混頻

混頻是指利用非線性元件，例如二極體，把兩個不同頻率的電信號進行混合，通過選頻迴路得到第三個頻率的信號的過程。完成這樣過程的裝置，叫做混頻器。通過非線性器件將兩不同頻率的振盪變換成一個與兩者都相關的新振盪。新振盪頻率為上述兩不同頻率之差，振幅包絡與其中之一一致。

基本介紹

• 中文名：混頻
• 外文名：mixing
• 拼音：hùn pín
• 組成：非線性原件
• 類別：電子電路
• 套用：通訊

定義

通過非線性器件將兩不同頻率的振盪變換成一個與兩者都相關的新振盪。新振盪頻率為上述兩不同頻率之差，振幅包絡與其中之一一致。若本機振盪與混頻在同一非線性器件上實現，則稱為“變頻”。可以用於信號降頻。

混頻的參數

工作頻率

混頻器是多頻工作器件，除指明射頻信號工作頻率外，還應注意本振和中頻頻率套用範圍。混頻器的噪聲定義為：NF=Pno/Pso Pno是當輸入連線埠噪聲溫度在所有頻率上都是標準溫度即T0=290K時，傳輸到輸出連線埠的總噪聲資用功率。Pno主要包括信號源熱噪聲，內部損耗電阻熱噪聲，混頻器件電流散彈噪聲及本振相位噪聲。Pso為僅有有用信號輸入在輸出端產生的噪聲資用功率。混頻器的變頻損耗定義為混頻器射頻輸入連線埠的微波信號功率與中頻輸出端信號功率之比。主要由電路失配損耗，二極體的固有結損耗及非線性電導淨變頻損耗等引起。

1dB壓縮點

在正常工作情況下，射頻輸入電平遠低於本振電平，此時中頻輸出將隨射頻輸入線性變化，當射頻電平增加到一定程度時，中頻輸出隨射頻輸入增加的速度減慢，混頻器出現飽和。當中頻輸出偏離線性1dB時的射頻輸入功率為混頻器的1dB壓縮點。對於結構相同的混頻器，1dB壓縮點取決於本振功率大小和二極體特性，一般比本振功率低6dB。

動態範圍

動態範圍是指混頻器正常工作時的微波輸入功率範圍。其下限因混頻器的套用環境不同而異，其上限受射頻輸入功率飽和所限，通常對應混頻器的1dB壓縮點。如果有兩個頻率相近的微波信號fs1和fs2和本振fLO一起輸入到混頻器，由於混頻器的非線性作用，將產生交調，其中三階交調可能出現在輸出中頻附近的地方，落入中頻通帶以內，造成干擾，通常用三階交調抑制比來描述，即有用信號功率與三階交調信號功率比值，常表示為dBc。因中頻功率隨輸入功率成正比，當微波輸入信號減小1dB時，三階交調信號抑制比增加2dB。

隔離度

混頻器隔離度是指各頻率連線埠間的相互隔離，包括本振與射頻，本振與中頻，及射頻與中頻之間的隔離。隔離度定義為本振或射頻信號泄漏到其它連線埠的功率與輸入功率之比，單位dB。混頻器的本振功率是指最佳工作狀態時所需的本振功率。原則上本振功率愈大，動態範圍增大，線性度改善（1dB壓縮點上升，三階交調係數改善）。連線埠駐波直接影響混頻器在系統中的使用，它是一個隨功率、頻率變化的參數。當混頻器作鑒相器時，只有一個輸入時，輸出應為零。但由於混頻管配對不理想或巴倫不平衡等原因，將在中頻輸出一個直流電壓，即中頻剩餘直流偏差電壓。這一剩餘直流偏差電壓將影響鑒相精度。

混頻的套用

頻率變換

這是混頻器的一個眾所周知的用途。常用的有雙平衡混頻器和三平衡混頻器，三平衡混頻器由於採用了兩個二極體電橋。三連線埠都有變壓器，因此其本振、射頻及中頻頻寬可達幾個倍頻程，且動態範圍大，失真小，隔離度高。但其製造成本高，工藝複雜，因而價格較高。

鑒相

理論上所有中頻是直流耦合的混頻器均可作為鑒相器使用。將兩個頻率相同，幅度一致的射頻信號加到混頻器的本振和射頻連線埠，中頻端將輸出隨兩信號相差而變的直流電壓。當兩信號是正弦時，鑒相輸出隨相差變化為正弦，當兩輸入信號是方波時，鑒相輸出則為三角波。使用功率推薦在標準本振功率附近，輸入功率太大，會增加直流偏差電壓，太小則使輸出電平太低。

可變衰減器/開關

此類混頻器也要求中頻直流耦合。信號在混頻器本振連線埠和射頻連線埠間的傳輸損耗是有中頻電流大小控制的。當控制電流為零時，傳輸損耗即為本振到射頻的隔離，當控制電流在20mA以上時，傳輸損耗即混頻器的插入損耗。這樣，就可用正或負電流連續控制以形成約30dB變化範圍的可變衰減器，且在整個變化範圍內連線埠駐波變化很小。同理，用方波控制就可形成開關。

相位調製器（BPSK）

此類混頻器也要求中頻直流耦合。信號在混頻器本振連線埠和射頻連線埠間傳輸相位是由中頻電流的極性控制的。在中頻端***替地改變控制電流極性，輸出射頻信號的相位會隨之在0°和180° 兩種狀態下交替變化。QPSK是由兩個BPSK、一個90度電橋和一個0度功分器構成。實為相互逆反的過程，在系統中是可逆。這裡主要介紹I/Q解調器，I/Q解調器由兩個混頻器、一個90度電橋和一個同相功分器構成。抑制鏡像頻率的濾波器一般都是固定頻寬的。但當信號頻率改變時，鏡頻頻率也隨之改變，可能移出濾波器的抑制頻帶。在多信道接收系統或頻率捷變系統中，這種濾波器將失去作用。這時採用鏡頻抑制混頻器，本振頻率變化時，由於混頻器電路內部相位配合關係，被抑制的鏡頻範圍也將隨之改變，使其仍能起到鏡頻抑制的作用。由於電路不是完全理想特性，存在幅度不平衡和相位不平衡，可能使鏡像抑制混頻器的電性能發生惡化，下圖為幅度不平衡和相位不平衡對電性能響加以說明。

單邊帶調製器

在多信道發射系統中，由於基帶頻率很低若採用普通混頻器作頻譜搬移，則在信道頻寬內將有兩個邊帶，從而影響頻譜資源的利用。這時可採用單邊帶調製器來抑制不需要的邊帶，其基本結構為兩個混頻器、一個90度功分器和一個同相功分器。將基帶信號分解為正交兩路與本振的正交兩路信號混頻，採用相位抵銷技術來抑制不需要的邊帶，本振由於混頻器自身的隔離而得到抑制。

混頻的干擾

噪音干擾

信號頻率和本振頻率的各次諧波之間、干擾信號與本振信號之間、干擾信號與信號之間以及干擾信號之間，經非線性器件相互作用會產生很多的頻率分量。在接收機中，當其中某些頻率等於或接近於中頻時，就能夠須利地通過中頻放大器，經解調後，在輸出級引起串音、噪音和各種干擾，影響有用信號的正常接收。

副波道干擾

混頻電路是超外差接收機、發射機及頻率合成技術中重要的組成部分，在收發信道中它扮演了重要的角色其作用是將載頻為的已調信號(或單頻載波)不失真地變頻為的信號。兩個（或多個）干擾信號，同時加到混頻器輸入端，由於混頻器的非線性作用，兩干擾信號與本振信號相互混頻，產生的組合頻率分量若接近於中頻，它就能須利地通過中頻放大器，經檢波器檢波後產生干擾。外來干擾與本振電壓產生的組合頻率干擾稱為寄生通道干擾。

交叉調製干擾

當有用信號和干擾信號兩種調幅波均加至混頻器輸入端時，由於混頻器非線性作用，使干擾信號的包絡轉移到中頻信號上 。交叉調製的產生與干擾台的頻率無關，任何頻率較強的干擾信號加到混頻器的輸入端，都有可能形成交叉調製干擾。