下變頻和上變頻功能在大多數高頻接收機和發(fā)射機中經常是以常常被忽略的元件：射頻/微波混頻器的方式實現(xiàn)的。在過去20多年中，混頻器的外觀發(fā)生了很大的變化，如今的封裝類型種類也非常繁多。不過，它們的主要功能沒有改變：即將一個信號（通常通過調制攜帶有某種信息）的頻率轉換成（比原始頻率更高或更低的）第二種頻率。

　　射頻/微波混頻器實際上是一種三端口元件，可以制作為基于二極管的無源器件，或基于偏置型場效應晶體管（FET）的有源元件。混頻器的三端口通常是指射頻（RF）端口、本振（LO）端口和中頻（IF）端口，其中兩個作為輸入端口，一個作為輸出端口。本振端口總是輸入端口，因此射頻端口和中頻端口既可能是輸出也可能是輸入端口，取決于混頻器是用作下變頻還是上變頻。

　　在下變頻中，高頻射頻輸入信號與高頻本振信號混合（通常兩個信號在相似的頻率范圍內）來產生一個頻率較低的中頻輸出信號。在上變頻中，較低頻率的中頻信號作為輸入，與較高頻率的本振信號混合后產生射頻輸出信號。后者轉換成比中頻輸入信號更高的頻率，同時保留中頻信號的調制信息。下變頻通常是接收機的一部分，上變頻則通常用于發(fā)射機中。頻率轉換遵循簡單的數學混合函數：

　　n（fRF fLO） = fIF

　　其中：

　　fLO = 本振信號頻率

　　fRF = 射頻信號頻率

　　fIF = 中頻信號頻率

　　n = 諧波次數

　　下面舉個簡單的下變頻例子。射頻信號為2100MHz,本振信號為2000MHz:基頻混合后將產生中頻和差信號，其中一個中頻信號為2100-2000=100MHz,另一個為2100+2000=4100MHz.如果需要較低頻率的信號，那么較高頻率信號可以去除，例如通過在混頻器中頻輸出端增加一個低通濾波器。值得注意的是，混頻信號之差很重要，而且本振-射頻的差頻也可以使用。

　　為支持各種不同類型的通信系統(tǒng)，多年來，業(yè)界開發(fā)出了許多不同類型的射頻/微波混頻器。這些混頻器包括單平衡混頻器（可以用一個二極管設計）、雙平衡混頻器、三平衡混頻器、鏡像抑制混頻器、同相/正交（I/Q）混頻器、單邊帶混頻器、雙邊帶混頻器、諧波混頻器和子諧波混頻器。

　　舉例來說，傳統(tǒng)的雙平衡混頻器通常使用4個以四方環(huán)形拓撲配置的肖特基二極管，它可以為許多應用提供可接受的性能。當需要特定的增強性能等級時，可以在混頻器電路中采用一對這種二極管方陣構成三平衡混頻器?？梢蕴幚韼和Q分量的信號的混頻器是數字調制系統(tǒng)的理想選擇，而諧波混頻器（可以從混頻過程中提取較高的諧波分量）一般用來產生和處理毫米波信號。

　　理想情況下，當一個下變頻混頻器通過處理本振和射頻輸入信號在接收機中產生較低頻率的中頻信號時，接收信號將與輸入本振信號混合。但是，任何一個出現(xiàn)在混頻器射頻端口、處于目標頻率范圍內，但非期待信號的信號（通常稱之為"映像"信號），將產生中頻輸出信號。接收機通常采用預選擇濾波器去除落在混頻器射頻端口帶寬內的任何不想要的映像信號。另外一種方法是使用可以衰減這些非期待映像信號映像抑制混頻器。

　　混頻器由許多參數進行表征--其中一些參數（如轉換損耗）僅適用于混頻器，不適用于其它高頻元件。其它重要的混頻器參數包括端到端隔離度、VSWR、噪聲系數、1dB壓縮點和三階截取點。舉例來說，隔離度描述了端口之間的分隔程度，或從一個端口饋送到另一個端口的功率有多大。高隔離度意味著混頻器的端口之間的信號泄漏。

　　混頻器的動態(tài)范圍是指混頻器能夠處理的信號幅度（由1dB壓縮點決定）和它能處理的信號（由噪聲系數決定）之差。當然，選擇任何混頻器都需要考慮混頻器的總體性能與所要求的系統(tǒng)頻率規(guī)劃之間的匹配性。這包括是用于上變頻還是下變頻，如何處理中頻，可用的本振功率，甚至適合印刷電路板（PCB）安裝的混頻器類型。

圖1:傳統(tǒng)的混頻器封裝包括同軸連接器和堅固的金屬外殼。

　　如果混頻器用于下變頻，就像射頻/微波接收機中常用的那樣，那么大部分性能將取決于可用的本振信號。例如，本振信號噪聲將影響到下變頻混頻器的中頻端口噪聲。但本振幅度也會限制混頻器的可用動態(tài)范圍?；祛l器通常會針對不同的本振信號電平進行優(yōu)化，比如+7、+10和+14dBm.這是給混頻器的非線性開關元件（不管是二極管還是晶體管）提供能量的功率。在高于本振幅度的電平上，混頻器將開始經歷壓縮過程，這時本振輸入功率的增加不再使中頻輸出功率增加。壓縮的早期跡象由混頻器的1dB壓縮點指示。

　　判斷混頻器線性度的另一個參數是三階截取點（IP3），是指由混頻器射頻端口的兩個音造成的互調失真電平。例如，對于數字通信系統(tǒng)中使用的混頻器來說，出色的線性度對于保持混頻器處理的I和Q信號分量非常重要，而更高的三階截取點值代表了增強的線性性能。

　　無源混頻器用它們的轉換損耗來表征，這種損耗是由于混頻器電路中到二極管結點和混頻器設計中其它電路連接點的阻抗失配造成的損耗引起的。在用于下變頻的混頻器中，轉換損耗是指射頻輸入幅度和中頻輸出幅度之間的信號電平差，而在用于上變頻的混頻器中，轉換器損耗是指中頻輸入幅度和射頻輸出幅度之間的電平差。在標準的雙平衡射頻/微波混頻器中，6dB至8dB的轉換損耗值很常見。當然，在有源混頻器中也可能實現(xiàn)轉換增益，方法是在混頻器中使用放大級電路和有源電路器件。但這種增益也要求增加混頻器有源電路的偏置功率，就像對放大器進行偏置一樣。

　　射頻/微波混頻器過去曾經是相當大的元件，一般采用金屬外殼，每個端口帶有同軸連接器。對于某些應用來說，例如機架式接收機、發(fā)射機和測試設備，這種混頻器封裝仍然是符合要求的（圖1）。但隨著越來越多高頻設計工程師要求盡可能減小電路與系統(tǒng)，混頻器封裝也隨即采用越來越小的表面貼裝和PCB封裝（圖2），這樣能使工程師在極小的電路面積內完成頻率轉換（在包含本振源時）。

圖2:該緊湊的塑料表面貼裝封裝的尺寸僅為0.38×0.50×0.23英寸（9.65×12.70×5.84毫米），但它卻能夠很好地支持混頻器電路在微波頻率范圍工作。

　　較新的混頻器可以專門供寬帶或窄帶使用，取決于具體應用。在小型封裝可能達到的性能水平方面，像Mini-Circuits公司SYM-63LH+這樣的混頻器就是一種基于二極管方陣的雙平衡混頻器，可以處理從1MHz至6000MHz的射頻/本振信號。同樣是這家公司的MAC系列混頻器基于低溫共燒陶瓷（LTCC）電路基板，可在只有0.06英寸高的表貼封裝中處理從0.3GHz至12.0GHz的射頻/本振信號。Synergy Microwave公司的SGS-5-17雙平衡混頻器則使用該公司的SYNSTRIP多層電路技術，在僅有0.275×0.200×0.050英寸的封裝內實現(xiàn)了從3GHz至19GHz的射頻/本振信號覆蓋。

　　此外，有越來越多的集成電路（IC）制造商將混頻器功能制作為完整前端組件的一部分。這些組件還包括預選擇濾波器、放大器、匹配變壓器和中頻濾波器，這樣可極大地簡化那些尋求緊湊型頻率轉換解決方案的射頻/微波接收機和發(fā)射機設計工程師的工作。