文章來源：銳光凱奇raycage

原文作者：銳光凱奇

本文介紹了鎖相放大器原理中混頻器的原理。

鎖相放大器是一種用于提取微弱信號(hào)的高精度電子儀器，能夠在強(qiáng)噪聲背景下檢測(cè)出微伏（μV）甚至納伏（nV）級(jí)別的信號(hào)。其核心原理是利用參考信號(hào)的相位鎖定技術(shù)，大幅提升信噪比（SNR），這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物和工程領(lǐng)域的低頻信號(hào)測(cè)量。隨著儀器的發(fā)展，國產(chǎn)也推出了自己的鎖相放大器，它的使用將是越來越廣泛。

鎖相放大器中最重要的參考信號(hào)獲得之一的方法是使用混頻器（MIXER）。

混頻器（Mixer）是射頻（RF）、微波和通信系統(tǒng)中的核心器件，用于將兩個(gè)不同頻率的信號(hào)混合，生成新的頻率成分（和頻、差頻等），圖1是本期推送內(nèi)容中使用的Aertech出產(chǎn)的混頻器：

圖1 混頻器

圖1可以看到混頻器有二個(gè)輸入和一個(gè)輸出，分別是本振信號(hào)LO、射頻信號(hào)RF和輸出到中頻信號(hào)IF。基本工作原理如圖2：

圖2 AI給出的混頻器工作原理 圖3的示意圖可能更加容易理解：

圖3 混頻器的原理示意圖

混頻器將頻率為fRF的RF輸入信號(hào)與頻率為fLO的LO信號(hào)進(jìn)行混頻處理，并產(chǎn)生由和與差頻率 fRF ± fLO組成的IF輸出信號(hào)。用戶可以在混頻器后連接帶通濾波器，從而選擇和頻率(fRF + fLO) 或差頻率(fRF – fLO)。視頻1是一個(gè)實(shí)際的輸入輸出實(shí)驗(yàn)：

視頻1 混頻器的一個(gè)實(shí)例

視頻1中的RF和LO通過一個(gè)信號(hào)發(fā)生器輸出分別為60M和20M，通過混頻器的輸出，在頻譜儀上可以清楚的看到四個(gè)信號(hào)（圖4）：

圖4 混頻器的輸入和輸出信號(hào)

把輸入和輸出信號(hào)接到示波器上可以看到信號(hào)的信息為圖5：

圖5 示波器上的混頻器輸入和輸出

圖5中示波器上的CH3是混頻器的輸出，它是差頻與和頻的疊加，即是40M和80M正弦波信號(hào)的疊加，感興趣的讀者可以使用Matlab仿真得到圖6仿真的結(jié)果：

圖6 使用Matlab仿真的結(jié)果

最后在IF輸出使用濾波（如低通或帶通）提取所需頻率，一般使用差頻， 在外差信號(hào)探測(cè)中為鎖相放大器提供參考信號(hào)。