混頻器

　　在電子學(xué)中，混頻器是一種非線性電路，它可以由施加到它的兩個信號產(chǎn)生新的頻率。其最常見的應(yīng)用是頻率分別為f1和f2的兩個信號加在一個混頻器上，產(chǎn)生原來兩頻率的和f1+f2與差f1-f2的新信號，稱作外差。實際混頻器還有可能產(chǎn)生其他頻率分量。

　　混頻器廣泛用于將信號從一個頻率范圍搬移到另一個，此過程稱作外差作用，以便于傳輸或進(jìn)一步的信號處理。例如，超外差收音機的一個關(guān)鍵部件是一個用來搬移接收到的信號到一個共同的中頻。混頻器也用于在無線電發(fā)射機中調(diào)制載波。

類型

　　混頻器的本質(zhì)特性是它在輸出信號中產(chǎn)生一個兩路輸入信號的乘積的分量。具有非線性（如指數(shù)）特性的器件可以用作混頻器。無源混頻器使用一個或多個二極管，并依賴于其電壓和電流之間的非線性關(guān)系，以實現(xiàn)乘法計算。在無源混頻器中，得到的輸出信號的功率總是比輸入信號低。

　　有源混頻器使用放大器件（如晶體管或真空管）來增加輸出信號的強度。有源混頻器提高了端口之間的隔離度，但可能會增大噪聲和功耗。有源混頻器對過載的耐受性較差。

　　混頻器可以做成分立器件，也可以是集成電路的一部分，也可以作為混合模塊提供。

　　混頻器也可按其拓?fù)浞诸悾?/span>

• 　　非平衡混頻器，產(chǎn)生乘積信號的同時會允許兩個輸入信號通過并作為輸出的成分存在。

• 　　單平衡混頻器會將其中一個輸入加到平衡（差分）電路中，以使本地振蕩（LO）或信號輸入（RF）施加在輸入上，但并不是兩個輸入都有。

• 　　雙平衡混頻器將兩個輸入都加在了差分電路中，于是兩個輸入信號都不會出現(xiàn)，只有乘積信號會出現(xiàn)在輸出中。雙平衡混頻器相對于非平衡與單平衡混頻器更加復(fù)雜，驅(qū)動電平也更高。

　　對一個特定應(yīng)用來說選取混頻器的類型是一個權(quán)衡的過程。

　　混頻器電路具有變頻增益（或損耗）和噪聲系數(shù)等特性。

　　用作混頻器的非線性電子器件包括二極管、晶體管近截止偏置，在低頻下有模擬乘法器。充到飽和的磁芯電感也被使用。在非線性光學(xué)中，具有非線性特性的晶體用于混合兩種頻率的激光用于產(chǎn)生光外差。

二極管

　　二極管可以用來制作簡單的不平衡混頻器。這種類型的混頻器產(chǎn)生的信號會包含原始頻率以及它們的和與差。二極管的顯著特性是它的非線性（或非歐姆行為），這意味著它的響應(yīng)（電流）不與其輸入（電壓）成正比。因此二極管不會再生流過它的電流的驅(qū)動電壓的頻率，這就可以控制所需頻率。通過理想二極管的電流I作為電壓V的函數(shù)為

　　{\displaystyleI=I_{\mathrm{S}}\left(e^{qV_{\mathrm{D}}\overnkT}-1\right)}{\displaystyleI=I_{\mathrm{S}}\left(e^{qV_{\mathrm{D}}\overnkT}-1\right)}

　　其中V以e指數(shù)出現(xiàn)是很重要的。指數(shù)函數(shù)的泰勒級數(shù)為

　　{\displaystylee^{x}=\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{x^{n}}{n!}}}{\displaystylee^{x}=\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{x^{n}}{n!}}}

　　對于較小的x（即電壓較小）可以通過這個級數(shù)的前幾項來估計：

　　{\displaystylee^{x}-1\approxx+{\frac{x^{2}}{2}}}{\displaystylee^{x}-1\approxx+{\frac{x^{2}}{2}}}

　　假設(shè)兩個輸入信號之和{\displaystylev_{1}+v_{2}}{\displaystylev_{1}+v_{2}}加在一個二極管上，產(chǎn)生的輸出電壓與流過二極管（可能是通過提供加在與二極管串聯(lián)的電阻器兩端的電壓）成正比。然后，忽略二極管方程中的常量，輸出電壓的形式就會為

　　{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(v_{1}+v_{2})+{\frac{1}{2}}(v_{1}+v_{2})^{2}+\dots}{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(v_{1}+v_{2})+{\frac{1}{2}}(v_{1}+v_{2})^{2}+\dots}

　　正如預(yù)期的那樣，右邊的第一項是原始的兩個信號，接著是二者之和的平方，寫作{\displaystyle(v_{1}+v_{2})^{2}=v_{1}^{2}+2v_{1}v_{2}+v_{2}^{2}}{\displaystyle(v_{1}+v_{2})^{2}=v_{1}^{2}+2v_{1}v_{2}+v_{2}^{2}}，其中乘積信號是很明顯的。省略號表示所有二者和的更高次冪，對于小信號來說我們認(rèn)為可以忽略。

　　假設(shè)兩個不同頻率的正弦輸入信號輸入到該二極管，使得{\displaystylev_{1}=\sinat}{\displaystylev_{1}=\sinat}，{\displaystylev_{2}=\sinbt}{\displaystylev_{2}=\sinbt}。信號{\displaystyleV_{0}}V_{0}就會為：

　　{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(\sinat+\sinbt)+{\frac{1}{2}}(\sinat+\sinbt)^{2}+\dots}{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(\sinat+\sinbt)+{\frac{1}{2}}(\sinat+\sinbt)^{2}+\dots}

　　展開平方項就會得到：

　　{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(\sinat+\sinbt)+{\frac{1}{2}}(\sin^{2}at+2\sinat\sinbt+\sin^{2}bt)+\dots}{\displaystylev_{\mathrm{o}}=(\sinat+\sinbt)+{\frac{1}{2}}(\sin^{2}at+2\sinat\sinbt+\sin^{2}bt)+\dots}

　　將除了{(lán)\displaystyle\sinat\sinbt}{\displaystyle\sinat\sinbt}之外的項都忽略并運用積化和差恒等式

　　{\displaystyle\sina\sinb={\frac{\cos(a-b)-\cos(a+b)}{2}}}{\displaystyle\sina\sinb={\frac{\cos(a-b)-\cos(a+b)}{2}}}

　　得到，

　　{\displaystylev_{\mathrm{o}}=\cos((a-b)t)-\cos((a+b)t)+\dots}{\displaystylev_{\mathrm{o}}=\cos((a-b)t)-\cos((a+b)t)+\dots}

　　說明了混頻器是如何產(chǎn)生新頻率的。

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