混頻器是超外差（超級）接收器架構(gòu)中RF信號鏈的關(guān)鍵階段。它允許接收器在感興趣的寬頻帶上進(jìn)行調(diào)諧，然后將所需的任意接收信號頻率轉(zhuǎn)換為已知的固定頻率。這允許感興趣的信號被有效地處理，過濾和解調(diào)。超級結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)雅而簡單，但實(shí)際性能取決于其組成功能塊的性能。

注意，現(xiàn)在無處不在的超人是由工程天才Major E.H.開發(fā)的。阿姆斯特朗在20世紀(jì)30年代，并在很大程度上取代了他以前的接收器設(shè)計(jì)，超再生設(shè)計(jì)（盡管今天仍然在專業(yè)應(yīng)用中使用）。隨后，阿姆斯特朗也發(fā)明了頻率調(diào)制，仍在廣泛使用。其中任何一個(gè)都會(huì)讓阿姆斯特朗成為“先鋒和發(fā)明家”的類別，但擁有這三個(gè)與無線電相關(guān)的發(fā)明真的很重要。有關(guān)混音器基礎(chǔ)知識的更多信息，請參閱TechZone文章“混音器的基礎(chǔ)知識”。在基本的超級“單轉(zhuǎn)換”接收器中，輸入載波RF信號由一個(gè)或多個(gè)低噪聲放大器（LNA）級放大，然后進(jìn)入調(diào)音臺（圖1）。混頻器有兩個(gè)輸入：RF信號和本地振蕩器（LO）。 LO與要調(diào)諧的所需信號處于固定偏移，并且可以設(shè)置在載波頻率之上或之下;在一些設(shè)計(jì)中存在技術(shù)原因，為什么一個(gè)優(yōu)先于另一個(gè)。

圖1：基本的超外差架構(gòu)將RF信號與本地振蕩器混合，與放大的RF信號保持固定偏移，以進(jìn)行調(diào)諧以產(chǎn)生下變頻，固定頻率的IF信號，然后可以被放大和解調(diào)到基帶。

混頻器是一個(gè)非線性級，它將兩個(gè)信號組合在一起。這種非線性混合產(chǎn)生兩個(gè)輸出：一個(gè)在兩個(gè)信號頻率的總和，另一個(gè)在它們的差異（其他和/諧波也由非線性混合過程產(chǎn)生，但它們不感興趣且易于過濾）。存在這種固定差頻輸出，稱為中頻（IF），這使得超級設(shè)計(jì)如此有效。這是因?yàn)闊o論調(diào)諧的具體頻率如何，IF始終處于相同的頻率。由于IF頻率始終相同，因此IF級放大器以及后續(xù)解調(diào)器可針對單個(gè)已知頻率的性能進(jìn)行優(yōu)化。

接下來對混頻器的IF輸出進(jìn)行濾波以消除任何偽像（盡可能），然后進(jìn)入下一階段進(jìn)行進(jìn)一步的放大和解調(diào)。歷史上，傳統(tǒng)廣播AM無線電使用455 kHz的IF，傳統(tǒng)廣播FM無線電采用10.7 MHz，但其他專業(yè)應(yīng)用使用不同的IF。

除了基本的單轉(zhuǎn)換超級外，還有雙轉(zhuǎn)換拓?fù)洌▓D2）。這用于更高的載波頻率，例如500 MHz或1 GHz以上，通過優(yōu)化每個(gè)階段的可實(shí)現(xiàn)性能來緩解信號濾波問題和噪聲問題;載波通過第一級混頻器/LO將其降低到大約50-100MHz的第一IF，然后通過第二混頻器/LO進(jìn)一步下變頻到第二IF。這為設(shè)計(jì)人員提供了更大的整體靈活性，并放寬了對單個(gè)元件規(guī)格的一些要求。 （商用時(shí)甚至還有三重轉(zhuǎn)換接收器。）圖2：在雙轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)中，基本的超級方法以更高的頻率擴(kuò)展第一個(gè)用于調(diào)諧的下轉(zhuǎn)換階段; IF輸出變?yōu)榈刃в诠潭l率RF，其與第二級的LO混合以產(chǎn)生第二IF輸出。

零中頻設(shè)計(jì)

盡管LO/IF超精密方法是迄今為止設(shè)計(jì)最成功的接收機(jī)架構(gòu)，但它現(xiàn)在正在從另一種方法中獲得競爭：零中頻接收機(jī)，也稱為直接接收機(jī) - 轉(zhuǎn)換接收器（DCR），零差接收器或同步接收器（圖3）。這里，LO頻率被設(shè)置得非常接近所需信號的RF載波頻率。混合輸出立即在基帶，并且不需要IF級。

圖3：零中頻方法使用非常接近RF信號的LO工作，并且直接下變頻到基帶而沒有中間IF級。

雖然這種方法在理論上降低了基本電路的復(fù)雜性，但它對所有階段提出了嚴(yán)格的要求，包括動(dòng)態(tài)范圍，穩(wěn)定性，失真，調(diào)諧范圍和噪聲。對于一些經(jīng)過精心挑選和設(shè)計(jì)的應(yīng)用，IC可以使零中頻接收器具有競爭力，或者優(yōu)于具有IF級的超級接收器。

關(guān)鍵混頻器參數(shù)

混頻器可以是無源的（通常用二極管構(gòu)建），也可以是使用晶體管增益的有源器件。作為在寬RF頻帶中采集信號并將其下變頻到固定IF頻率的功能模塊，混頻器對其有很多要求。有源和無源混頻器各自提供關(guān)鍵參數(shù)的不同組合，所有這些都以dB為單位測量，除非另有說明：

三階交調(diào)截點(diǎn)或輸入交叉點(diǎn)（IIP3或IP3）涉及由三階非線性乘積項(xiàng)引起的非線性乘積混頻器對線性放大信號的影響。使用混頻器通帶內(nèi)的兩個(gè)測試頻率來評估該三階交調(diào)截點(diǎn);通常，這些測試頻率相隔約20至30kHz。較高的IP3值（以dBm為單位）表示更好的混頻器。

轉(zhuǎn)換損耗/增益是IF輸出功率與RF輸入功率之比。對于無源混頻器，這總是損耗（負(fù)dB），通常在-5到-10 dB之間。雖然它是混頻器效率的衡量標(biāo)準(zhǔn)，但這里的問題不是直流電源效率，而是混頻器利用它所看到的相對較低的射頻功率水平。

噪聲系數(shù)（NF）至關(guān)重要，因?yàn)樗碚髁嘶祛l器增加的噪聲，并出現(xiàn)在IF輸出端。這是一個(gè)值得關(guān)注的問題，因?yàn)閹?nèi)噪聲一旦被添加到感興趣的信號中，幾乎不可能消除，破壞信號，使解調(diào)更具挑戰(zhàn)性，并降低誤碼率（BER）。典型的噪聲系數(shù)介于0.5和3 dB之間。

隔離定義了混頻器阻止RF或LO輸入信號能量到達(dá)IF輸出的程度，這會(huì)破壞和扭曲IF并導(dǎo)致解調(diào)問題和錯(cuò)誤。它是RF或LO輸入與泄漏IF輸出的比率。

動(dòng)態(tài)范圍測量混頻器可以處理的最大信號電平與最小信號電平之比，并仍提供符合規(guī)格的IF信號。根據(jù)預(yù)期的RF輸入，系統(tǒng)可能需要中等（50 dB）或?qū)拕?dòng)態(tài)范圍（100 dB）。

這些只是頂級混頻器相關(guān)的性能參數(shù)。其他包括鏡像抑制，增益壓縮，DC偏移和1 dB壓縮點(diǎn)。

可用的混頻器范圍廣泛

混頻器供應(yīng)商包括具有RF專業(yè)知識的傳統(tǒng)模擬IC供應(yīng)商，以及開發(fā)IC和分立器件混頻器的以RF為中心的供應(yīng)商。由于這兩個(gè)小組從不同方向看混合器的性能，因此它們在優(yōu)先級和權(quán)衡以及常見方面有不同的關(guān)注領(lǐng)域。

IC供應(yīng)商ADI公司推出ADL5350，這是一款具有集成LO緩沖放大器的GaAs pHEMT單端無源混頻器（圖4）。

圖4：ADL5350無源混頻器包括一個(gè)有源LO放大器，可簡化LO信號生成的操作和要求。

該寬帶設(shè)備可處理750 MHz至4 GHz的頻率，專為不同調(diào)制類型和標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩基站而設(shè)計(jì)。緩沖區(qū)允許用戶提供低電平LO，從而簡化了設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)換損耗為6.8 dB，噪聲系數(shù)為6.5 dB，IP3為25 dB。由于涉及的頻率，ADL5350采用8 VFDFN裸焊盤，芯片級封裝（圖5）。 （它也可以用于上轉(zhuǎn)換的補(bǔ)充過程，但這是另一個(gè)故事。）

圖5：為了獲得最大的RF性能，ADL5350安裝在采用裸露焊盤，芯片級封裝。

CEL（原加利福尼亞東部實(shí)驗(yàn)室）提供UPC2757硅片MMIC（單片微波IC），用于0.1至2.0 GHz的RF輸入和20至300 MHz的IF（圖6）。

圖6：CEL的UPC2757系列包括用于0.1和2.0 GHz之間RF輸入的基本有源混頻器。

UPC2757TB針對低功耗進(jìn)行了優(yōu)化，而UPC2758TB則針對低失真進(jìn)行了優(yōu)化。對于每個(gè)IC，轉(zhuǎn)換增益是LO頻率的函數(shù)（圖7）。

圖7：CEL的UPC2757 MMIC的轉(zhuǎn)換增益隨LO頻率而變化;兩個(gè)主要的家庭成員提供功耗與失真的基本選擇。

這只是兩個(gè)例子。混合器可從許多供應(yīng)商處獲得;設(shè)備可用于各種RF和LO頻率，以及不同的功率水平和性能參數(shù)。設(shè)計(jì)人員的決策過程首先列出了基本頻率要求以及其他混頻器屬性所需的值，以及任何這些因素中可能存在的任何靈活性或權(quán)衡。