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1、第六章 混频器,6.1 概述,一、混频的概念,1、混频又称变频，是一种频率变换过程，是将信号从某一频率变换成另一频率。,2、混频器具有这种功能的电路。（变频器）,3、应用：,混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。,（1）超外差接收机的重要组成部分。,（2）微波中继站。,4、结构和原理：,从图中可见：,（1）输出中频调幅波与输入高频调幅波规律完全相同，即载波振幅的包络形状完全相同。唯一的差别是载波频率不同。（2）从频谱上看，输出中频信号与输入高频信号的频谱结构相同，只不过在频谱上搬移了一个位置。（3）（4）一般，用于振幅调制与解调的电路均可用于混频，需要改变的
2、只是输入、输出回路和输出滤波器的参数。,（称为下混频） 低中频,（称为上混频） 高中频,（5）若非线性器件本身仅实现混频，本振信号由单独的本地振荡器提供，称为混频器； 若非线性器件既产生本振信号又实现混频，则称为变频器。,变频器：优点：电路简单，节省元件。缺点：本振信号频率易受输入信号频率的牵引，电路工作状态无法使振荡和混频都处于最佳情况，一般工作频率不高。,混频器：优点：由于本振和混频由不同器件完成，从而便于同时使振荡和混频都处于最佳状态，且本振信号频率不易受牵引。缺点：元件多，电路较复杂。,为什么要变频？优点：1)变频可提高接收机的灵敏度2)提高接收机的选择性3)工作稳定性好4)波段工作时
3、其质量指标一致性好缺点：产生镜像干扰、中频干扰等干扰,5. 变频器的分类：,按器件分：,二极管混频器、,三极管混频器、,三极管变频器、,场效应管混频器、场效应管变频器,模拟乘法器混频器,按工作特点分：,单管混频,平衡混频、,环型混频,从两个输入信号在时域上的处理过程看：,叠加型混频器、,乘积型混频器,混频增益 混频功率增益,二、混频器的性能指标,减少非线性失真的各种组合频率干扰（选择器件特性接近平方律或近似理想相乘器）,中频输出回路有良好的选择性（理想为矩形滤波）,工作稳定性：主要是本振频率稳定，才能保证中频频率稳定,混频噪声系数尽量小,7.2 晶体管混频器,2. 工作原理：,一、电路与工作原
4、理：,1. 电路,等效线性时变系统分析法,二、三极管混频器实际电路举例,(a) 中波AM收音机的变频电路,(b) 电视机中的混频电路,6.3 集成模拟乘法器混频器,一、电路组成及原理,分析,经中心频率为fI ，带宽为2F的带通滤波器滤波后，得：,二、优点：（1）混频器输出电流频谱纯净，可显著减少接收机中的寄生通道干扰。（2）允许输入信号的线性动态范围较大，交调和互调失真小。（3）对本振电压的大小无严格限制，其大小只影响变频增益，而不引起信号的失真。,三、集成模拟乘法器构成的混频电路,三极管混频器 优点：有变频增益 缺点：1、动态范围较小 2、组合频率干扰严重 3、噪声较大 4、存在本地辐射,二
5、极管混频器优点： 1、动态范围较大 2、组合频率干扰少 3、噪声较小 4、不存在本地辐射 5、电路结构简单缺点： 无变频增益,6.4 二极管混频器,一、二极管平衡混频器,电路:,VLmVSm,采用二极管平衡相乘器实现混频,其中vL为本振信号 vL=VLmcosLt 为大信号,vs=Vsm(1+Macost)cosct 为小信号,（工作在开关工作状态）,其输出电流i为,经中频滤波后,得输出中频电压uI,i 经LC中频带通滤波器,中心频率谐振在I = L- c上,BW3dB=2,二、二极管环形混频器,1. 电路,2. 分析,s 分量被抵消输出中频分量的幅值是平衡混频器的2倍。优点：环形混频器的混频
6、增益和抑制干扰的能力比平衡混频器优越，在相同条件下，输出中频电流可比平衡混频器大一倍。,所以环形混频器得到广泛的应用，通常将它制作为组件。,目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管环形混频器已作为系列产品，一个用于0.5500MHz的典型环形混频器(SRA-1双平衡混频器)的外形及电路示于下图。使用时，8，9端外接信号电压s，3，4端相连，5，6端相连，然后在3，5端间加本振电压L，中频信号由1，2端输出。 此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、电调衰减器、调制器等。,封装环形混频器的外形与电路,6.5 混频干扰,混频必须采用非线性器件，在产生所需频率之外，还有大量的不需要的组合频率分
7、量，一旦这些组合频率分量的频率接近于中频有用信号，就会通过中频放大器，经解调后，在输出级产生串音、哨叫和各种干扰。,(1) 组合频率干扰混频器本身的组合频率中无用频率分量所引起的干扰。(2) 副波道干扰由于接收机前端选择性不好,外界干扰信号窜入而引起的干扰(最强两个:中频干扰和镜像干扰)。(3) 交叉调制干扰在有用中频信号的包络上叠加了干扰信号的包络而引起。(4) 互调干扰干扰信号之间彼此混频而产生接近中频的信号而引起。,主要产生的干扰有：,信号+本振产生的自身组合干扰,外来干扰+本振产生的组合干扰,外来干扰相互形成的干扰,信号+外来干扰形成的干扰,一、 有用信号和本振产生的组合频率干扰干扰哨
8、声,混频器的输出信号中所包含的各种频率分量为：,p，q为任意正整数，分别代表本振频率和信号频率的谐波次数。,只有p=q=1对应的频率为fL-fs的分量是所需要的中频信号。,如果某些组合频率落在谐振回路的通频带内，这些组合频率分量就和有用的中频分量一样，通过中放进入检波器，并在检波电路中与有用信号产生差拍，这时在接收机的输出端将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称为干扰哨叫。,1. 产生,fs = 931 kHz， fI = 465 kHz， fL = fs + fI = 1 396 kHz,当 fs 与 fL 混合后，输出可能存在 2fs - fL = (2 931 - 1 396)kHz
9、 = 466 kHz 的组合频率，与 465 kHz 一起送到检波器，产生差拍现象，在扬声器听到 1 kHz 的哨叫。,听到的声音：哨叫干扰哨声,干扰的原因：组合频率干扰,例如：,2. 现象：,组合频率分量电流振幅随 (p + q) 的增加而迅速减小，因而，只有对应于 p 和 q 为较小值的输入有用信号才会产生明显的干扰哨声，将产生最强干扰哨声的信号频率移到接收频段之外，就可大大减小干扰哨声的有害影响。,例如，由 ，当 p = 0，q = 1 时干扰哨声强，相应输入信号频率接近于中频，即 fS fI，因此，将接收机的中频选在接收频段以外，避免这个最强的干扰哨声。例如，中频接收机，fI 规定为
10、465 kHz。(中波：535 1 605 kHz),3. 抑制方法：,二、寄生通道干扰(副波道干扰),1. 产生,非接收频率的干扰台串入接收机所造成的干扰。 当干扰台的频率 fM 与本振频率 fL 满足,| pfL qfM | = fI,时，干扰信号就将其频率 fM 变换为 fI，顺利地通过中频放大器，造成干扰(收音机听到干扰信号)。这种干扰称为寄生通道干扰。,受 fL - fS = fI 的限制，上式 中只有下两式成立,pfL - qfM = fI ，qfM - pfL = fI,合并，得形成寄生通道干扰的干扰信号频率为,(1) 寄生通道干扰的两种最强情况：, 中频干扰 (p = 0，q
11、= 1),fM = fI ，故称中频干扰。这时，混频器起到中频放大器的作用，具有比有用信号更强的传输能力。, 镜像干扰 (p = 1，q = 1),fK = fL + fI = fS + 2fI ，这时，干扰信号 fK 在混频器中与 本振信号 fL混频后，其差频接近中频，与中频进行差拍检波，出现哨叫。,若将 fL 想象为一面镜子，则 fK 就是 fS的镜像，故称镜像干扰。,(2)解决办法,中频干扰：与消除干扰哨声一样，中频应选在接收频段以外，远离接收段。,2. 两种特例, 镜像干扰： fK - fc = 2fI ，可以采用两种措施：高中频方案、二次混频。,a高中频方案,中频的两种选择方案：,
12、低中频方案， fI f。,b二次混频,优点：fI 低，中频放大器易实现高增益和高选择性；,如在短波接收机中，接收频段为 2 30 MHz，中频选在 70 MHz 附近。由于中频很高，镜像干扰频率远高于有用信号频率，混频的滤波电路很容易将它滤除。,二次混频接收机组成方框图,近代数字移动通信接收机，第一中频很高，为 240 MHz ，可以在一混频前将镜像频率干扰有效地滤除。,只要中频干扰和镜像干扰能进入到混频器的输入端，混频器就能有效地将它们变换为中频。产生寄生通道干扰的原因主要是接收机前端电路的选择性不够好。 所以，要抑制这种干扰，必须在混频器前将它们滤除。,3. 抑制方法：,三、交调失真和互调
13、失真,交调失真和互调失真会在混频器、高频和中频放大器中产生，现以混频器为例讨论。,1交调失真,若接收机前端电路选择性不好，使有用信号 vS 和干扰信号 vM 同时串入混频器输入端，且二者皆为调幅波，则通过混频器的非线性作用，将产生交叉调制失真。,现象：不仅可听到有用信号，同时也听到干扰信号。当接收机对有用信号失谐时，干扰信号也随之消失。如同干扰台调制信号调制在有用信号频率上，故称交叉调制干扰。,原因：混频器件非线性的高次方项引起的，且与干扰信号电压振幅的平方成正比。,2互调失真,当混频器输入端同时作用着两个干扰信号 uM1 和 uM2 时，混频器还可能产生互调失真。,存在着寄生中频分量，引起混
14、频器输出中频信号失真。这种失真由两个干扰信号互相调制产生的，故称互调失真。,产生原因：当两个或两个以上的干扰进入到混频器的输入端时，它们与本振电压uL一起加到混频管的发射结。由于器件的非线性作用，它们将产生一系列组合频率分量。如果某些分量的频率等于或接近于中频时，就会形成干扰，称为互调干扰。,现象：接收机调谐于信号频率，可以清楚地收到干扰信号电台的声音，若接收机对接收信号频率失谐，干扰台的声音仍然存在。,作用到混频器上的本振信号、有用信号、干扰信号等，它们之间任意两者都可能产生组合频率，形成干扰。不同原因产生的干扰在接收机中有特定的名称，如下图所示：,fs,干扰哨声-组合频率,fL,寄生通道,fM1,交叉调制,互相调制,fM2,小结：,抑制干扰的措施：,1提高混频器前端电路的选择性,例如：中频干扰，加中频陷波器,2适当选择中频频率, 将中频选在接收频段之外。, 采用高中频方案，使镜像干扰频率远离有用信号频率,3合理选择混频器工作点,将 Q 点设置在混频器件特性的二次方区域，尽量减少三次方项或更高次项所引起的交叉调制干扰,尽量采用组合频率分量少的混频电路与器件：模拟相乘器、二极管平衡混频器等，具有输出组合频率分量数量少的特点。,谢谢！再见！,
