混頻器、放大器和振蕩器RF術語

這篇學習材料介紹并定義了在混頻器、放大器和振蕩器的數(shù)據(jù)資料中用到的RF術語。文中介紹的術語包括增益、變頻增益、相位噪聲、三階截取點、P1dB、插入損耗、輸出功率、調諧增益和調諧范圍，文中還給出了圖形和圖像以闡明關鍵的概念。

這篇學習材料解釋了一些在無線IC數(shù)據(jù)資料中出現(xiàn)的通用規(guī)范。這些規(guī)范都是與放大器、混頻器和振蕩器有關的。放大器和混頻器的規(guī)范是基本相同的，只有很少的例外。壓控振蕩器(VCO)有一套單獨的規(guī)范。

圖1. 放大器、混頻器和VCO組成了一個簡單的無線接收機

放大器和混頻器的通用規(guī)范增益是無線組成部件(例如放大器或混頻器)中電壓或功率的增加。在數(shù)據(jù)資料中增益的規(guī)范幾乎都是以dB為單位給出的。這三個術語：增益、電壓增益和功率增益通常是可以互換的。因為當輸入和輸出阻抗相同時以dB為單位的電壓增益和功率增益的數(shù)值是相同的。例如，20dB增益等于10V/V的電壓增益，10V/V的電壓增益又等于100W/W的功率增益，這也是20dB。電壓增益和功率增益以線性尺度衡量是不同的，但是以dB為單位是相同的，因此這些術語可以互換而不會造成混亂。

變頻增益是混頻器或頻率變換器件的規(guī)范。它被稱作變頻增益是因為輸入和輸出的頻率是不同的。輸入信號被混頻變換到更低或更高的頻率。

插入損耗或衰減也是一個增益的規(guī)范，只是輸出值比輸入值有所降低。也就是說，輸出信號的幅度小于輸入信號。

輸出功率是可得到的驅動一個一般為50的負載的RF功率總量。通常以dBm表示。dBm是以dB表示的毫瓦的數(shù)量。例如，250mW等于10  log10(250)= +24dBm。
這里有幾個以dBm表示功率的例子，假設阻抗為50：

+30dBm = 1W = 7.1VRMS
0dBm = 1mW = 0.225VRMS
-100dBm = 0.1pW = 2.25µVRMS

1dB壓縮點(P1dB)是輸出功率的性能參數(shù)。壓縮點越高意味著輸出功率越高。P1dB是指與在很低的功率時相比增益減少1dB時的輸入(或輸出)功率點。參見圖2，增益隨輸入功率變化的曲線。注意當輸入功率升高時增益是如何下降的。這是因為在其最大輸出功率時器件達到飽和于是功率不能繼續(xù)上升。1dB壓縮點可以在輸入或輸出定義。例如，如果輸出P1dB規(guī)范是+20dBm，則這個元件的輸出功率約為+20dBm。減小輸出功率使之低于P1dB將減小失真。

圖2. 元件(放大器或混頻器)增益隨輸入功率變化的曲線。由于輸出達到飽和，增益在輸出功率較高時將會下降。

三階截取點(IP3)是表示線性度或失真性能的參數(shù)。IP3越高表示線性度越好和更少的失真。IP3通常用兩個輸入音頻測試。圖3所示為雙音頻IP3測試在頻域的情況。放大器的輸入是兩個正弦波(基波)，本例中一個在900MHz另一個在901MHz。放大器的輸出是兩個欲得到的有用信號。因為放大器不是理想線性的，它還產生了兩個三階互調(IM3)產物。IM3通常以dBm給出。這里顯示的IM3失真產物在頻率上距離有用信號非常的近因此不能用濾波器輕易地去除它們。為了減少三階失真產物，必需提高IP3規(guī)范。

三階互調產物是由放大器或混頻器的非線性特性造成的對兩個音頻輸入相互混頻(或調制)的結果。這兩個IM3產物是：

    fIM3_1 = 2  f1 - f2,  

i.e. 900  2 - 901 = 899MHz

 
    fIM3_2 = 2  f2 - f1,  

i.e. 901  2 - 900 = 902MHz

 

圖3. 雙音頻IP3測試。(左)兩個輸入音頻。(右)輸出包含兩個被放大的音頻、IM3產物和諧波失真。