宽带镜频抑制混频器应用研究

摘要：雷达和通信系统中，采用镜频抑制混频器能够有效抑制镜像频率，提高系统的抗干扰能力，同时能够有效的回收镜频能量，提高工作效率。在介绍镜像干扰原理的基础上，文中给出了一种镜频抑制混频器的框图，该结构既能在接收机中作为镜频抑制混频器，还能在发射机中作为单边带调制器。本文对某型下变频器进行了干扰分析，与镜像抑制混频器进行了对比研究，提出了用镜像抑制混频器替代该型下变频器的可行性。
关键词：微波器件；镜频抑制；双平衡混频器；下变频器

    近年来，随着微波器件的快速发展，在雷达和通信领域，接收系统普遍采用了低噪声放大器作为前级，大大降低了系统的噪声系数，提高了灵敏度。混频器对接收系统的影响和作用似乎越来越小，然而事实并非如此。对于单边带系统，特别是中频较低的单边带系统来讲，镜像噪声会对噪声带来很大影响。因此，在低噪声放大器频带较宽，且中频不高的单边带系统中，必须使用镜像抑制混频器。

1 镜像干扰原理简介
    所谓镜像信号边带是有用信号边带相对于本振信号对称的另一个边带，它与本振混频后产生的中频信号与信号边带产生的中频信号相同。对于单边带系统，当低噪声放大器频带较宽，且中频不高时，镜像噪声会通过混频器进入系统，造成系统噪声系数恶化。

    如图1所示，镜像频率(Image Frequency)经过下变频生成Image IF，叠加在有用Desired IF上，且频率与Desired IF相同，无法通过中频滤波器滤除，从而降低了接收机性能。
    即：
   

2 镜频抑制混频器原理
    镜像信号抑制电路的结构如图2所示，射频信号从RF端口进入，信号经镜频抑制混频器后直接变为上下两个边带的中频信号，选取所需要的边带就能够实现对镜像信号的抑制。

    假设输入的射频信号为A(t)=cosωt，本振信号为B(t)=cos(ωLOt)，则经过镜频抑制混频器之后，输出的两路信号分别为：
   

   

    式中，G(t)为上边带信号，H(t)为下边带信号，上下边带信号被分离开，能够通过处理获得单边带信号，实现镜频抑制或者单边带调制。
    利用镜像抑制混频器通过一次变频就能实现变频的目的，而且还能能有效的回收镜频能量，抑制镜像干扰的产生。同时镜像抑制混频器还能混频产生上下边带信号，所以镜像抑制混频器既可作为上变频器，又可作为下变频器使用。

3 镜频抑制混频器应用分析
3．1 某型下变频器干扰分析
    1)某型下变频器简介某型高频接收机下变频器采用双平衡混频器，通过二次混频实现下变频。频率综合器和本振源为下变频通道提供稳定的本地振荡，10 MHz参考信号在频率综合器经过DDS激励并锁相倍频产生频率为R1～R2的信号，10 MHz参考信号在本振源经过DDS激励并锁相倍频产生频率为L1的单频点二本振信号。
    下行信号工作频率为f1～f2，与一本振(频率综合器输出信号)混频产生频率720 MHz(L2)的固定一中频信号，该一中频信号与二本振L1混频后产生70 MHz的标准中频信号，下行信道频率流程如图3所示。

    2)镜频抑制分析 目标中频信号频率为70 MHz，二本振信号频率为650 MHz(L1)，一中频信号频率为720MHz，根据镜像频率的定义，镜像中频信号频率为580 MHz，即580 MHz信号与L1二本振混频也会产生70 MHz中频信号，即580 MHz信号为镜频干扰信号。
    由于2#滤波器为720±20 MHz滤波器，580 MHz镜像中频干扰信号被滤除，故不能产生70 MHz镜频干扰，所以只考虑输入干扰为720 MHz的情况。由于一本振信号频率为R1～R2，镜像信号频率为720 MHz，所以输入镜频信号为：
    R1-720 MHz～R2-720 MHz
    所以，当R1-720 MHz～R2-720MHz的干扰信号进入该型变频器时，就会产生720MHz的干扰信号，但是由于1#滤波器为2190～2310 MHz带通滤波器，R1-720 MHz～R2-720 MHz频段的信号被滤除，所以不会产生镜频干扰。
    由于滤波器的滤波作用，镜像干扰信号基本被滤除，所以该型下变频器不会产生镜频干扰。
    3)组合干扰分析 在上述分析与实际测试未发现镜频干扰，下面来分析混频器组合干扰，分析结果如表1和表2所示。

    从上述分析可见，输入f1～f2与频综输出信号的二倍频混频，会产生660～960MHz，进而产生70 MHz干扰，例如当存在2 240 MHz干扰信号(f1<2 240 MHz     2240MHz-1 480MHz=760MHz>720MHz+20MHz(带外)
    1 480 MHzx2-2 240 MHz=720 MHz(带内干扰)
    而且，2 200 MHz信号与1 480 MHz本振也能产生720MHz信号，即：
    2 200 MHz-1 480 MHz=720 MHz
    故下变频器不能分辨输入信号究竟是2 200 MHz信号还是2 240 MHz的信号，下变频器不能分辨干扰也不能滤除干扰，这样的情况在f1～f2接收带内均存在。
3．2 两种混频器对比分析
    从以上分析可知，两种混频器均能有效抑制镜频干扰，各有优缺点，分析如下：
    1)该型下变频器虽能有效抑制镜频干扰的产生，但是在接收带内产生了类似于镜频干扰的组合干扰，严重影响了设备正常使用；
    2)该型下变频器是通过两次变频、两次滤波的方法的实现变频并抑制镜频干扰的功能的，电路相比镜频抑制混频器要复杂庞大，镜频抑制混频器结构要更简单，功能要更突出；
    3)该型下变频器是通过两次变频、两次滤波实现变频功能，变频效率相对较低，镜频抑制混频器有效的回收镜频能量，效率更高一些；
    4)镜频抑制混频可同时混频生成上、下边带信号，所以该混频器既作为上变频器的混频器，又可作为下变频器的混频器，使用方便，可批量生产使用。

4 结束语
    镜像抑制混频器不但能很好的抑制镜频干扰，而且能减少滤波器的使用，电路结构简单，混频效率高。而且，该型镜像抑制混频器能同时产生上、下边带信号，既能作为上变频器，又可作为下变频器使用，使用方便，应用广泛，将来一定能够得到很好的推广。