寬帶鏡頻抑制混頻器應(yīng)用研究

摘要：雷達(dá)和通信系統(tǒng)中，采用鏡頻抑制混頻器能夠有效抑制鏡像頻率，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)能夠有效的回收鏡頻能量，提高工作效率。在介紹鏡像干擾原理的基礎(chǔ)上，文中給出了一種鏡頻抑制混頻器的框圖，該結(jié)構(gòu)既能在接收機(jī)中作為鏡頻抑制混頻器，還能在發(fā)射機(jī)中作為單邊帶調(diào)制器。本文對(duì)某型下變頻器進(jìn)行了干擾分析，與鏡像抑制混頻器進(jìn)行了對(duì)比研究，提出了用鏡像抑制混頻器替代該型下變頻器的可行性。
關(guān)鍵詞：微波器件；鏡頻抑制；雙平衡混頻器；下變頻器

    近年來，隨著微波器件的快速發(fā)展，在雷達(dá)和通信領(lǐng)域，接收系統(tǒng)普遍采用了低噪聲放大器作為前級(jí)，大大降低了系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，提高了靈敏度。混頻器對(duì)接收系統(tǒng)的影響和作用似乎越來越小，然而事實(shí)并非如此。對(duì)于單邊帶系統(tǒng)，特別是中頻較低的單邊帶系統(tǒng)來講，鏡像噪聲會(huì)對(duì)噪聲帶來很大影響。因此，在低噪聲放大器頻帶較寬，且中頻不高的單邊帶系統(tǒng)中，必須使用鏡像抑制混頻器。

1 鏡像干擾原理簡(jiǎn)介
    所謂鏡像信號(hào)邊帶是有用信號(hào)邊帶相對(duì)于本振信號(hào)對(duì)稱的另一個(gè)邊帶，它與本振混頻后產(chǎn)生的中頻信號(hào)與信號(hào)邊帶產(chǎn)生的中頻信號(hào)相同。對(duì)于單邊帶系統(tǒng)，當(dāng)?shù)驮肼暦糯笃黝l帶較寬，且中頻不高時(shí)，鏡像噪聲會(huì)通過混頻器進(jìn)入系統(tǒng)，造成系統(tǒng)噪聲系數(shù)惡化。

    如圖1所示，鏡像頻率(Image Frequency)經(jīng)過下變頻生成Image IF，疊加在有用Desired IF上，且頻率與Desired IF相同，無法通過中頻濾波器濾除，從而降低了接收機(jī)性能。
    即：
   

2 鏡頻抑制混頻器原理
    鏡像信號(hào)抑制電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示，射頻信號(hào)從RF端口進(jìn)入，信號(hào)經(jīng)鏡頻抑制混頻器后直接變?yōu)樯舷聝蓚€(gè)邊帶的中頻信號(hào)，選取所需要的邊帶就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鏡像信號(hào)的抑制。

    假設(shè)輸入的射頻信號(hào)為A(t)=cosωt，本振信號(hào)為B(t)=cos(ωLOt)，則經(jīng)過鏡頻抑制混頻器之后，輸出的兩路信號(hào)分別為：
   
   
    式中，G(t)為上邊帶信號(hào)，H(t)為下邊帶信號(hào)，上下邊帶信號(hào)被分離開，能夠通過處理獲得單邊帶信號(hào)，實(shí)現(xiàn)鏡頻抑制或者單邊帶調(diào)制。
    利用鏡像抑制混頻器通過一次變頻就能實(shí)現(xiàn)變頻的目的，而且還能能有效的回收鏡頻能量，抑制鏡像干擾的產(chǎn)生。同時(shí)鏡像抑制混頻器還能混頻產(chǎn)生上下邊帶信號(hào)，所以鏡像抑制混頻器既可作為上變頻器，又可作為下變頻器使用。

3 鏡頻抑制混頻器應(yīng)用分析
3．1 某型下變頻器干擾分析
    1)某型下變頻器簡(jiǎn)介某型高頻接收機(jī)下變頻器采用雙平衡混頻器，通過二次混頻實(shí)現(xiàn)下變頻。頻率綜合器和本振源為下變頻通道提供穩(wěn)定的本地振蕩，10 MHz參考信號(hào)在頻率綜合器經(jīng)過DDS激勵(lì)并鎖相倍頻產(chǎn)生頻率為R1～R2的信號(hào)，10 MHz參考信號(hào)在本振源經(jīng)過DDS激勵(lì)并鎖相倍頻產(chǎn)生頻率為L(zhǎng)1的單頻點(diǎn)二本振信號(hào)。
    下行信號(hào)工作頻率為f1～f2，與一本振(頻率綜合器輸出信號(hào))混頻產(chǎn)生頻率720 MHz(L2)的固定一中頻信號(hào)，該一中頻信號(hào)與二本振L1混頻后產(chǎn)生70 MHz的標(biāo)準(zhǔn)中頻信號(hào)，下行信道頻率流程如圖3所示。

    2)鏡頻抑制分析 目標(biāo)中頻信號(hào)頻率為70 MHz，二本振信號(hào)頻率為650 MHz(L1)，一中頻信號(hào)頻率為720MHz，根據(jù)鏡像頻率的定義，鏡像中頻信號(hào)頻率為580 MHz，即580 MHz信號(hào)與L1二本振混頻也會(huì)產(chǎn)生70 MHz中頻信號(hào)，即580 MHz信號(hào)為鏡頻干擾信號(hào)。
    由于2#濾波器為720±20 MHz濾波器，580 MHz鏡像中頻干擾信號(hào)被濾除，故不能產(chǎn)生70 MHz鏡頻干擾，所以只考慮輸入干擾為720 MHz的情況。由于一本振信號(hào)頻率為R1～R2，鏡像信號(hào)頻率為720 MHz，所以輸入鏡頻信號(hào)為：
    R1-720 MHz～R2-720 MHz
    所以，當(dāng)R1-720 MHz～R2-720MHz的干擾信號(hào)進(jìn)入該型變頻器時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生720MHz的干擾信號(hào)，但是由于1#濾波器為2190～2310 MHz帶通濾波器，R1-720 MHz～R2-720 MHz頻段的信號(hào)被濾除，所以不會(huì)產(chǎn)生鏡頻干擾。
    由于濾波器的濾波作用，鏡像干擾信號(hào)基本被濾除，所以該型下變頻器不會(huì)產(chǎn)生鏡頻干擾。
    3)組合干擾分析 在上述分析與實(shí)際測(cè)試未發(fā)現(xiàn)鏡頻干擾，下面來分析混頻器組合干擾，分析結(jié)果如表1和表2所示。

    從上述分析可見，輸入f1～f2與頻綜輸出信號(hào)的二倍頻混頻，會(huì)產(chǎn)生660～960MHz，進(jìn)而產(chǎn)生70 MHz干擾，例如當(dāng)存在2 240 MHz干擾信號(hào)(f1<2 240 MHz<f2)，頻率綜合器設(shè)置輸出1 480 MHz(2 200MHz對(duì)應(yīng)的本振頻點(diǎn))時(shí)，干擾信號(hào)本應(yīng)該在帶外，卻出現(xiàn)了720 MHz的干擾信號(hào)，即：
    2240MHz-1 480MHz=760MHz>720MHz+20MHz(帶外)
    1 480 MHzx2-2 240 MHz=720 MHz(帶內(nèi)干擾)
    而且，2 200 MHz信號(hào)與1 480 MHz本振也能產(chǎn)生720MHz信號(hào)，即：
    2 200 MHz-1 480 MHz=720 MHz
    故下變頻器不能分辨輸入信號(hào)究竟是2 200 MHz信號(hào)還是2 240 MHz的信號(hào)，下變頻器不能分辨干擾也不能濾除干擾，這樣的情況在f1～f2接收帶內(nèi)均存在。
3．2 兩種混頻器對(duì)比分析
    從以上分析可知，兩種混頻器均能有效抑制鏡頻干擾，各有優(yōu)缺點(diǎn)，分析如下：
    1)該型下變頻器雖能有效抑制鏡頻干擾的產(chǎn)生，但是在接收帶內(nèi)產(chǎn)生了類似于鏡頻干擾的組合干擾，嚴(yán)重影響了設(shè)備正常使用；
    2)該型下變頻器是通過兩次變頻、兩次濾波的方法的實(shí)現(xiàn)變頻并抑制鏡頻干擾的功能的，電路相比鏡頻抑制混頻器要復(fù)雜龐大，鏡頻抑制混頻器結(jié)構(gòu)要更簡(jiǎn)單，功能要更突出；
    3)該型下變頻器是通過兩次變頻、兩次濾波實(shí)現(xiàn)變頻功能，變頻效率相對(duì)較低，鏡頻抑制混頻器有效的回收鏡頻能量，效率更高一些；
    4)鏡頻抑制混頻可同時(shí)混頻生成上、下邊帶信號(hào)，所以該混頻器既作為上變頻器的混頻器，又可作為下變頻器的混頻器，使用方便，可批量生產(chǎn)使用。

4 結(jié)束語(yǔ)
    鏡像抑制混頻器不但能很好的抑制鏡頻干擾，而且能減少濾波器的使用，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，混頻效率高。而且，該型鏡像抑制混頻器能同時(shí)產(chǎn)生上、下邊帶信號(hào)，既能作為上變頻器，又可作為下變頻器使用，使用方便，應(yīng)用廣泛，將來一定能夠得到很好的推廣。