平衡混频器为何性能优良？平衡混频器杂谈

Aline744

很多老收音机玩家一提到收音机灵敏度，首先想到的是天线、磁棒、三极管这些东西。而现代工程师提到灵敏度，首先会想到的是噪声系数和信噪比。在AD9361的数据手册中，ADI公司使用“出色的接收器灵敏度，噪声系数为2 dB(800 MHz，本振(LO))”“两个独立的直接变频接收器拥有首屈一指的噪声系数和线性度”来显示芯片的优越性能。这也可以理解，因为早期收音机结构简单，价格昂贵，材料难以获得，所以大家没法考虑噪声这个因素；而现代接收机提高放大倍数很容易，这个时候噪声就成为了限制性能的首要因素。ADI公司在https://www.analog.com/cn/techni ... ing-components.html这篇文章里这样说道：“在RF和微波设计中，混频是信号链最关键的部分之一。过去，很多应用都受制于混频器的性能。混频器的频率范围、转换损耗和线性度，决定了混频器能否用于特定应用。大部分时候，简单的单、双和三平衡混频器满足了一般市场的需求。 但是，随着企业开发出的应用越来越先进，并希望提高每dB的性能，传统混频器便显得捉襟见肘。当今和未来的市场需要这样的混频解决方案：针对各种应用专门定制，性能优化，并且支持基于通用平台的设计以便重复使用。”，这段话非常深刻。
那么作为业余爱好者该怎么降低噪声？在混频前加一级LNA是一个很有效的方法。而今天我们来讨论一下平衡混频器这个器件，ADI公司这样描述平衡混频器：“这种混频器很受欢迎，因为其性能出色，实现和架构简单，性价比高，并能提供多种选项”，而早期超外差收音机的有源混频器，ADI这样评价：“有源混频器常常还集成LO倍频器，用来将LO频率倍乘到更高的频率。此倍频器对客户非常有利，无需高LO频率便可驱动混频器。有源混频器通常具有很好的端口间隔离。然而，其缺点是噪声系数较高，而且多数情况下线性度较低。对输入直流电源的需求影响了有源混频器的噪声系数和线性度。有源混频器常 用于通信和军用市场，低LO驱动和集成转换增益的需求对此类市场可能很重要。在测试测量市场，有源混频器主要用作IF子部分的第三级或最后一级混频器，或用于低端仪表（集成化和高性价比设计比噪声系数更重要）。”，看来ADI公司对有源混频器评价不是很高啊 。
那么平衡混频器的原理是什么？楼主画了一个电路图。我们先把下半电路的二极管去掉，可以看到混频结果是调幅波，调幅波有三个分量：上下边带和本振信号，而本振信号是我们不想要的，这个信号会引入相当严重的噪声。所以我们设计了两个混频电路，上半电路的信号成分是：本振、天线信号、混频得来的信号，而下半部分的信号成分是：本振、负的天线信号、负的混频得来的信号，两路信号在变压器里是做减法运算（看同名端），这样本振就被抵消掉了。于是本振的噪声就被抑制而无法通过混频进入下一级。懂了平衡混频器原理环形混频器也就不难理解了。
以业余爱好者最喜欢的SBL-1来举例，这东西本振隔离度大概能达到35dB，也就是说本振到中频功率衰减了3000倍，而混频衰减只有8dB，功率衰减不足10倍。那传统的三极管混频器隔离度是多少呢？这里我还真没找到资料，但是想想也知道三极管混频器隔离度高不了，能有0dB就烧了高香了 。
无源混频器有下列缺点：“无源混频器通常以高线性度性能而出名。遗憾的是，为了实现较佳性能，无源混频器需要高LO输入功率。多数无源混频器使用二极管或FET晶体管，需要大约13 dBm到20 dBm的LO驱动，这对某些应用情形来 说是相当高的。无源混频器的另一个弱点是混频器输出端的转换损耗。此类混频器是无增益模块的无源元件，故而混频器输出端往往有很高的信号损耗。总的来说，此 类混频器非常适合测试测量和军用市场。”

最后留给大家一个思考问题：如何把两个三极管混频器合并起来，改成平衡混频器（当然了场效应管也是一样的道理）。

aajzfa

有AD9361的PDF吗

Aline744

aajzfa 发表于 2023-9-19 11:38
有AD9361的PDF吗

上ADI官网下载

Aline744

aajzfa 发表于 2023-9-19 11:38
有AD9361的PDF吗

https://www.analog.com/cn/products/ad9361.html

aajzfa

Aline744 发表于 2023-9-19 11:51
https://www.analog.com/cn/products/ad9361.html

谢谢！已经下载，是中文版的