混频器设计中的关键技术研究

混频器作为超外差接收机的重要组成部分，已经在雷达、通信、电子对抗、广播电视、遥控遥测等诸多领域中得到了广泛的应用。其技术指标的好坏直接影响到整机性能的发挥。本文从工程角度出发，着重分析了混频器设计中应当注意的几个关键问题。

1混频器的基本概念

混频是指将信号从一个频率变换到另外一个频率的过程，其实质是频谱线性搬移的过程。在超外差接收机中，混频的目的是保证接收机获得较高的灵敏度，足够的放大量和适当的通频带，同时又能稳定地工作。混频电路包括三个组成部分：本机振荡器、非线性器件、带通滤波器，如图1所示。

由于非线性元件(如二极管、三极管、场效应管等)的作用，混频过程中会产生很多的组合频率分量：OpFL±qfsO一般来讲，其中满足需要的仅仅是fI=fL-fS或者是fI=fs-fL。前者产生中频的方式称为高差式混频，后者称为低差式混频。在这里，混频过程中产生的一系列组合频率分量经过带通滤波器即可以选择输出相应的中频，而其他的频率分量会得到抑制。

2混频器设计中的关键技术

2.1尽量选择噪声系数小、变频损耗小或变频增益大的混频器

噪声系数是衡量接收机内部噪声对灵敏度影响程度的一个指标。接收机的总噪声系数为：

式中：F0表示接收机的总噪声系数；FR表示高频放大器的噪声系数；FC表示混频器的噪声系数；FI表示中频放大器的噪声系数；kpaR表示高频放大器额定功率放大量；kpaC表示混频器额定功率放大量(kpaC>1时)或额定功率传输系数(kpaC1时)。

为了提高接收机的灵敏度，必须使总噪声系数F0要小，而接收机多级电路总噪声系数主要由第一级高频放大器决定，也就是说，要保证高放噪声系数小和额定功率放大量大的要求。

混频器位于接收机的第二级，其噪声系数、额定功率放大量或额定功率传输系数对整机噪声系数也存在一定的影响，特别是对于无高放的接收机，混频器噪声系数、额定功率放大量(或额定功率传输系数)及对整机噪声系数的影响更大。

对于采用二极管等不具备放大作用的混频元件，常使用变频损耗来代替混频器额定功率传输系数，他定义为额定功率传输系数的倒数。即有：

式中lC表示变频损耗。

由于二极管无放大作用，使得混频器输出中频信号功率小于混频器输入端的高频信号功率。当高放的额定功率增益不是很大时，他和变频损耗的乘积可能比较小，因此混频器的噪声分量在整机的噪声分量中占的比重变大，这时应保证使变频损耗不宜过大。

采用三极管、场效应管或者模拟乘法器混频时，由于他们具有放大作用，混频器输出中频信号功率会大于输入高频信号的功率，这时常常采用变频增益，即额定功率放大量kpaC(kpaC>1)来衡量混频前后的功率变化。由于kpaC>1，因此为了降低总噪声系数，需要使变频增益愚kpaC大一些。

2.2确定混频器的动态范围 混频器的动态范围是指混频器在规定的本振电平下，高频信号输入电平的可用范围。设计时，要确定其下限和上限电平。

2.2.1 确定混频器下限电平

混频器下限电平由壕收机的灵敏度决定。接收机灵敏度可以表示为：

式中k为波尔兹曼常数，K=1.38×10-23J／K；T0为接收机工作环境的绝对温度，单位K；B为接收机带宽，单位为Hz；F0为接收机总的噪声系数；Psmin为最小可以检测的信号功率，单位W。

如果以dBm为单位，在室温17℃(T0=290 K)条件下，式(3)变换为：

假设B=2×106Hz，混频器的噪声系数为FC=6 dB，则Psmin为-105 dBm，如果系统中指示判据要求最小功率要高于噪声电平10 dB，则混频器的动态范围下限为-95 dBm。

2.2.2 确定混频器的上限电平

混频器的上限电平由1 dB压缩电平决定。当输入信号功率比较小时，混频后得到的输出中频功率随着输入信号功率线性地增大，但是当输入信号功率增加到某个电平时，输出和输入之间由于混频器出现饱和趋势而呈现非线性。当输出中频功率比线性增涨低于1 dB时所对应的输出中频功率电平称为1 dB压缩电平，用PI1 dB表示，如图2所示。事实上，1 dB压缩电平随着本振电平的增加而增加。

2.3注意混频器的隔离度

从理论上来看，混频器各个端口之间是互相隔离的，任意一个端口上的功率都不会泄露到其他端口上。但实际上，总有部分功率在各个端口之间相互泄露。利用隔离度就可以评价这种泄露的程度。由于本振端口的功率最大，如果泄露到信号端口会形成向外的辐射损耗，严重地干扰附近的接收机，这种影响最坏，因此一般情况下只规定本振端口到其他端口的隔离度。具体的定义有两个，一个是本振功率与其泄露到信号端口的功率之比；另外一个是本振功率与其泄露到中频输出端口的功率之