在射频微波电路领域，I/Q混频器架构是工程师所发明的模拟硬件中最精细、复杂和有用的结构之一。早在1900年代，著名的通信理论家John Carson就通过计算得出结论幅度调制波包含两个重复边带。十一年后电子研究员Ralph V. L. Hartley获得了一项关键结构的专利，其至今仍然是这类调制器的基础。¹从那以后大量应用都采用了基本的哈特莱结构，从噪声性能有所提高的镜像抑制下变频到简化了滤波的单边带上变频，乃至用于复杂无线数字通信的I/Q调制。由于含有对同相、反相和正交信号的微妙处理和重组，I/Q混频器结构虽然能用电路原理图轻松表示，然而用实际电路搭建起来却异常困难。设计具有高性能宽频带的紧凑I/Q结构是一项富有挑战性的任务，而且仍是处于不断研发中的主题。

本文回答了关于I/Q、单边带（SSB）和镜像抑制（IR）混频器的最普遍的问题。我们描述了这些混频器各有什么作用，如何构建无源实现，以及它们各自的一般应用和考虑。我们从Marki的教程“混频器基础入门”²和“功分器耦合器入门”³中参考了双平衡混频器和用于构成这些器件的正交混合网络的基本特性。

I/Q-SSB-IR混频器有何作用？ 

单边带上变频

在”混频器基础入门“中讨论过，一个基本混频器能将频率为f_in的输入信号转化成频率为fout=flo±f_in的两个信号（见图1）。其中一个信号（称其为”边带“是因为它们在示波器上出现在LO的两边）位于所需频率，另一个”无用边带“需要被滤除以免信号影响到邻近信道。一个理想单边带混频器能只保留一个位于fLO - f_in 或 fLO + f_in的边带，省去了对无用边带的滤波要求。

镜像抑制下变频器

相反地，如果一个输出为fout的基本混频器的输入信号为f_in = fLO ± fout，那么这两个频率fLO - fout 和 fLO + fout的信号都会被转化至同一输出频率。通常其中一个是所需信号，而另一个不需要的”镜像“必须在混频前被滤波。那么理想镜像抑制混频器（IR混频器）则只转化一个边带且可以在没有混频前滤波器的情况下消除镜像信号（见图2）。 

I/Q信号传输

I/Q混频器的功能描述起来更为复杂。可以通过数学的或实验的方法来说明，如果两个边带都被发射到基本混频器的接收端，需要一个锁相环才能解调输入信号。如果接收端与发射端的LO具有90^o的相位差（正交），由于继承了LO的相位，两个边带就会相互抵消，导致看不到输出信号（见图3）。

I/Q混频器利用这一现象来发射两路数据，一路同相（I）另一路正交(Q),无需对两个边带进行滤波。如图3所示，I路通过同相的LO进行调制和解调，Q路通过90^o相位差的LO进行调制和解调。

I/Q, SSB和IR混频器/调制器的不同？

被动单边带和镜像抑制混频器是一样的，但单边带混频器用于上变频而镜像抑制混频器用于下变频。虽然每个被动SSB/IR混频器都包含I/Q混频器结构（见下节），它们的用途却不同。I/Q调制通常产生双边带信号，I/Q解调器通常同时转化两个边带。术语“调制器“通常指集成了LO放大器甚至LO信号发生器的器件，而”混频器“通常不包含LO信号产生。有时I/Q混频器或调制器被厂商宣称为镜像抑制混频器，但是用户需要自行供应IF正交合路器。

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