在高速无线通讯系统中，信号有必要进行上变频或下变频后才干进行信号传达和处理。这种变频进程在传统上称为混频，是接纳和发射信号链必不可少的进程。所以，混频器和调制器就成为射频(RF)体系的根本构件。跟着无线通讯规范的不断演进，检查这些构件的特征并了解混频器怎么影响整体体系功用至关重要。
在一切的无线规划中，混频器和调制器都支撑变频并完成通讯。它们确认整个信号链的根本规范。它们的接纳信号链具有最高功率，对来自发射通路中的数模转化器(DAC)的信号进行上变频，并完成数字预失真(DPD)体系，然后影响整个通讯体系的功用。那么，根本混频器的作业原理怎么?有哪些重要规范要考虑?现在有哪些混频器和调制器计划可用来改善和简化体系规划?
根本混频器作业原理
最简略的混频器便是一个乘法器。音频混频器只添加信号，射频混频器实践上添加输入信号以发生新频率的输出信号。射频调制器和解调器本质上便是混频器。这些器材获取基带输入信号，并输出射频调制信号(反之亦然)。
由于影响混频器的要素一起也会影响调制器，因而本文首要从混频器的视点进行评论。接纳器一般选用下变频来完成高频RF信号的处理，发射器则将低频基带信号转化成高速射频。混频器的一切部分都像负载和源相同。
在第一个示例中，咱们以下变频为例。两个输入分别为RF和本地振荡器(LO)。输出为中频(IF)。输出信号包括输入的和与差(图1)。咱们能够经过式1-3从数学上解说这些混频输出重量：
RF输入 = A1sin(ω1t + φ1) (1)
LO输入 = A2sin(ω2t + φ2) (2)
输出IF = A1A2sin(ω1t + φ1) sin(ω2t + φ2) (3)
经过三角恒等式，咱们能够得到包括和与差的输出：
输出IF = (A1A2/2) {cos[(ω1 + ω2)t +(φ1 + φ2)] + cos[(ω1 – ω2)t – (φ1 – φ2)]} (4)
要取得进行信号处理所需的信号质量，或许需求多个下变频进程和滤波，详细取决于IF频率和体系级规划。(LO >RF为本振上注入式，RF > LO为本振下注入式。)上变频进程中的混频器一般在发生基带信号后的前期选用。在这个进程中，IF为输入，RF为输出。此外，输出为输入信号的和与差。需求在输入和输出端进行额定的滤波，以便削减有害产品，取得与接纳信号链相似的抱负功用。
变频增益
变频增益是混频器的首要衡量规范，可用于在生产中进行功用验证。变频增益是输出信号电平与输入信号电平之比，通常以dB表明。无源混频器的变频损耗一般与插入损耗表明。最小损耗以RFOut电流(g1vrf/2 = gonvrf/π)与IFOut电流(g1vrf = gonvrf/2)之比核算。该比值为2/π，因而假定一切阻抗持平且LO输入为方波，则变频增益为(2/π)2或–3.92 dB。
假如LO输入为接连正弦波输入或接连波(CW)，则输出电流中的输出IF重量为gonvrf/4。由于LO输入功率较低，因而功率比相应地从–3.92 dB变为–6 dB。LO功率的下降会影响混频器开/关状况之间的传导驱动才能，然后下降输出功率和噪声指数。
一般来讲，大多数混频器的变频损耗介于4.5与9 dB之间。这取决于混频器类型以及混频器不平衡、平衡-不平衡变换器不匹配和二极管串联电阻等一切额定的损耗。宽频带混频器更简略发生较高的变频损耗，因 为它们需求在整个输入带宽上保持平衡。变频增益会影响整体系自动增益控制(AGC)规划、DPD体系算法和灵敏度规划。
噪声
混频器在进行频率转化时会给信号带来噪声。相关于发热状况下输出端SNR的输入端信噪比(SNR)称为噪声系数。这种衡量是器材导通以捕获发热或导电状 态下宣布的噪声能量时捕获的噪声。然后该值相关于冷却或关断状况时的噪声功率。请记住，用噪声系数核算级联网络和总噪声的公式：
噪声系数F = (SNR)In/(SNR)Out (5)
噪声指数NF = 10log(F) (6)
从式7中的级联噪声指数能够看出(G为各级的增益)，第一个级的影响最大。因而在根本接纳体系中，开关、滤波器和混频器前的低噪声放大器(LNA)都会添加整体系的噪声系数。细心地挑选这些元器材和混频器能够最大极限地下降总噪声并提高灵敏度。
请记住，LO驱动电平会影响转化增益和噪声。跟着LO功率的下降，噪声也随之下降。双边带(DSB)混频器和单边带(SSB)混频器对噪声的界说略有不 同。关于DSB而言，输出端供给所需的IF和镜像(针对到此为止评论的一切混频器)。关于SSB而言，镜像会尽或许削减。DSB噪声包括来自RF和镜像信号频率的噪声和信号。关于SSB噪声而言，镜像信号在理论上丢掉(尽管包括了镜像噪声)。抱负的SSB混频器的噪声指数是同类DSB混频器的噪声指数的两倍。
阻隔
混频器中的阻隔在以下端口之间指定：RF与IF;LO与IF;IF与RF以及LO与RF。阻隔丈量核算一个端口到另一个端口的走漏功率。例如，要丈量LO到RF的阻隔，只需将一个信号施加到LO端口，然后丈量RF端口的这个输入LO信号的功率。
由于输入信号(特别是LO)较高，足以导致体系功用下降，因而阻隔至关重要。LO走漏会经过搅扰RF放大器或在天线端口辐射RF能量，然后搅扰输入信号。LO至IF输出的走漏会紧缩接纳器阵列中剩下的IF单元，引起处理过错。RF至IF的走漏以及IF至RF的走漏表明电路平衡功用，该功用与变频损耗有关。混频器的平衡功用越好，变频损耗就越低;因而，也具有较好的变频功用平整度。抱负情况下，阻隔规范尽或许高，并且在终究的外形板规划上具有屏蔽和杰出的布局。
1dB紧缩点
在接纳体系中，混频器最有或许是整个体系中 功率最高的器材。因而线性规范十分重要，它能够确认整个接纳器的许多体系规范和发射才能。在规范或线性作业条件下，混频器的变频损耗是稳定的，与RF功率无关。这意味着，当你以1dB的起伏添加输入功率时，输出功率也会以1dB递加。在 P1dB紧缩点，输入功率添加，以便输出不随输入功率线性添加。这也是混频器变频损耗高出抱负值1dB的原因(图2)。
在P1dB点或更高点运转混频器会使需求的IF或RF信号失真，一起会添加频谱中的杂散量。完好信号链的1dB紧缩点会影响体系的动态规模。混频器的典型P1dB规范介于0至15 dB之间。P1dB越高，功用越高，体系动态规模相应地越好。
三阶截取点
与P1dB相似，三阶截取点(IP3)也会影响体系功用。欠安的三阶交调功用与IP3有直接关系，并且会添加实在作业条件下的噪声基底。这看来会下降无线接纳器的灵敏度，相应地下降整个无线通讯体系的功用。因而，IP3点越高越好。
要丈量IP3，咱们对RF输入端施加两个相同功率的输入信号F1和F2 (假定这是下变频进程)。要核算IP3，由于十分接近相关的IP输出，因而咱们在(2F2 – F1) – FLO和(2F1 – F2) – FLO发生相关的三阶交调失真(IMD3)，咱们从中频输出去掉该失真，得到以下核算成果：由于未能到达实践的IP3点，因而IP3点是从IMD3取得的理论值。混频器的输出级在到达IP3之前饱满。一般关于无源混频器而言，高频信号的IP3至少为P1dB以上15 dB，低频信号的IP3至少为紧缩点以上10dB。
杂散信号
混频进程会发生输入信号的和与差的输出积以及很多额定的有害杂散信号(图3)。这些杂散信号包括根本的混频器输入和输出、其谐波产品(nRF、mLO或kIF)和交调产品、nRF ± mLO(下变频)和nLO ± mIF(上变频)。
图3：混频器输出的频谱图显现发生的一切不同产品。需求的信号为和频或差频，不过请注意，有害镜像信号和二阶和三阶信号为谐波的成果。滤波有助于削减这些有害信号。咱们将这些交调产品界说为有害的混频产品。这些杂散呼应是由于输入信号和LO的谐波混频引起的。这些杂散信号的电平取决于许多要素。信号输入电平、负载阻抗、温度和频率都会影响杂散信号。谐波产品(nRF、mLO或kIF)以指数级添加输出信号的功率。这些有害产品能够简略地以数学办法依照以下显现功率添加的等式表明：根本：VOut = Acos(ωt) (10)
二次谐波为二次幂：A2cos(2ωt) (11)
三次谐波为三次幂：
A3cos(3ωt) (12)
由于滤波的复杂性和受这些杂散呼应影响的频率功用的广泛性，非线性失真产品会对宽带体系发生相当大的影响。窄带使用仅受通带的失真产品的影响。选用满足 的带通滤波能够有效地削减大部分有害产品。可是，如前面说到的，IMD3产品极为接近需求的信号，因而很难过滤出这样的信号。
镜像(边带按捺)
一起影响典型混频器的接纳通路和发射通路的一种信号是镜像。离输入信号的RF输入端口2IF的信号将在下变频进程中直接被转化成与需求的输入信号相同的IF。滤波和选用多个IF级和镜像按捺混频器(IRM)等办法能够最大极限地下降这种有害信号的影响。
镜像便是依照体系规划来自需求的输出信号的“其它”输出，这是由于任何简略的混频器的输出都包括混频的和与差。可在混频器输出端完成更高的镜像按捺的高 级混频器规划称为SSB或同相/正交(I/Q)调制器。例如，TI公司的TRF372017是一款高集成度锁相环/压控振荡器(PLL/VCO) I/Q调制器。
直流偏置
输出频谱的另一个要害部分是LO走漏或直流偏置和载波按捺。阻隔会影响混频器的这种功 能，直流偏
