“我從來(lái)沒(méi)有讓我的學(xué)業(yè)干擾我的教育。” 馬克·吐溫

在過(guò)去的博客中，我總是寫信給非常精通RF的讀者。現(xiàn)在我們進(jìn)入了一個(gè)更通用的電氣工程論壇，我認(rèn)為最合適的是談?wù)揗arki Microwave最著名的東西：RF /微波混頻器。

對(duì)于那些不熟悉Marki Microwave的人，我們提供世界上最大的“混合”混頻器選擇（其他時(shí)候會(huì)更多地使用混合技術(shù)）。我父親的職業(yè)生涯可以追溯到四十年前，他于1991年創(chuàng)立Marki Microwave，其目的是提供行業(yè)中最廣泛的高性能混音器選擇。隨著時(shí)間的流逝，我將教育我的讀者關(guān)于混音器技術(shù)的細(xì)微差別和歷史，以及Marki如何融入這個(gè)宏偉的框架。但是，在深入細(xì)節(jié)之前，我需要侮辱一些教授。

該圖說(shuō)明了上下轉(zhuǎn)換。

大多數(shù)電氣工程師并不真正知道攪拌機(jī)是什么。簡(jiǎn)而言之，混頻器是一種三端口電氣設(shè)備，其輸出信號(hào)頻率等于兩個(gè)輸入信號(hào)頻率的總和（或差）（見(jiàn)圖1）。換句話說(shuō)，

我們?cè)诖颂幇ń^對(duì)值，因?yàn)槲覀儧](méi)有負(fù)頻率。

以我的經(jīng)驗(yàn)，很少有電氣工程師真正知道上述方程式。人們通常將混頻器視為一個(gè)“倍增器”或兩個(gè)信號(hào)。這是可以理解的。混音器符號(hào)從字面上看起來(lái)像一個(gè)“時(shí)間”符號(hào)（參見(jiàn)圖1），從技術(shù)上講，混頻器的行為確實(shí)具有“類似乘法”的效果。射頻課程進(jìn)一步增強(qiáng)了混頻器的乘法概念。通常，當(dāng)引入混頻器時(shí)，教授們基于非線性設(shè)備上兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)的泰勒級(jí)數(shù)展開的概念來(lái)描述混頻器的操作。對(duì)于單個(gè)二極管混頻器，它看起來(lái)像這樣：

經(jīng)過(guò)一些煙霧和鏡子（例如，代數(shù)和三角學(xué)）后，大學(xué)教授通常得出這樣的結(jié)論，即二階展開式包含兩個(gè)重要術(shù)語(yǔ)：

因此，信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵功能被提煉為一些粗略的數(shù)學(xué)畫筆筆觸。深入研究，我們可以證明，這種解釋和理解混音器的方法存在嚴(yán)重缺陷，并導(dǎo)致許多錯(cuò)誤和誤導(dǎo)性的結(jié)論。

首先，泰勒展開式必須假設(shè)其中一個(gè)信號(hào)是“大信號(hào)”，而其中一個(gè)信號(hào)是“小信號(hào)”。基本上，只有當(dāng)小信號(hào)僅輕微干擾器件（通常是二極管）的IV特性時(shí)，數(shù)學(xué)運(yùn)算才能很好地起作用。實(shí)際上，即使大信號(hào)和小信號(hào)在3 dB之內(nèi)，混頻器也能很好地工作！當(dāng)然，必要的小信號(hào)假設(shè)并不是在現(xiàn)實(shí)世界中創(chuàng)建出色混頻器的必要。

接下來(lái)，由于代數(shù)的繁瑣，教授經(jīng)常將截?cái)鄶U(kuò)展到三階，并用懶散的包羅萬(wàn)象的符號(hào)表示高階項(xiàng)：“……”我并不是說(shuō)合理的推導(dǎo)將包括高階項(xiàng)（也就是說(shuō)，通常可以省去一些可怕的惡意作業(yè)問(wèn)題），我只是說(shuō)，停在三階后，學(xué)生會(huì)誤以為四階及更高階的詞并不重要。在實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)如果控制不當(dāng)，高階術(shù)語(yǔ)會(huì)給系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。對(duì)混合器的泰勒展開理解使這個(gè)概念變得微不足道。

最后，也是最令人討厭的是，泰勒展開推論得出結(jié)論，總和和差頻與大信號(hào)電壓成正比。這意味著通過(guò)調(diào)大信號(hào)（即LO電壓），可以增加混合信號(hào)的輸出電平。讓我簡(jiǎn)單地說(shuō)：無(wú)源混頻器永遠(yuǎn)不會(huì)提供增益！我可以簡(jiǎn)單地增大大信號(hào)上的電壓擺幅，然后增加轉(zhuǎn)換后信號(hào)的功率電平的想法，這是對(duì)實(shí)際物理學(xué)的一種可怕的誤解。是的，確實(shí)存在有源混頻器，但是信號(hào)增益歸因于非線性器件上的某種直流偏置。從強(qiáng)交流信號(hào)中獲取能量并將部分能量傳遞給弱交流信號(hào)的概念非常重要且有趣，確實(shí)執(zhí)行這種混合/放大的參量放大器。物理學(xué)非常有趣。在UCSD時(shí)，我什至曾經(jīng)涉足此類研究。作為混音師，我希望混音師的行為像參數(shù)處理器一樣，但事實(shí)并非如此。passive，無(wú)源混音器總是有損失的，例如大自然。

總而言之，重要的是要認(rèn)識(shí)泰勒展開法的本質(zhì)：一種方便的數(shù)學(xué)技術(shù)，向?qū)W生介紹“非線性”設(shè)備在頻域中傳播能量的想法。大多數(shù)本科電氣工程學(xué)課程幾乎沒(méi)有涉及半導(dǎo)體器件中信號(hào)的非線性相互作用的概念，因此對(duì)混頻器的解釋如此頻繁也就不足為奇了。我希望我可以對(duì)其中一些概念進(jìn)行重新編程，并從物理上更直觀地了解什么是好的RF混頻器。

編輯：hfy