频抑制。30说明：以上结论均在器件理想状态下而得到，实际中会有误差。在电路结构中要求有的同向功分器（信号端），同幅相移功分器（本振端），90º电桥等许多理想因素。实际中,以上无源元件都不可能是绝对理想的,会有相位和幅度不平衡,因此在输出端口会有镜频产生的干扰信号输出。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。31镜频抑制度:在输入等功率的RF信号和镜频信号时（VRF＝Vi）,中频端口处获得的中频信号功率和镜频产生的干扰信号功率之比。要获得20dB的镜频抑制度，要求两路信号通路的幅度不平衡小于1dB，相位不平衡小于10度。实例33Ka频段基波镜频抑制混频器MMIC工艺：0.2µmGaAspHEMTVgVgRFIF1IF2LO34Ka频段四次谐波镜频抑制混频器MMIC谐波混频单元