超宽带匹配2GHz至14GHz微波混频器可解决棘手的设计难题

2 to 14 GHz Matched Microwave Mixer Solves Difficult Design Challenges

James Wong，产品市场经理、Weston Sapia，应用工程师，凌力尔特公司

一款具集成型LO缓冲器和倍频器的新型超宽带混频器解决了微波设计师所面临的一些富挑战性问题。LTC5548混频器凭借以下主要特性简化了设计：

·        频率覆盖范围从DC延伸至6GHz的IF端口简化了宽带IF采样

·        片内LO限制放大器免除了一个外部LO缓冲级，从而降低了成本并最大限度地缩减了总体解决方案尺寸（相比于混合模块解决方案）

·        0dBm LO驱动可减少总辐射泄漏，从而降低了外部滤波器和屏蔽要求

·        超宽带RF（2GHz至14GHz）和LO（1GHz至12GHz）端口连续地匹配

该器件具有一个工作频率范围从DC至6GHz的宽带差分IF端口。其低频能力有利于实现更加灵活的频率处理。LTC5548非常适合接收宽带信号，尤其是那些带宽为500MHz至1GHz甚至更高的信号。

与通常需要巨大的+13dBm（或更高）LO驱动功率的大多数微波混频器不同，LTC5548具有一个集成型LO缓冲器，因而所需的是一个使用起来容易得多的0dBm驱动电平。由于该器件以一个0dBm信号为开始，而不是其他替代器件常见的+13dBm或更高功率的信号，因此在其他端口上存在的实际LO泄漏降低了13dB。这导致滤波要求大幅度简化，对于LTC5548能够支持的低IF频率尤其如此。而且，片内LO缓冲器还显著地改善了RF-LO端口隔离。这有助于减少与合成器信号源的频率牵引（由于LO输入端上的寄生RF信号所致）有关的任何问题。

LTC5548专为宽带操作而设计，并且可以双向使用（可用作上变频混频器或下变频混频器）。就是说，其RF端口可以是一个输入（如在下变频接收器中那样），或一个输出（如在上变频发送器中那样）。它的RF端口具有一个片内平衡-不平衡变压器，因而使其能够方便地执行单端操作。该平衡-不平衡变压器在2GHz至13.6GHz的频率范围内连续地匹配至50Ω，并具有优于10dB的回程损耗。

为使该器件真正地适用于宽带应用，其LO端口也是单端的，并在1GHz至12GHz的频率范围内连续地匹配至50Ω。此外，50Ω阻抗终端是恒定的，这与LTC5548是使用中还是停用无关。于是，接通和关断混频器不会产生任何扰动，这可把LO信号源中的锁相环解锁。50Ω匹配端口极大地简化了微波系统设计师的设计任务。首先，这有利于简化滤波以及至一个50Ω系统其他部分的连接。其次，对于某个电路对外部匹配组件值变化的敏感度，极宽带匹配的宽容度要大得多，因而在整个系统生产变化的范围内提供了非常一致的性能。

LTC5548的LO端口可利用一个高达12GHz的信号源直接驱动，以实现最佳的噪声指数和杂散性能。或者，也可通过配置使该端口采用内部倍频器，该倍频器在被选择时（通过一个数字选择引脚来实现）将取一个达6GHz的LO信号并在内部将之倍频以工作于12GHz。这个选项便于使用一个成本较低的低频PLL/合成器。折衷之处是有稍高的噪声系数和在混频器的输入和输出会增加杂散，因为倍频器不仅产生所需的LO频率谐波，也会有半LO输入频率的谐波。结果是造就了极小的解决方案尺寸。

图1示出了宽带发送器应用的一个实例。该电路采用一个6.51GHz至12.5GHz扫掠LO频率对具有单IF输入匹配的10MHz至6GHz输入信号进行上变频，由此产生一个固定的6.5GHz RF输出。为实现此类宽带输入性能，采用一个Mini-Circuits的TCM1-83X+平衡-不平衡变压器以把单端输入转换至混频器的差分IF端口。

图1：上变频器的设计，从宽带10MHz~6GHz IF转换至固定的6.5GHz RF输出

利用高端LO抑制，混频器在接近DC至3GHz的频率范围内表现出相对平坦的转换损耗，如图2所示。在低于5GHz的任何1GHz输入带宽之内，增益平坦度优于1dB。一旦输入被推至高于5GHz，则转换损耗开始更快地变化。IIP3在接近DC至2.5GHz的频率范围内保持在23dBm以上，同时仍然在高达6GHz的频率条件下显示出优于19dBm。这示例展示了一款外部组件数量非常少的极紧凑型解决方案，只需0dBm的LO驱动。总体解决方案的成本富有吸引力，能使采用其他同类器件的复杂微波电路解决方案大为简化并拥有更高的可制造性。

LTC5548混频器内置于一个纤巧型2mm x 3mm塑料QFN封装中，基于一种先进的SiGe BiCMOS工艺而建立并拥有非常一致的性能。

图2：转换损耗和IIP3与输入频率的关系，采用高端LO驱动和LO倍频器关断，T_C=25ºC