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在射频电路中,检波和混频是很基础又很重要的非线性功能。检波是利用非线性器件把射频信号的幅度、包络或功率转换为直流或低频信号;混频依托非线性器件,使两个不同频率的信号相互作用产生新的频率成分。两者都依赖非线性器件,但目的不同,实现方法也各有讲究。
检波通常采用二极管实现。零偏置肖特基二极管在小信号下适用于功率检测,在大信号下可实现峰值包络检波,可用于 AGC 电路及幅度调制信号解调。二极管检波在小信号时工作在平方律区,输出直流电压或电流与输入功率近似成正比,适合做功率检测;信号大了进入峰值包络检波区,输出直流电压近似跟随信号包络幅度。两个区的灵敏度不同,使用时要知道工作在哪个区。除了二极管,现在也有专用的对数检波器、RMS 检波器芯片。对数检波器输出的直流电压和输入功率成对数关系,动态范围可以做得很宽,是现代射频功率监测的主力。RMS 检波器对波形不敏感,测多载波、高峰均比的信号更准。
偏置检波器,SMA,正极视频输出, 1 GHz ~2 GHz
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混频的方法也多样。无源混频器常用二极管环或 FET 开关实现,通常不需要直流偏置电流,动态范围大、互调性能好,代价是有变频损耗、需要较高的本振功率。有源混频器用晶体管做,能提供增益,但线性度通常弱于无源混频器,噪声性能需要结合电路结构评估,低噪声接收链路常在有源前级后接无源混频器。混频器实现的核心是依托非线性特性,使本振和射频信号产生所需的差频与和频分量。工程上用双平衡混频器比较多,它能较好抑制本振、射频与中频端口之间的相互泄漏,隔离度好,杂散少。混频器的本振功率应接近器件规定值;过低会使变频损耗增大,过高可能增加杂散和失真。
检波器在实际系统里的应用很广。发射功率监测、驻波检测、自动增益控制、接收信号强度指示,都靠检波器把射频电平变成直流电压。对数检波器把很宽的功率范围压缩到一段电压范围内,方便 ADC 采样,是收发信机里监测链路功率的常用件。混频器的选型还要看具体结构。一般情况下,双平衡混频器的端口隔离和杂散抑制优于单平衡混频器,但成本通常也更高。做镜像抑制接收机时,会用两个正交混频器配合 90 度移相,抵消镜像分量,这种方法在镜像离信号很近时比滤波器方案更具优势,适用于常规滤波难以胜任的场合。理解这些实现细节,才能在具体电路里选对检波和混频的方案。
检波和混频虽然原理基础,但工程实现里的细节很多。检波器的幅度平坦度、温度漂移、动态范围,混频器的变频损耗、端口隔离度、互调抑制比,都要根据应用场景权衡。比如做功率计,要的是检波准确和宽动态;做接收机,要的是混频低损耗低杂散。这些功能元件在模块化测试里也常用,Pasternack 提供标准化的检波器、混频器模块,可直接接入测试链路,省去自己搭电路的麻烦。理解检波和混频的机理,是做射频信号处理的基础,也有助于理解各类测量仪器的内部工作原理。
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