下變頻和上變頻功能在大多數(shù)高頻接收機和發(fā)射機中經(jīng)常是以常常被忽略的元件：射頻/微波混頻器的方式實現(xiàn)的。在過去20多年中，混頻器的外觀發(fā)生了很大的變化，如今的封裝類型種類也非常繁多。不過，它們的主要功能沒有改變：即將一個信號（通常通過調(diào)制攜帶有某種信息）的頻率轉(zhuǎn)換成（比原始頻率更高或更低的）第二種頻率。

射頻/微波混頻器實際上是一種三端口元件，可以制作為基于二極管的無源器件，或基于偏置型場效應晶體管（FET）的有源元件。混頻器的三端口通常是指射頻（RF）端口、本振（LO）端口和中頻（IF）端口，其中兩個作為輸入端口，一個作為輸出端口。本振端口總是輸入端口，因此射頻端口和中頻端口既可能是輸出也可能是輸入端口，取決于混頻器是用作下變頻還是上變頻。

在下變頻中，高頻射頻輸入信號與高頻本振信號混合（通常兩個信號在相似的頻率范圍內(nèi)）來產(chǎn)生一個頻率較低的中頻輸出信號。在上變頻中，較低頻率的中頻信號作為輸入，與較高頻率的本振信號混合后產(chǎn)生射頻輸出信號。后者轉(zhuǎn)換成比中頻輸入信號更高的頻率，同時保留中頻信號的調(diào)制信息。下變頻通常是接收機的一部分，上變頻則通常用于發(fā)射機中。頻率轉(zhuǎn)換遵循簡單的數(shù)學混合函數(shù)：

n（fRF fLO）= fIF
其中：
fLO = 本振信號頻率
fRF = 射頻信號頻率
fIF = 中頻信號頻率
n = 諧波次數(shù)

下面舉個簡單的下變頻例子。射頻信號為2100MHz,本振信號為2000MHz：基頻混合后將產(chǎn)生中頻和差信號，其中一個中頻信號為2100-2000=100MHz,另一個為2100+2000=4100MHz.如果需要較低頻率的信號，那么較高頻率信號可以去除，例如通過在混頻器中頻輸出端增加一個低通濾波器。值得注意的是，混頻信號之差很重要，而且本振-射頻的差頻也可以使用。

為支持各種不同類型的通信系統(tǒng)，多年來，業(yè)界開發(fā)出了許多不同類型的射頻/微波混頻器。這些混頻器包括單平衡混頻器（可以用一個二極管設計）、雙平衡混頻器、三平衡混頻器、鏡像抑制混頻器、同相/正交（I/Q）混頻器、單邊帶混頻器、雙邊帶混頻器、諧波混頻器和子諧波混頻器。

舉例來說，傳統(tǒng)的雙平衡混頻器通常使用4個以四方環(huán)形拓撲配置的肖特基二極管，它可以為許多應用提供可接受的性能。當需要特定的增強性能等級時，可以在混頻器電路中采用一對這種二極管方陣構成三平衡混頻器。可以處理帶I和Q分量的信號的混頻器是數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的理想選擇，而諧波混頻器（可以從混頻過程中提取較高的諧波分量）一般用來產(chǎn)生和處理毫米波信號。

理想情況下，當一個下變頻混頻器通過處理本振和射頻輸入信號在接收機中產(chǎn)生較低頻率的中頻信號時，接收信號將與輸入本振信號混合。但是，任何一個出現(xiàn)在混頻器射頻端口、處于目標頻率范圍內(nèi)，但非期待信號的信號（通常稱之為"映像"信號），將產(chǎn)生中頻輸出信號。接收機通常采用預選擇濾波器去除落在混頻器射頻端口帶寬內(nèi)的任何不想要的映像信號。另外一種方法是使用可以衰減這些非期待映像信號映像抑制混頻器。

混頻器由許多參數(shù)進行表征--其中一些參數(shù)（如轉(zhuǎn)換損耗）僅適用于混頻器，不適用于其它高頻元件。其它重要的混頻器參數(shù)包括端到端隔離度、VSWR、噪聲系數(shù)、1dB壓縮點和三階截取點。舉例來說，隔離度描述了端口之間的分隔程度，或從一個端口饋送到另一個端口的功率有多大。高隔離度意味著混頻器的端口之間的信號泄漏最小。

混頻器的動態(tài)范圍是指混頻器能夠處理的信號最大幅度（由1dB壓縮點決定）和它能處理的最小信號（由噪聲系數(shù)決定）之差。當然，選擇任何混頻器都需要考慮混頻器的總體性能與所要求的系統(tǒng)頻率規(guī)劃之間的匹配性。這包括是用于上變頻還是下變頻，如何處理中頻，可用的本振功率，甚至適合印刷電路板（PCB）安裝的混頻器類型。

圖1：傳統(tǒng)的混頻器封裝包括同軸連接器和堅固的金屬外殼。

如果混頻器用于下變頻，就像射頻/微波接收機中常用的那樣，那么大部分性能將取決于可用的本振信號。例如，本振信號噪聲將影響到下變頻混頻器的中頻端口噪聲。但最小本振幅度也會限制混頻器的可用動態(tài)范圍。混頻器通常會針對不同的本振信號電平進行優(yōu)化，比如+7、+10和+14dBm.這是給混頻器的非線性開關元件（不管是二極管還是晶體管）提供能量的功率。在高于最優(yōu)本振幅度的電平上，混頻器將開始經(jīng)歷壓縮過程，這時本振輸入功率的增加不再使中頻輸出功率增加。壓縮的早期跡象由混頻器的1dB壓縮點指示。

判斷混頻器線性度的另一個參數(shù)是三階截取點（IP3），是指由混頻器射頻端口的兩個音造成的互調(diào)失真電平。例如，對于數(shù)字通信系統(tǒng)中使用的混頻器來說，出色的線性度對于保持混頻器處理的I和Q信號分量精度非常重要，而更高的三階截取點值代表了增強的線性性能。

無源混頻器用它們的轉(zhuǎn)換損耗來表征，這種損耗是由于混頻器電路中到二極管結(jié)點和混頻器設計中其它電路連接點的阻抗失配造成的損耗引起的。在用于下變頻的混頻器中，轉(zhuǎn)換損耗是指射頻輸入幅度和中頻輸出幅度之間的信號電平差，而在用于上變頻的混頻器中，轉(zhuǎn)換器損耗是指中頻輸入幅度和射頻輸出幅度之間的電平差。在標準的雙平衡射頻/微波混頻器中，6dB至8dB的轉(zhuǎn)換損耗值很常見。當然，在有源混頻器中也可能實現(xiàn)轉(zhuǎn)換增益，方法是在混頻器中使用放大級電路和有源電路器件。但這種增益也要求增加混頻器有源電路的偏置功率，就像對放大器進行偏置一樣。

射頻/微波混頻器過去曾經(jīng)是相當大的元件，一般采用金屬外殼，每個端口帶有同軸連接器。對于某些應用來說，例如機架式接收機、發(fā)射機和測試設備，這種混頻器封裝仍然是符合要求的（圖1）。但隨著越來越多高頻設計工程師要求盡可能減小電路與系統(tǒng)，混頻器封裝也隨即采用越來越小的表面貼裝和PCB封裝（圖2），這樣能使工程師在極小的電路面積內(nèi)完成頻率轉(zhuǎn)換（在包含本振源時）。

圖2：該緊湊的塑料表面貼裝封裝的尺寸僅為0.38×0.50×0.23英寸（9.65×12.70×5.84毫米），但它卻能夠很好地支持混頻器電路在微波頻率范圍工作。

較新的混頻器可以專門供寬帶或窄帶使用，取決于具體應用。在小型封裝可能達到的性能水平方面，像Mini-Circuits公司SYM-63LH+這樣的混頻器就是一種基于二極管方陣的雙平衡混頻器，可以處理從1MHz至6000MHz的射頻/本振信號。同樣是這家公司的MAC系列混頻器基于低溫共燒陶瓷（LTCC）電路基板，可在只有0.06英寸高的表貼封裝中處理從0.3GHz至12.0GHz的射頻/本振信號。Synergy Microwave公司的SGS-5-17雙平衡混頻器則使用該公司的SYNSTRIP多層電路技術，在僅有0.275×0.200×0.050英寸的封裝內(nèi)實現(xiàn)了從3GHz至19GHz的射頻/本振信號覆蓋。

此外，有越來越多的集成電路（IC）制造商將混頻器功能制作為完整前端組件的一部分。這些組件還包括預選擇濾波器、放大器、匹配變壓器和中頻濾波器，這樣可極大地簡化那些尋求緊湊型頻率轉(zhuǎn)換解決方案的射頻/微波接收機和發(fā)射機設計工程師的工作。