24 GHz - 34 GHz GaAs MMIC 混频器 HMC798ALC4：技术剖析与应用指南

在微波和射频领域，混频器是实现频率转换的关键器件。今天我们要介绍的 HMC798ALC4 是一款工作在 24 GHz 至 34 GHz 频段的 GaAs MMIC 亚谐波混频器，它集成了 LO 放大器，采用无铅、符合 RoHS 标准的 LCC 封装，在多个领域都有广泛应用。

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1. 特性亮点

电源与功耗

HMC798ALC4 采用单路 5V 正电源供电，典型电流为 97 mA。这种低功耗设计使得它在长时间工作时能保持较低的发热，提高了系统的稳定性和可靠性。

性能指标

• 转换损耗：在 24 GHz 至 30 GHz 频段，典型转换损耗为 10 dB；在 30 GHz 至 34 GHz 频段，典型转换损耗为 10.5 dB（上变频器）。较低的转换损耗意味着信号在混频过程中的能量损失较小，能有效提高系统的效率。
• 输入 IP3：在 24 GHz 至 30 GHz 频段，典型输入 IP3 为 17.5 dBm；在 30 GHz 至 34 GHz 频段，典型输入 IP3 为 20 dBm（上变频器）。较高的输入 IP3 表明该混频器具有较好的线性度，能够处理较大功率的输入信号而不易产生失真。
• 隔离度：2 × LO 至 RF 的隔离度在 30 GHz 至 34 GHz 频段典型值为 36 dB。良好的隔离度可以有效减少 LO 信号对 RF 信号的干扰，提高系统的抗干扰能力。
• IF 带宽：IF 带宽范围为直流至 4 GHz，宽频带设计使得该混频器能够适应不同频率的中频信号，具有更广泛的应用场景。
• LO 驱动电平：LO 输入驱动电平为 4 dBm，较低的驱动电平要求降低了对 LO 信号源的功率要求，简化了系统设计。

封装与环保

采用 24 引脚、3.90 mm × 3.90 mm 的陶瓷 LCC 封装，符合 RoHS 标准。这种封装形式不仅尺寸小巧，便于集成到各种电路中，而且环保性能良好，符合现代电子设备的绿色设计要求。

2. 应用领域

• 微波和 VSAT 无线电：在微波通信和 VSAT 系统中，HMC798ALC4 可以实现信号的频率转换，提高通信的效率和质量。
• 测试设备：由于其良好的性能指标，可用于各种射频测试设备中，为测试提供准确的信号转换功能。
• 点对点无线电：在点对点通信系统中，实现信号的上变频和下变频，确保信号的准确传输。
• 卫星通信（SATCOM）：在卫星通信系统中，对信号进行频率转换，满足卫星通信的高要求。
• 军事电子战（EW）、电子对抗（ECM）和指挥、控制、通信与情报（C3I）：在军事领域，其高性能和高可靠性使其能够适应复杂的电磁环境，为军事通信和电子战提供有力支持。

3. 技术规格

频率范围

• RF 频率范围为 24 GHz 至 34 GHz。
• LO 输入频率范围为 12 GHz 至 18 GHz。
• IF 频率范围为直流至 4 GHz。

电源参数

• 电源电流（Icc）典型值为 97 mA，最大值为 125 mA。
• 电源电压（Vcc）范围为 4.75 V 至 5.25 V，典型值为 5 V。

性能指标

在不同频段和工作模式下，HMC798ALC4 具有不同的性能指标，具体如下表所示：	参数	符号	测试条件/注释	最小值	典型值	最大值	单位
频率范围 - RF	-	-	24	-	34	GHz
频率范围 - LO 输入	-	-	12	-	18	GHz
频率范围 - IF	-	-	DC	-	4	GHz
电源电流	Icc	-	-	97	125	mA
电源电压	Vcc	-	4.75	5	5.25	V
24 GHz 至 30 GHz 性能 - 上变频器 - 转换损耗	-	-	-	10	-	dB
24 GHz 至 30 GHz 性能 - 上变频器 - 输入三阶截点	IP3	-	12.5	17.5	-	dBm
24 GHz 至 30 GHz 性能 - 上变频器 - 输入 1 dB 压缩点	P1dB	-	-	6	dBm
24 GHz 至 30 GHz 性能 - 下变频器 - 转换损耗	-	-	-	11	-	dB
24 GHz 至 30 GHz 性能 - 下变频器 - 输入三阶截点	IP3	-	-	23	-	dBm
24 GHz 至 30 GHz 性能 - 下变频器 - 输入二阶截点	IP2	-	-	50	-	dBm
24 GHz 至 30 GHz 性能 - 下变频器 - 输入 1 dB 压缩点	P1dB	-	-	14	dBm
24 GHz 至 30 GHz 性能 - 隔离度 - RF 至 IF	-	-	-	30	-	dB
24 GHz 至 30 GHz 性能 - 隔离度 - 2 × LO 至 RF	-	-	22	31	-	dB
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 上变频器 - 转换损耗	-	-	-	10.5	-	dB
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 上变频器 - 输入三阶截点	IP3	-	-	20	-	dBm
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 上变频器 - 输入 1 dB 压缩点	P1dB	-	-	9	dBm
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 下变频器 - 转换损耗	-	-	-	10.5	-	dB
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 下变频器 - 输入三阶截点	IP3	-	-	25	-	dBm
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 下变频器 - 输入二阶截点	IP2	-	-	43	-	dBm
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 下变频器 - 输入 1 dB 压缩点	P1dB	-	-	15	dBm
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 隔离度 - RF 至 IF	-	-	-	32	-	dB
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 隔离度 - 2 × LO 至 RF	-	-	25	36	-	dB
30 GHz 至 34 GHz 性能 - 隔离度 - 2 × LO 至 IF	-	-	-	27	-	dB

绝对最大额定值

参数	额定值
RF 输入功率	13 dBm
LO 输入功率	10 dBm
IF 输入功率	13 dBm
IF 源或吸收电流	3 mA
Vcc 电源电压	5.5 V
峰值回流温度	260°C
最大结温（TJ）	175°C
最大结温下的寿命	1 × 10⁶ hrs
湿度敏感度等级（MSL）	MSL3
连续功率耗散（TA = 85°C，85°C 以上每升高 1°C 降额 8.33 mW）	750 mW
工作温度范围	- 40°C 至 +85°C
存储温度范围	- 65°C 至 +150°C
引脚温度范围	- 65°C 至 +150°C
静电放电（ESD）敏感度 - 人体模型（HBM）	250 V
静电放电（ESD）敏感度 - 场感应带电设备模型（FICDM）	250 V

热阻

热性能与印刷电路板（PCB）设计和工作环境直接相关。HMC798ALC4 的自然对流结到环境热阻（θJA）为 120°C/W，结到外壳热阻（θJC）为 119°C/W。在 PCB 设计时，需要仔细考虑热设计，以确保混频器的正常工作。

4. 引脚配置与功能

引脚配置

引脚编号	助记符	描述
1, 4, 6, 7, 9, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 24	GND	接地。这些引脚和封装底部必须连接到 RF 和直流接地。
2, 3, 10, 17, 20, 21, 22, 23	NIC	未内部连接。这些引脚可以连接到 RF 和直流接地，不影响性能。
5	IF	中频端口。该引脚为直流耦合。对于不需要直流工作的应用，可使用外部串联电容进行直流阻断，电容值应选择能通过所需中频频率范围。若需要直流工作，该引脚的源或吸收电流不得超过 3 mA，否则可能导致芯片故障。
8	RF	射频端口。该引脚为直流耦合，匹配到 50 Ω。
11	Vcc	LO 放大器的电源。
15	LO	本地振荡器端口。该引脚为交流耦合，匹配到 50 Ω。
25	EPAD	暴露焊盘。暴露焊盘必须连接到 RF 和直流接地。

接口原理图

提供了 GND、LO、IF 和 RF 接口的原理图，这些原理图有助于工程师在设计电路时正确连接各个引脚，确保信号的正常传输。

5. 典型性能特性

上变频器性能

通过多组图表展示了不同温度和 LO 功率水平下，转换增益、输入 IP3 和输入 P1dB 随 RF 频率的变化情况。例如，在不同温度下，随着 RF 频率的增加，转换增益和输入 IP3 会有相应的变化。这些图表为工程师在实际应用中选择合适的工作条件提供了重要参考。

下变频器性能

同样通过多组图表展示了不同温度和 LO 功率水平下，下变频器的转换增益、输入 IP3、输入 IP2 和输入 P1dB 随 RF 频率的变化情况。这些数据有助于工程师了解下变频器在不同条件下的性能表现，优化电路设计。

隔离度和回波损耗

展示了 2 × LO 至 RF 隔离度、2 × LO 至 IF 隔离度、RF 至 IF 隔离度以及 LO、RF 和 IF 的回波损耗随频率的变化情况。良好的隔离度和回波损耗性能可以减少信号之间的干扰，提高系统的稳定性。

IF 带宽

分别给出了下变频器上、下边带的 IF 带宽特性，包括转换增益和输入 IP3 随 IF 频率的变化情况。宽频带的 IF 特性使得该混频器能够适应不同频率的中频信号。

杂散和谐波性能

详细列出了下变频和上变频过程中，不同边带的杂散输出情况。通过表格形式展示了不同 M × N 组合下的杂散值，有助于工程师评估混频器在实际应用中的杂散干扰情况，采取相应的滤波措施。

6. 工作原理

HMC798ALC4 是一款亚谐波泵浦（×2）MMIC 混频器，集成了 LO 放大器。当作为下变频器使用时，它可以将 24 GHz 至 34 GHz 的射频信号下变频为直流至 4 GHz 的中频信号；当作为上变频器使用时，它可以将直流至 4 GHz 的中频信号上变频为 24 GHz 至 34 GHz 的射频信号。LO 放大器采用 5V 直流单偏置，典型 LO 驱动电平为 4 dBm。

7. 应用信息

典型应用电路

典型应用电路中，集成的 LO 放大器采用 5V 单偏置，典型输入为 4 dBm。为了对电源进行去耦，应将电容尽可能靠近引脚放置。LO 和 RF 引脚内部为交流耦合，IF 引脚内部为直流耦合。对于不需要直流工作的 IF 应用，建议使用外部串联电容，电容值应根据所需中频频率范围选择。若需要直流工作，不得超过绝对最大额定值中规定的 IF 源或吸收电流额定值。

评估 PCB 信息

在应用中使用的电路板应采用 RF 电路设计技术，确保信号线具有 50 Ω 阻抗，并将封装接地引脚和暴露焊盘直接连接到接地平面。同时，应使用足够数量的过孔连接顶层和底层接地平面。评估电路板可向 Analog Devices, Inc. 申请获取。

焊接信息和推荐焊盘图案

HMC798ALC4 采用 3.90 mm × 3.90 mm、24 引脚的陶瓷 LCC 封装，带有暴露接地焊盘（EPAD）。为了最小化热阻抗并确保电气性能，应将暴露焊盘焊接到 PCB 上的低阻抗接地平面。建议将暴露焊盘下方各层的接地平面通过过孔连接在一起，以进一步降低热阻抗。评估板上的焊盘图案提供了 119°C/W 的模拟热阻（θJC）。

8. 订购指南

提供了不同型号的 HMC798ALC4 产品，包括 HMC798ALC4、HMC798ALC4TR 和 HMC798ALC4TR - R5，它们的温度范围均为 - 40°C 至 +85°C，MSL 等级为 MSL3，采用 24 引脚陶瓷无引脚芯片载体（LCC）封装（E - 24 - 1）。此外，还提供了评估 PCB 组件 EV1HMC798ALC4。所有型号均为符合 RoHS 标准的部件，峰值回流温度为 260°C。

HMC798ALC4 以其优秀的性能、广泛的应用领域和合理的设计，为微波和射频领域的工程师提供了一个可靠的混频器解决方案。在实际应用中，工程师可以根据具体需求，结合其技术规格和性能特性，进行合理的电路设计和优化。大家在使用过程中有没有遇到过类似混频器的特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。