在雷達(dá)與衛(wèi)星通信領(lǐng)域，高頻信號(hào)是實(shí)現(xiàn)高分辨率與寬帶寬的關(guān)鍵。然而，直接生成和處理這些GHz乃至毫米波信號(hào)，面臨著巨大的硬件挑戰(zhàn)。上變頻與下變頻技術(shù)，通過(guò)混頻器這一核心器件，共同構(gòu)筑了連接基帶與射頻的“雙向橋梁”，是所有高性能射頻系統(tǒng)不可或缺的基石。

01 雷達(dá)系統(tǒng)為什么需要用到混頻器？

雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)分析目標(biāo)的微弱回波來(lái)提取距離、速度、角度等關(guān)鍵信息。變頻技術(shù)在此過(guò)程中解決了三個(gè)核心矛盾。

1 化解“直接采樣”的工程難題

現(xiàn)代雷達(dá)為達(dá)成高分辨率，常工作在X波段（8-12 GHz）或毫米波頻段（如77 GHz）。直接對(duì)如此高頻的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，需要采樣率超過(guò)20 GSps的ADC，其成本、功耗和體積在多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中令人望而卻步。

混頻器將經(jīng)前端低噪聲放大器（LNA）初步放大的高頻回波，與一個(gè)高穩(wěn)定度的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，將其轉(zhuǎn)換至百兆赫茲（MHz）或較低的吉赫茲（GHz）中頻。在此中頻上，主流、經(jīng)濟(jì)高效的高速ADC和數(shù)字處理器（如FPGA）便可大顯身手，輕松實(shí)現(xiàn)高精度采樣和復(fù)雜的脈沖壓縮、波束成形等算法，為精確測(cè)距和成像創(chuàng)造條件。

2 實(shí)現(xiàn)“速度，距離”的精準(zhǔn)捕捉

雷達(dá)根據(jù)多普勒效應(yīng)測(cè)量目標(biāo)速度，但這要求能檢測(cè)出回波頻率極其微小的變化（多普勒頻移可能僅有千赫茲量級(jí)）。在數(shù)十GHz的載波上直接識(shí)別這種變化，無(wú)異于大海撈針。

在此，混頻器扮演了 “頻率減法器” 的關(guān)鍵角色。雷達(dá)利用其高度的相干性，將一部分發(fā)射信號(hào)作為混頻器的本振參考。混頻器將回波信號(hào)（載頻 ± 多普勒頻移）與本振信號(hào)（載頻）進(jìn)行混頻，其輸出信號(hào)中的差頻分量，正好是我們需要的、頻率等于多普勒頻移的低頻信號(hào)。這使得后續(xù)電路能夠輕而易舉地對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量。這是脈沖多普勒雷達(dá)和FMCW雷達(dá)能夠精確測(cè)速的根本所在。

3 達(dá)成“分時(shí)復(fù)用”的架構(gòu)簡(jiǎn)化

為適應(yīng)復(fù)雜任務(wù)，現(xiàn)代雷達(dá)常需在S波段（搜索）、X波段（跟蹤）等不同頻段間切換。為每個(gè)頻段配備獨(dú)立的后端處理鏈路，將導(dǎo)致系統(tǒng)異常臃腫。

通過(guò)前端切換開(kāi)關(guān)與可同步調(diào)諧的本振，混頻器能將不同頻段的回波歸一化到同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中頻。這樣，后端昂貴的高性能處理資源（如ADC、FPGA）只需一套，通過(guò)分時(shí)復(fù)用的方式即可處理所有頻段信號(hào)。系統(tǒng)在切換模式時(shí)，由時(shí)序控制器（如FPGA）同步切換射頻前端并加載對(duì)應(yīng)的處理參數(shù)，從而確保信息處理的正確無(wú)誤，極大提升了系統(tǒng)的集成度與性價(jià)比。此種設(shè)計(jì)已廣泛應(yīng)用于先進(jìn)機(jī)載雷達(dá)及汽車(chē)毫米波雷達(dá)中。

02 衛(wèi)星通信領(lǐng)域?yàn)楹涡枰祛l器？

衛(wèi)星通信的核心需求是 “地面站 - 衛(wèi)星 - 地面站” 的遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸，衛(wèi)星信號(hào)（下行信號(hào)，從衛(wèi)星到地面站）通常為GHz 級(jí)高頻信號(hào)（例：Ku 頻段（12-18GHz）、Ka 頻段（26-40GHz）），直接接收處理同樣面臨瓶頸，變頻是關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

1 衛(wèi)星通信：生成高清上行鏈路

>困境：衛(wèi)星地面站，需要將承載數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)調(diào)制到極高的Ka/Ku波段（如26-40GHz）上行頻率。直接生成如此高頻且高純度的信號(hào)極其困難。

>現(xiàn)實(shí)解決方案：采用上變頻混頻器，將已調(diào)制的、頻率較低的中頻信號(hào)（如L波段）與一個(gè)高穩(wěn)定度的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，一步到位地搬移到指定的衛(wèi)星上行頻段。例如德思特MX40000PRO上下混頻器支持直接將L波段信號(hào)上變頻至Ka/Ku波段，完美契合衛(wèi)星通信的需求。

2 衛(wèi)星地面站：捕獲遠(yuǎn)距離的微弱信號(hào)

>困境：衛(wèi)星下行信號(hào)（如來(lái)自同步軌道衛(wèi)星）經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離傳輸后極其微弱，且常伴有寬帶寬特性。

>現(xiàn)實(shí)解決方案：地面站通過(guò)低噪聲下變頻器（LNB），將衛(wèi)星高頻信號(hào)（如12GHz）首先下變頻至L波段等更容易處理的中頻，再通過(guò)同軸電纜傳輸至室內(nèi)接收機(jī)。這種方案有效地補(bǔ)償了信號(hào)衰減，并利用中頻段更出色的放大器性能來(lái)保證信噪比。

03 其他廣泛應(yīng)用

混頻器的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于此，它還是以下系統(tǒng)的關(guān)鍵組件：

1 無(wú)線通信基站（4G/5G）

在宏基站和微基站中，混頻器同樣負(fù)責(zé)基帶信號(hào)與射頻信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，支持多頻段、多制式的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)需求。同時(shí)，對(duì)于5G NR等需要寬帶寬和復(fù)雜調(diào)制（如1024QAM）的系統(tǒng)，直接上變頻架構(gòu)（Direct Conversion）可以顯著減少組件數(shù)量。如下，采用5GNR的FR1頻段的基站模擬器實(shí)現(xiàn)5GNR FR2頻段的信號(hào)連接。

2 測(cè)試與測(cè)量?jī)x器

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀等高端儀器的核心原理正是基于掃頻本振和混頻器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備頻響、信號(hào)頻譜的精確測(cè)量。同時(shí)，在某些實(shí)驗(yàn)室，如果想要測(cè)試高頻信號(hào)但卻只擁有低頻的測(cè)試設(shè)備，可以用混頻器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變頻轉(zhuǎn)換，極大的減少了置換測(cè)量設(shè)備的成本。并且可以多個(gè)場(chǎng)景復(fù)用。

從雷達(dá)的精準(zhǔn)探測(cè)到衛(wèi)星通信的全球互聯(lián)，再到5G基站與高端測(cè)試儀器，射頻系統(tǒng)的成功不僅依賴于極致的性能，更需要權(quán)衡成本、效率與可靠性。在選擇核心器件混頻器時(shí)，卓越的性價(jià)比與出色的功能性往往是規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。

正是基于這一理念，德思特推出了一系列混頻器，比如TS-MX40000PRO這樣的高性能通用微波雙平衡混頻器。它不僅僅是一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換單元，更是一個(gè)高度集成的變頻解決方案：

化繁為簡(jiǎn)的核心設(shè)計(jì)：其最大亮點(diǎn)在于集成了25GHz – 40GHz的可編程LO發(fā)生器，并采用超低噪聲恒溫參考源，直接輸出極低相位噪聲的本振信號(hào)。這使得TS-MX40000PRO能夠省去外部笨重昂貴的高頻信號(hào)源，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)架構(gòu)，降低了整體成本和體積。

全面均衡的性能表現(xiàn)：該器件支持上變頻與下變頻的靈活應(yīng)用，具備12dB的低轉(zhuǎn)換損耗、10dBm的高線性度（P1dB）以及優(yōu)異的端口隔離度（LO-RF: 35dB）。這些指標(biāo)在寬射頻范圍（18-41GHz）內(nèi)保持了良好的一致性，確保了其在各種測(cè)試場(chǎng)景下的穩(wěn)定性和可靠性。

便捷的控制與連接：提供以太網(wǎng)、USB多種通信方式及GUI/SCPI控制支持，可輕松集成到自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，大大提升了研發(fā)與生產(chǎn)的效率。

審核編輯 黃宇