Page 36 - MWJC_MayJun2018_eMag
P. 36
TechnicalFeature 技术特写
于整个混频器的电路平衡情况。 数一齐同速上升。例如，如图5b所示，
两个输入信号的输入电平每变化1dB，
线性度 三阶分量IM3就会改变3dB。然而一旦混 P IF
混频器在实际应用中除了所需中频 频器开始饱和，基本输出功率便开始压
信号外，还会生成射频、本振谐波等大 缩；待降至外推输出功率1dB以下时，
量寄生信号。例如，两个不同音调构成 达到1dB压缩点。
的输入信号作用于混频器时会产生如下 若要实现FET阻性混频器的低失
多阶互调分量： 真，那影响沟道电导率的只能有本振。 P IM3
f IM =±mw LO ±n 1 w RF1 ±n 2 w RF2 （1） 此外，为了使器件能干净利落地进行开
器件的非线性是造成这种结果的原 关转换，应当尽可能避免在全开、全关
因。这一点与放大器大同小异，主要区 两种状态间停留。因此，对于朝夹断电 f LO – f 1 f LO – f 2
别在于混频器额外有一个本振信号将互 压偏置的器件而言，想要尽快切换开关 f LO – 2f 1 – f 2 f LO – 2f 2 – f 1
调分量转换为中频频率，如图5a的下变 状态就需要用到高本振。然而，若是施 Frequency
(a)
频方式所示。图中描绘了两个音调以及 加的本振电压过大，且栅极电压峰值超
邻近三阶互调分量IM3（n1 + n2 = 3）。 过了标称栅极导通电压，那么本振电流
当然，混频器内同时还会产生其他本振 便会泄漏到沟道中。该电流可能会干扰 OIP3
谐波，这些在图中并未体现。由图5b可 调制过程，并增大失真度。解决方法是 1 dB
以看到随着射频输入功率增加，基波与 将器件偏置到更低于夹断电压的程度， P 1dB
IM3分量相交，所对应的外推截距称为 以实现较高的本振驱动。这也导致了电
输出三阶截点（OIP3）。输入三阶截点 导脉冲变短，甚至还会增加射频和中频 1
5
（IIP3）与OIP3仅相差一个增益：OIP3 输出阻抗。 我们可以使用栅极宽度较 Output Power (dBm) 1 3
= IIP3 + 增益。IIP3若想达到最高，则意 大的FET来维持合理的阻抗。需要注意 1
味着IM3相对于基波要非常小。 的是，设备尺寸越大，对本振功率需求
评估混频器线性度的重要特性除了 就越高，同时器件的电容寄生效应亦会
失真以外，还有增益压缩。假设混频器 增加。最好还是根据操作频率和可用本
没有因为射频信号出现饱和，那么随着 振功率不同，选用该配置下尺寸最大的 Input Power (dBm) IIP3
射频功率的增大，互调分量也随混频阶 设备。 (b)
图5：混频器在中频的双音输出频谱(a)，基
波和IM3电平与双音输入功率的对比(b)。
60
40
G d3 (mS/V 2 ) 20 0
–20
0
–40 –0.5
2.0 1.5 1.0 0.5 0 –1.0
V ds (V) V gs (V)
图6：基于GaAs工艺的PHEMT的三阶漏
极电导与V ds 、V gs 。
在实际应用中，确实会有少量本
gd
振电流通过栅-漏电容C 从栅极泄漏到
漏极。要解决这个问题，只需简单地让
gd
C 与并联电感发生谐振即可，尽管这
是适用于窄带的方案。功率泄漏的另一
个后果是可能会诱发低电平漏极电流整
流。通过将漏极直流接地可以将影响最
小化。
将FET阻性混频器线性化的过程还
要涉及到漏极偏置，因为我们已经知道
通过对漏极略微施加一个正向偏置量，
6
可以使混频器互调水平大幅下降。 但
34 Microwave Journal China 微波杂志 May/Jun 2018
