高频电子电路5.3王卫东.ppt

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1、5.5 混频器原理及电路,一 混频概述,二 混频电路,三 混频器的干扰,返回,5.5.1 混频器原理,1.混频器的变频作用,混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络,本地振荡信号,一个中频输出信号：,两个输入信号与输出信号之间的关系：,的包络形状相同，频谱结构相同，只是填充频谱不同，即，其中心频率：,其中,5.5 混频器原理及电路,返回,休息1,休息2,uc(fc),uL(fL),uI(fI),有两个输入信号：,高频调制波,混频器是频谱的线性搬移电路，完成频谱线性搬移功能的关键是获得两个输入信号的乘积项，具有这个乘积项，就可以实现所需的频谱线性搬移功能。,混频器的一般结构框图,设输

2、入已调波信号：,那么两信号的乘积项为：,2.混频器的基本工作原理：,本振信号:,则经带通滤波器的输出为：,仿真,uI,返回,uc,uL,休息1,休息2,(1)调幅(DSB为例),（2）检波,（3）混频,3.振幅调制、检波与混频器的相互关系,返回,仿真2,仿真1,仿真3,休息1,休息2,因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系数影响大。所以希望混频级的 越小越好。,(1)变频增益：,变频电压增益:,变频功率增益:,(2)噪声系数:,5.5.2 混频器主要性能指标,(3)失真与干扰,变频器的失真主要有:,频率失真,非线性失真,高质量通信设备中以及工作频率较高时，常使用,优点：噪声

3、低，电路简单，组合分量少。,例1.二极管平衡混频器,设输入信号,本振信号:,若,则输出电压:,5.5.3 实用混频电路,如果输出中频滤波器的中心频率为:,而环形混频器的输出是平衡混频器输出的2倍。且减少了输出信号频谱中组合频率分量,即减少了混频器所特有的组合频率干扰。,仿真,休息 1,休息 2,1.二极管混频器,利用第4章所述的时变跨导电路，可构成晶体管混频器。,由于时变偏置电压,2.晶体三极管混频器,利用付里叶级数可将展开成:,其中变频跨导：,变频(混频)增益Au为：,中频输出电压uI为：,双极型晶体三极管混频器基本电路的交流通道:,共射极混频电路：本振信号由基极串联方式注入 本振信号由射极

4、注入,共基极混频电路：,FET混频器的转移特性是平方律，输出电流中的组合频率分量比BJT混频器少得多，故其互调失真低。FET混频器容许的输入信号动态范围也较大。因此，尽管FET混频器的变频增益比BJT混频器低，却在短波、超短波接收机中获得了广泛应用。,设输入已调制信号：uc=Uc(t)cosct,3 FET混频电路,uI,右图为FET混频器原理电路,其中，Uc(t)=Ucm(1+macost),本振电压uL=ULcos Lt,LC回路调谐在中频I=L-c或I=c-L，通频带B=2，回路的谐振阻抗为RL。,栅源间的电压uGS为：,uGS=UGSQ+uc-uL=UGSQ+Uc(t)cos ct-U

5、Lcos Lt,转移特性为平方律关系，即：,式中，UGS（off）为FET管的夹断电压，IDSS为漏极饱和电流。,恒流区内的漏极电流为:,uc,uL,uGS,式中，k1、k2、k3、k4为常数。可见，iD(t)中含有差频(c-L)电流分量，其幅值正比于Uc(t)为:,通过漏极LC负载回路选频后，输出的中频电压为:,BG314构成的混频电路，如果本振电压uL、高频信号电压uc分别从4、9脚输入，BG314的输出端2、14脚间接LC谐振回路。,设输入已调高频信号:,4.模拟乘法器混频电路,仿真,休息 1,休息 2,uL,uc,uI,uc=Uc(t)cos ct,本振电压:uL=ULcos Lt,L

6、C回路的谐振频率I=L-c，其带宽B2，回路谐振阻抗为RP,，变压比为n=N2N1，输出中频信号电压uI为:,混频增益Au为:,uc(f c),uL(f L),uI(f I),un(f n),uo(),三 混频器的干扰,一般混频器存在下列干扰：,1.信号与本振信号的自身组合干扰（干扰哨声）,所以有,显然当变频比一定时，并能找到对应的整数p,q时，就会形成自身组合干扰。,注意点:,(1)自身组合干扰与外来干扰无关，不能靠提高前级电路的选择性来抑制。,(2)减少这种干扰的方法：,其中 p,q=0,1,2,3.。如果选频器所选择的正常中频信号为:,2.外干扰信号与本振的组合频率干扰（副波道干扰）,则

7、可能形成的副波道干扰为：,可见，凡是能满足上式的串台信号都可能形成干扰，在这类干扰中主要有：中频干扰，镜频干扰，及其它副波道干扰。,(1)中频干扰,当 p=0,q=1时，,即表明当一种接近中频的干扰信号一旦进入混频器，可以直接通过混频器进入中放电路，并被放大、解调后在输出端形成干扰,抑制中频干扰的方法：,当 p=1,q=1时，则有：,(2)镜像频率干扰,f c f n1 f L f n2,(3)组合频率干扰,的情况，则有：,继续,交叉调制干扰的形成与本振无关。它是有用信号与干扰信号一起作用于混频器时，由混频器的非线性作用，将干扰的调制信号调制到了中频载波上，即将干扰的调制信号转移到有用信号的载

8、波上而形成的一种干扰。,例：由非线性元件：,而,3.交叉调制干扰（交调干扰）,将信号代入此项，并经中频滤波后可得：,交调干扰的特点：,(3)混频器中，除了非线性特性的4次方项以外，更高的偶次方项也可以产生交调干扰，但一般由于幅值较小，可以不考虑。,抑制交调干扰的措施：,提高前级电路的选择性,选择合适的器件，合适的工作点，使不需要的非线性项（4次方项）尽可能小，以减少组合分量。,互调干扰是指两个或多个干扰信号同时作用于混频器的输入端，由混频器的非线性作用，两个干扰信号之间产生混频，当混频后，产生的信号接近于有用信号的频率 时，将与有用信号一起进入后级电路输出而产生干扰。,4.互调干扰,互调干扰的

9、特点：设混频器输入的两个干扰为：,而本振信号,则三个信号同时作用于非线元件上，则混频输出的电流为:,即：,其中有：,其组合频率为：,继续,返回,可见，两个干扰频率都小于（或大于）工作信号频率，且三者等距时，就可形成互调干扰。,（3）互调干扰的大小主要决定于：,减少互调干扰的方法：,提高前级电路的选择性,选择合适的电路和工作状态,例 4-13 当 f n1=1.5MHz，f n2=0.9MHz，若接收机在 13.5MHz 波段工作，向在哪几个频率上会产生互调干扰？解 若 m，n=1 则 f n1+f n2=1.5+0.9=2.4MHz f n1 f n2=1.5 0.9=0.6MHz(波段外)m

10、=1，n=2 f n1+f n2=1.5+1.8=2.4MHz#2f n1 f n2=1.5 1.8=2.4MHz(波段外)m=2，n=1 2f n1+f n2=3+0.9=3.9MHz(波段外)2f n1 f n2=3 0.9=2.1MHz m=3，n=0 3f n1=3 1.5=4.5MHz(波段外)m=0，n=3 3f n2=3 0.9=2.7MHz 因此，考虑三次以下谐波 f n1 和 f n2 在 13.5MHz 波段内对 2.4MHz，3.3MHz，2.1MHz，2.7MHz 等 4 个频率会产生干扰。,例 4-12 某超外差收音机，其中频 fi=465kHz。(1)当收听 f s

11、1=550kHz 电台节目时，还能听到 f n1=1480kHz 强电台的声音，分析产生干扰的原因。(2)当收听 f s2=1480kHz 电台节目时，还能听到 f n2=740kHz 强电台的声音，分析产生干扰原因。解(1)因为 f n1=f s1+2f 1=550+2456=1480kHz；根据上述分析，f n1 为镜频干扰。(2)因为 f s2=1480kHz f i=465kHz 所以 f o2=f s2+f i=1480+465=1946kHz，而 f n2=740kHz 所以 f o2 2f n2=19452 740=465kHz=f i 故这种干扰为组合副波道干扰。例如有两个干扰，其频率为 f 1=1.5MHz，f 2=1.6MHz。若 m=2，n=1，则 2 1.51.6=1.4MHz；若 m=1，n=2，则 2 1.61.5=1.7MHz。可见，这时会对频率为 1.4MHz，1.7MHz 附近的接收信号形成干扰,