混頻器是超外差（超級）接收器架構中RF信號鏈的關鍵階段。它允許接收器在感興趣的寬頻帶上進行調諧，然后將所需的任意接收信號頻率轉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。超級結構的結構優雅而簡單，但實際性能取決于其組成功能塊的性能。

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

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

混頻器是一個非線性級，它將兩個信號組合在一起。這種非線性混合產生兩個輸出：一個在兩個信號頻率的總和，另一個在它們的差異（其他和/諧波也由非線性混合過程產生，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），這使得超級設計如此有效。這是因為無論調諧的具體頻率如何，IF始終處于相同的頻率。由于IF頻率始終相同，因此IF級放大器以及后續解調器可針對單個已知頻率的性能進行優化。

接下來對混頻器的IF輸出進行濾波以消除任何偽像（盡可能），然后進入下一階段進行進一步的放大和解調。歷史上，傳統廣播AM無線電使用455 kHz的IF，傳統廣播FM無線電采用10.7 MHz，但其他專業應用使用不同的IF。

除了基本的單轉換超級外，還有雙轉換拓撲（圖2）。這用于更高的載波頻率，例如500 MHz或1 GHz以上，通過優化每個階段的可實現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進一步下變頻到第二IF。這為設計人員提供了更大的整體靈活性，并放寬了對單個元件規格的一些要求。 （商用時甚至還有三重轉換接收器。）圖2：在雙轉換設計中，基本的超級方法以更高的頻率擴展第一個用于調諧的下轉換階段; IF輸出變為等效于固定頻率RF，其與第二級的LO混合以產生第二IF輸出。

零中頻設計

盡管LO/IF超精密方法是迄今為止設計最成功的接收機架構，但它現在正在從另一種方法中獲得競爭：零中頻接收機，也稱為直接接收機 - 轉換接收器（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雜性，但它對所有階段提出了嚴格的要求，包括動態范圍，穩定性，失真，調諧范圍和噪聲。對于一些經過精心挑選和設計的應用，IC可以使零中頻接收器具有競爭力，或者優于具有IF級的超級接收器。

關鍵混頻器參數

混頻器可以是無源的（通常用二極管構建），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鍵參數的不同組合，所有這些都以dB為單位測量，除非另有說明：

三階交調截點或輸入交叉點（IIP3或IP3）涉及由三階非線性乘積項引起的非線性乘積混頻器對線性放大信號的影響。使用混頻器通帶內的兩個測試頻率來評估該三階交調截點;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dB），通常在-5到-10 dB之間。雖然它是混頻器效率的衡量標準，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（NF）至關重要，因為它表征了混頻器增加的噪聲，并出現在IF輸出端。這是一個值得關注的問題，因為帶內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，使解調更具挑戰性，并降低誤碼率（BER）。典型的噪聲系數介于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IF輸出的程度，這會破壞和扭曲IF并導致解調問題和錯誤。它是RF或LO輸入與泄漏IF輸出的比率。

動態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，并仍提供符合規格的IF信號。根據預期的RF輸入，系統可能需要中等（50 dB）或寬動態范圍（100 dB）。

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

可用的混頻器范圍廣泛

混頻器供應商包括具有RF專業知識的傳統模擬IC供應商，以及開發IC和分立器件混頻器的以RF為中心的供應商。由于這兩個小組從不同方向看混合器的性能，因此它們在優先級和權衡以及常見方面有不同的關注領域。

IC供應商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有源LO放大器，可簡化LO信號生成的操作和要求。

該寬帶設備可處理750 MHz至4 GHz的頻率，專為不同調制類型和標準的蜂窩基站而設計。緩沖區允許用戶提供低電平LO，從而簡化了設計。轉換損耗為6.8 dB，噪聲系數為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）。 （它也可以用于上轉換的補充過程，但這是另一個故事。）

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驗室）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針對低功耗進行了優化，而UPC2758TB則針對低失真進行了優化。對于每個IC，轉換增益是LO頻率的函數（圖7）。

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

這只是兩個例子。混合器可從許多供應商處獲得;設備可用于各種RF和LO頻率，以及不同的功率水平和性能參數。設計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衡。