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1、4.3 混频电路混频电路地位：地位：超外差接收机的重要组成部分。超外差接收机的重要组成部分。作用：作用：将天线上感生的输入高频信号变换为固定将天线上感生的输入高频信号变换为固定的中频信号。的中频信号。重要性：重要性：靠近天线，直接影响接收音机的性能。靠近天线，直接影响接收音机的性能。种类：种类：(1)一般接收机中：一般接收机中：三极管混频器。三极管混频器。(2)高质量通信接收机：高质量通信接收机：二极管环形混频器、双二极管环形混频器、双差分对平衡调制器混频器。差分对平衡调制器混频器。4.3.1 通信接收机中的混频电路通信接收机中的混频电路一、主要性能指标一、主要性能指标1混频增益混频增益 定义
2、：定义：混频器的输出中频信号电压混频器的输出中频信号电压 Vi（或功率或功率PI）对输入信号电压对输入信号电压 Vs（或功率或功率 PS）的比值，用分贝表的比值，用分贝表示示(与混频损耗与混频损耗 Lc 类似类似)或或2噪声系数噪声系数 定义：定义：输入信号噪声功率比输入信号噪声功率比(PS/Pn)i对输出中频信对输出中频信号噪声功率比号噪声功率比(PI/Pn)o的比值，即的比值，即 接收机的噪声系数接收机的噪声系数主要取决于它的主要取决于它的前端电路前端电路，若，若无高频放大器，主要由无高频放大器，主要由混频电路混频电路决定决定。31dB 压缩电平压缩电平 当输入信号功率较小时，输出当输入信
3、号功率较小时，输出中频功率随输入信号功率线性地增中频功率随输入信号功率线性地增大，混频增益为大，混频增益为定值定值；以后由于非线性，输出功率以后由于非线性，输出功率的增大趋于缓慢。的增大趋于缓慢。定义：定义：比线性增长低比线性增长低 1 dB 时所对应的输出中频功时所对应的输出中频功率电平，用率电平，用 PI1dB 表示。表示。dBm：高于：高于1 1mW 的分贝数，的分贝数，P(dBm)=10lgP(mW)。意义：意义：PI1dB 所对应的输入信号功率所对应的输入信号功率 PS 是混频器是混频器动态范围的上限电平。动态范围的上限电平。4混频失真混频失真 在接收机中，加在混频器输入端的除了有用
4、输入信在接收机中，加在混频器输入端的除了有用输入信号外，还往往存在着多个干扰信号。号外，还往往存在着多个干扰信号。由于非线性，混频器件输出电流中将包含众多组合由于非线性，混频器件输出电流中将包含众多组合频率分量，其中，可能有某些组合频率分量的频率十分频率分量，其中，可能有某些组合频率分量的频率十分靠近中频，中频滤波器无法将它们滤除。靠近中频，中频滤波器无法将它们滤除。它们叠加在有用中频信号上，引起失真，称它们叠加在有用中频信号上，引起失真，称混频失混频失真真，它将严重影响通信质量。，它将严重影响通信质量。5隔离度隔离度理论上，混频器各端口之间相互隔离，任一端口上理论上，混频器各端口之间相互隔离
5、，任一端口上的功率不会窜到其它端口上。的功率不会窜到其它端口上。实际上，总有极少量功率在各端口之间窜通。实际上，总有极少量功率在各端口之间窜通。定义：定义：本端口功率与其窜通到另一端口的功率之本端口功率与其窜通到另一端口的功率之比比(用分贝表示用分贝表示)。意义：意义：用来评价窜通大小的性能指标。用来评价窜通大小的性能指标。危害：危害：在接收机中，本振端口功率向输入端口的在接收机中，本振端口功率向输入端口的窜通危害最大。为保证混频性能，加在本振端口的本窜通危害最大。为保证混频性能，加在本振端口的本振功率都比较大，当它窜通到输入信号端口时，就会振功率都比较大，当它窜通到输入信号端口时，就会通过输
6、入信号回路回到天线上，产生本振功率的反向通过输入信号回路回到天线上，产生本振功率的反向辐射，严重干扰邻近接收机。辐射，严重干扰邻近接收机。二、二极管环形混频器和双差分对混频器二、二极管环形混频器和双差分对混频器 高性能通信接收机混频器种类：高性能通信接收机混频器种类：二极管环形混频二极管环形混频器、双差分对平衡调制器混频器。器、双差分对平衡调制器混频器。1二极管环形混频器二极管环形混频器已形成完整的系列，常用的是已形成完整的系列，常用的是 Level7、Level17、Level23 三种系列，它们所需的本振功率分别为三种系列，它们所需的本振功率分别为 7dBm(5mW)，17dBm(50mW
7、)，23dBm(200mW)(用用保证二极管开关工作所需本振功率电平的高低进行分保证二极管开关工作所需本振功率电平的高低进行分类类)。显然，本振功率电平越高，相应的。显然，本振功率电平越高，相应的 1dB 压缩电平压缩电平也就越高，混频器的动态范围就越大。对于上述三种也就越高，混频器的动态范围就越大。对于上述三种系列，系列，1dB 压缩电压所对应的最大输入信号功率分别为压缩电压所对应的最大输入信号功率分别为1dBm(1.25mW)，10dBm(10mW)，15dBm(32mW)。优点：优点：工作频带宽、噪声系数低、混频失真小、动工作频带宽、噪声系数低、混频失真小、动态范围大。应用广泛。态范围大
8、。应用广泛。缺点：缺点：没有混频增益、端口间的隔离度较低。没有混频增益、端口间的隔离度较低。实际二极管环形混频器各端口的匹配阻抗均为实际二极管环形混频器各端口的匹配阻抗均为 50 。应用时，各端口都必须接入滤波匹配网络，分别实现混应用时，各端口都必须接入滤波匹配网络，分别实现混频器与输入信号源，本振信号源，输出负载间的阻抗匹频器与输入信号源，本振信号源，输出负载间的阻抗匹配。配。2双差分对平衡混频器双差分对平衡混频器 继继 XFC1596 后，已出现多种双差分对平衡调制器后，已出现多种双差分对平衡调制器产品，其中产品，其中 AD831 的工作频率可达的工作频率可达 500 MHz 以上，它以上
9、，它由由双差分对平衡调制器、输出低噪声放大器和本振驱双差分对平衡调制器、输出低噪声放大器和本振驱动动组成组成(p205)。特点：特点：混频增益高，输入端只需电压激励，一般不混频增益高，输入端只需电压激励，一般不需匹配网络，使用方便。同时，需匹配网络，使用方便。同时，AD831中设有本振驱动中设有本振驱动放大器，为保证开关工作而所需的本振功率很小，且端放大器，为保证开关工作而所需的本振功率很小，且端口间隔离度很高。不必考虑天线反向辐射的问题。口间隔离度很高。不必考虑天线反向辐射的问题。缺点：缺点：噪声系数较大，动态范围小。噪声系数较大，动态范围小。4.3.2 三极管混频电路三极管混频电路一、作用
10、原理一、作用原理1原理电路原理电路L1C1 输入信号回路，调谐在输入信号回路，调谐在 fcL2C2输出中频回路，调谐在输出中频回路，调谐在 fI 本振电压本振电压 vL=VLmcos Lt 接在基极回路中，接在基极回路中，VBBO 为为基极静态偏置电压基极静态偏置电压。vBE=VBBO+vL+vS2工作原理工作原理 将将 VBB0+vL 作为作为三极管的等效基极偏置电压三极管的等效基极偏置电压，用，用vBB(t)表示，称为表示，称为时变基极偏置电压时变基极偏置电压，则当输入信号电，则当输入信号电压压 vS=Vsmcos ct 很小，满足线性时变条件时，三极管很小，满足线性时变条件时，三极管集电
11、极电流为集电极电流为 iC f(vBE)IC0(vL)+gm(vL)vS在时变偏压作用下，在时变偏压作用下，gm(vL)的的傅氏级数展开式傅氏级数展开式为：为：gm(vL)=gm(t)=g0+gm1cos Lt+gm2cos2 Lt+gm(t)中的基波分量中的基波分量gmlcos Lt 与输入信号电压与输入信号电压 vS 相相乘乘gmlcos Lt Vsmcos ct=令令 I=L-c，得中频电流分量为得中频电流分量为iI =IImcos It =其中其中gmc=IIm/Vsm=gm1称为称为混频跨导混频跨导，定义为输出中频电流幅值，定义为输出中频电流幅值 IIm 对对输入信输入信号电压幅值号
12、电压幅值 Vsm 之比，其值等于之比，其值等于 gm(t)中基波分量幅中基波分量幅度度 gm1 的一半。的一半。=gmlVsmcos(L-c)t+cos(L+c)t 若设中频回路的谐振电阻为若设中频回路的谐振电阻为 Re，则所需的中频则所需的中频输出电压输出电压 vI=-iIRe，相应的相应的混频增益混频增益为为AC=-gmc Re3小结小结 (1)在满足线性时变条件下，三极管混频电路的在满足线性时变条件下，三极管混频电路的混混频增益频增益与与混频跨导混频跨导 gmc 成成正比。而正比。而gmc 又又与与 VLm 和和静态偏静态偏置有关。置有关。(2)三极管的转移特性曲性三极管的转移特性曲性(
13、iC vBE)，它的各点斜它的各点斜率的连线即为跨导特性率的连线即为跨导特性 gm(vBE)。在。在 vBE=VBB(t)的作的作用下，便可画出用下，便可画出 gm(t)波形。由图可见，当波形。由图可见，当 VBB0 一定，一定，VLm 由小增大由小增大 时，时，gm1 即即 gmc也相应地由小增大，直到也相应地由小增大，直到 gm(t)趋近方波时，相应的趋近方波时，相应的 gmc 便便达到最大值。达到最大值。实际上，三极管混频电实际上，三极管混频电路中，一般均采用分压式偏路中，一般均采用分压式偏置电路，因而，当置电路，因而，当 VLm 增大增大到一定值后，由于特性的非到一定值后，由于特性的非
14、线性，产生自给偏置效应，基极偏置电压将自静态值线性，产生自给偏置效应，基极偏置电压将自静态值VBB0 向截止方向移动，因而相应的向截止方向移动，因而相应的 gmc 也就比上述恒定也就比上述恒定偏置时小，结果使偏置时小，结果使 gmc 随随 VLm 的的变化如图实线所示。可变化如图实线所示。可见，相应于某一见，相应于某一 VLm 值，值，gmc 和相应的混频增益达到最和相应的混频增益达到最大值。大值。实验指出，在中波广播收音机实验指出，在中波广播收音机中，这个最佳的中，这个最佳的 VLm 约约为为(20200)mV。反之，当反之，当 VLm 一定时，改一定时，改变变 VBB0(或或 IEQ)时，
15、时，gmc 也会相应变也会相应变化。实验指出，化。实验指出，IEQ 在在(0.21)mA 时，时，gmc 近似不变，并接近最大值。近似不变，并接近最大值。二、电路二、电路 1本机振荡器本机振荡器 电感三点式电路。产生电感三点式电路。产生的本机振荡电压通过耦合线的本机振荡电压通过耦合线圈圈 Le 加到加到 T1 管的发射极上。管的发射极上。天线上感生的信号电压天线上感生的信号电压通过耦合线圈通过耦合线圈 La 加到输入信加到输入信号回路，再通过耦合线圈号回路，再通过耦合线圈 Lb加到加到 T1 管的基极上。管的基极上。在实际电路中，在实际电路中，La 和和 Lb 的取值较小，这样对输入的取值较小
16、，这样对输入信号频率而言，本振回路严重失谐，它在信号频率而言，本振回路严重失谐，它在 Le 两端呈现两端呈现的阻抗很小，可看成短路；的阻抗很小，可看成短路；同理同理，对本振频率而言，对本振频率而言，输入信号回路严重失谐，它在输入信号回路严重失谐，它在 Lb 两端呈现的阻抗很两端呈现的阻抗很小，也可成短路。因而保证了输入信号电压和本振电小，也可成短路。因而保证了输入信号电压和本振电压都有良好的通路，能有效地加到压都有良好的通路，能有效地加到 T1 管发射结上，管发射结上，同时有效地克服了本振电压经输入信号回路泄漏到天同时有效地克服了本振电压经输入信号回路泄漏到天线上，产生反向辐射。线上，产生反向
17、辐射。4.3.3 混频失真混频失真 由于混频器件特性的非线性，混频器将产生各种由于混频器件特性的非线性，混频器将产生各种干扰和失真干扰和失真(干扰哨声、寄生通道干扰、交叉调制失真、干扰哨声、寄生通道干扰、交叉调制失真、互相调制失真等互相调制失真等)，现以接收机为对象讨论其成因和危，现以接收机为对象讨论其成因和危害。害。一、干扰哨声和寄生通道干扰一、干扰哨声和寄生通道干扰1干扰哨声干扰哨声 混频器输入有用信号时，混频器件输出电流将出混频器输入有用信号时，混频器件输出电流将出现众多组频率分量：现众多组频率分量：fp,q=这种情况犹如混频器中存在着无数个变换通道，其这种情况犹如混频器中存在着无数个变
18、换通道，其中只有一个变换通道中只有一个变换通道(p=q=1)是有用的，它可以将输是有用的，它可以将输入信号频率变换为所需的中频，而其余大量的变换通道入信号频率变换为所需的中频，而其余大量的变换通道都是无用的，甚至有的还十分有害。例如对应于某一对都是无用的，甚至有的还十分有害。例如对应于某一对 p 和和 q 值的值的 fp,q(除除 p=q=1 以外以外)，若其值十分接近于，若其值十分接近于中频，中频，即即=f1 F (4-3-5)(F 为可听的音频频率为可听的音频频率)则在混频器中，输入信号除了则在混频器中，输入信号除了通过通过(p=q=1)有用通道变换为中频信号以外，还可通有用通道变换为中频
19、信号以外，还可通过过 p 和和 q 满足上式的那些通道变换为接近于中频的寄满足上式的那些通道变换为接近于中频的寄生信号。它们都将顺利地通过中频放大器。这样，收生信号。它们都将顺利地通过中频放大器。这样，收听者就会在听到有用信号声音的同时，还听到由检波听者就会在听到有用信号声音的同时，还听到由检波器检出的差拍信号器检出的差拍信号(频率为频率为 F)所形成的哨叫声，故称所形成的哨叫声，故称这种干扰为这种干扰为混频器的干扰哨声混频器的干扰哨声。由由满足干扰哨声的频率关系式满足干扰哨声的频率关系式(4-3-5)可见，它可可见，它可分解为分解为四个关系式：四个关系式：qfc-pfL=fI FpfL-qf
20、c =fI FpfL+qfc =fI F-pfL-qfc =fI F若令若令 fL-fc=fI，因因 pfL+qfc 恒恒大于大于 fI，-pfL-qfc 是无是无意义的负频率，则只有前两式有可能成立，后两式是无意义的负频率，则只有前两式有可能成立，后两式是无效的。效的。将前两式合并，便可得到产生干扰哨声的输入将前两式合并，便可得到产生干扰哨声的输入有用有用信号频率信号频率为：为：一般情况下，一般情况下，f fI I F，上式可简化为上式可简化为讨论：讨论：(1)上式表明上式表明，若，若 p 和和 q 取不同的正整数，则会产取不同的正整数，则会产生干扰哨声的输入有用信号频率有无限多个，并且其生
21、干扰哨声的输入有用信号频率有无限多个，并且其值均接近于值均接近于 fI 的的整数倍或分数倍。整数倍或分数倍。(2)减小干扰哨声的办法减小干扰哨声的办法 实际上，任何一部接收机的接收频段是有限的（实际上，任何一部接收机的接收频段是有限的（例例如如中波段广播收音机的接收频段为中波段广播收音机的接收频段为 5351605 kHz）。）。因此，其中只有落在接受频段内的才会产生干扰哨声。因此，其中只有落在接受频段内的才会产生干扰哨声。另外，由于组合频率分量电流的振幅随另外，由于组合频率分量电流的振幅随(p+q)的增加而的增加而迅速减小，因而，其中只有对应于迅速减小，因而，其中只有对应于 p 和和 q 为
22、较小值的输为较小值的输入有用信号才会产生明显的干扰哨声，而对于入有用信号才会产生明显的干扰哨声，而对于 p 和和 q 为为较大值产生的干扰哨声一般可以忽略较大值产生的干扰哨声一般可以忽略。可见，只要将产生最强干扰哨声的信号频率移到接可见，只要将产生最强干扰哨声的信号频率移到接收频段以外，就可大大减小干扰哨声的有害影响。收频段以外，就可大大减小干扰哨声的有害影响。例如例如，由，由 可知，对应于可知，对应于 p=0，q=1 1的干扰哨声最强，相应输入信号频率接近于中频，即的干扰哨声最强，相应输入信号频率接近于中频，即 fc fI，因此，为了避免这个最强的干扰哨声，接收机因此，为了避免这个最强的干扰
23、哨声，接收机的中频总是选在接收频段以外。例如，上述中频接收的中频总是选在接收频段以外。例如，上述中频接收机，机，fI 规定为规定为 465 kHz。2.寄生通道干扰寄生通道干扰 当接收机接收频率为当接收机接收频率为 fc 的信号时，本振频率应为的信号时，本振频率应为 fL，且且 fL-fc=fI。这时，若干扰信号这时，若干扰信号(频率为频率为 fM)加到混加到混频器输入端，则混频器输出电流中将出现由下列频率通频器输入端，则混频器输出电流中将出现由下列频率通式表示的众多式表示的众多组合频率分量组合频率分量:fp,q=其中，某些通道的其中，某些通道的 p 和和 q 值及其所取的正、负号值及其所取的
24、正、负号满足下列关系式满足下列关系式(4-3-8)则干扰信号就将其频率则干扰信号就将其频率 fM 变换为变换为 fI，顺利地通过中频顺利地通过中频放大器，造成干扰放大器，造成干扰(收音机听到干扰信号收音机听到干扰信号)。这种干扰。这种干扰称为称为寄生通道干扰寄生通道干扰。由于受到由于受到 fL-fc=fI 的的限制，因而产生限制，因而产生寄生通道干寄生通道干扰的频率关系式扰的频率关系式(4-3-8)只有下列两式才能成立只有下列两式才能成立pfL-qfM =fI ，qfM-pfL =fI将它们将它们合并合并，就得到能形成寄生通道干扰的输入干扰，就得到能形成寄生通道干扰的输入干扰信号频率为信号频率
25、为 fM=(4-3-9)上式表明上式表明，fM 对称地分布在对称地分布在 pfL/q 的左右，并且与的左右，并且与pfL/q 的间隔均为的间隔均为 fI/q。当接收机调谐于给定信号频率当接收机调谐于给定信号频率 fc时，时，fL 则定，混频器就能为频率满足上式的干扰信号则定，混频器就能为频率满足上式的干扰信号提供寄生通道，将它变换为中频。提供寄生通道，将它变换为中频。根据根据(4-3-9)式式，可以求得两个形成最强寄生通道，可以求得两个形成最强寄生通道干扰的频率。一个是对应于干扰的频率。一个是对应于 p=0，q=1 的寄生通道，的寄生通道，相应的相应的 fM=fI ，故称故称中频干扰中频干扰。
26、对于这种干扰信号，混。对于这种干扰信号，混频器实际上起到了中频放大器的作用，具有比有用信号频器实际上起到了中频放大器的作用，具有比有用信号更强的传输能力。更强的传输能力。另一个是对应于另一个是对应于 p=1，q=1 的寄生通道，相应的的寄生通道，相应的 fM 用用 fK 表示，其值为表示，其值为 fK=fL+fI=fc+2fI 如果将如果将 fL 想象为一面镜子，则想象为一面镜子，则 fK 就就是是 fc 的镜像，的镜像，如图所示如图所示，故称，故称镜像频率镜像频率干扰干扰或或对象频率干扰对象频率干扰。对于这种干。对于这种干扰信号，它所通过的寄生通道具有与有用通道相同的扰信号，它所通过的寄生通
27、道具有与有用通道相同的 p 和和 q 值值(p=q=1)，因而具有与有用信号通道相同的变因而具有与有用信号通道相同的变换能力。换能力。可见，如果上述两种干扰信号能够加到混频器的输可见，如果上述两种干扰信号能够加到混频器的输入端，混频器就能有效地将它们变为中频。因而必须在入端，混频器就能有效地将它们变为中频。因而必须在混频器前将它们抑制掉。鉴于它们的危害性，接收机的混频器前将它们抑制掉。鉴于它们的危害性，接收机的性能指标中一般都要列出对它们抑制的要求。性能指标中一般都要列出对它们抑制的要求。如果将如果将(4-3-9)改写为改写为fc=还可判断：还可判断：当当 fM 一定时，接收机能够在哪些一定时
28、，接收机能够在哪些 fc 上收听上收听到该干扰信号的声音。到该干扰信号的声音。例如例如，当混频器输入端作用，当混频器输入端作用 fM=1000 kHz 的干扰信号时，由上式求得接收机能够在的干扰信号时，由上式求得接收机能够在1070 kHz(p=1，q=2)和和 767.5 kHz(p=2，q=2)等频等频率刻度上收听到这个干扰信号的声音。率刻度上收听到这个干扰信号的声音。3小结小结 干扰哨声是由频率满足干扰哨声是由频率满足 的输入有用信的输入有用信号产生的。而寄生通道干扰则是由频率满足号产生的。而寄生通道干扰则是由频率满足 fM=的输入干扰信号产生的，的输入干扰信号产生的，它们都是它们都是混
29、频器中特有的干扰现象混频器中特有的干扰现象。要消除干扰哨声要消除干扰哨声，就必须将产生较强干扰哨声的信，就必须将产生较强干扰哨声的信号频率移到接收频段以外，其中接近于中频的信号所产号频率移到接收频段以外，其中接近于中频的信号所产生的干扰哨声最强，因而必须生的干扰哨声最强，因而必须首先将中频移到接收频段首先将中频移到接收频段以外以外。要消除寄生通道干扰要消除寄生通道干扰，就必须加大寄生通道干扰信，就必须加大寄生通道干扰信号与有用输入信号之间的频率间隔，以便混频器前滤波号与有用输入信号之间的频率间隔，以便混频器前滤波器将寄生通道干扰信号滤除。不让它们加到混频器输入器将寄生通道干扰信号滤除。不让它们
30、加到混频器输入端。端。中频干扰是中频干扰是最强的寄生通道干扰最强的寄生通道干扰，为了消除它，为了消除它，与干扰哨声一样，中频应选在接收频段以外，且远离与干扰哨声一样，中频应选在接收频段以外，且远离接收频段。接收频段。镜像频率干扰镜像频率干扰是是另一个强寄生通道干扰另一个强寄生通道干扰，鉴于它与，鉴于它与有用信号之间的频率间隔为有用信号之间的频率间隔为中频的二倍中频的二倍，可以采用，可以采用两种两种措施措施来消除它：来消除它：一是一是高中频方案高中频方案，二是二是二次混频结构二次混频结构。4高中频方案高中频方案 中频中频有有两种选择方案两种选择方案，一一是将中频选在低于接收频是将中频选在低于接收
31、频段的范围内，称为段的范围内，称为低中频方案低中频方案，这是通常采用的一种方，这是通常采用的一种方案。在这种方案中，由于中频低，中频放大器容易实现案。在这种方案中，由于中频低，中频放大器容易实现高增益高增益和和高选择性高选择性；另一种另一种是将中频选在高于接收频段的范围内，称为是将中频选在高于接收频段的范围内，称为高中频方案高中频方案。例如例如在短波通信接收机中，接收频段为在短波通信接收机中，接收频段为(230)MHz，中频选在中频选在 70 MHz 附近。显然，采用这附近。显然，采用这种方案时，中频很高，镜像频率干扰的频率远高于有种方案时，中频很高，镜像频率干扰的频率远高于有用信号频率，混频
32、的滤波电路很容易将它滤除。用信号频率，混频的滤波电路很容易将它滤除。5二次混频二次混频 图中标注图中标注的频率是近的频率是近代数字移动通信接收机广代数字移动通信接收机广泛采用的频率。第一中频泛采用的频率。第一中频很高，为很高，为 240 MHz，可以，可以在一混频前将镜像频率干在一混频前将镜像频率干扰有效地滤除。扰有效地滤除。二、交调失真和互调失真二、交调失真和互调失真 交调失真和互调失真交调失真和互调失真不仅会在混频器中产生，也会不仅会在混频器中产生，也会在高频和中频放大器中产生。下面将以混频器为例讨论在高频和中频放大器中产生。下面将以混频器为例讨论它们的它们的表现形式及其成因表现形式及其成
33、因。1.交叉调制失真交叉调制失真 当混频器输入端同时作用着当混频器输入端同时作用着有用信号有用信号 vS 和和干扰信干扰信号号 vM 时，混频器除了对某些特定频率的干扰形成寄时，混频器除了对某些特定频率的干扰形成寄生通道干扰外，还会对任意频率的干扰信号产生生通道干扰外，还会对任意频率的干扰信号产生交调交调失真失真。若设混频器件在静态工作点上展开的若设混频器件在静态工作点上展开的伏安特性伏安特性为为i =f(v)=a0+a1v+a2v2+a3v3+a4v4+其中其中v=vL+vS+vM =VLmcos Lt+Vsmcos ct+VMmcos Mt代入上式可知，代入上式可知，v 的二次方项的二次方
34、项(展开式中的展开式中的2a1vLvS)、四四次方项次方项(展开式中的展开式中的 4a4 vS+4a4vL +12a4vLvS )及及更高偶次方项均会产生更高偶次方项均会产生中频电流分量中频电流分量。其中。其中12a4vLvS 产生的中频电流分量振幅为产生的中频电流分量振幅为 3a4vLmvSm ，其值与其值与 VMm 有关。有关。这就表明这就表明，该电流分量振幅中含有，该电流分量振幅中含有干扰信号的包干扰信号的包络变化络变化。换句话说，这种失真是将干扰信号的包络交。换句话说，这种失真是将干扰信号的包络交叉地转移到输出中频信号上去的一种非线性失真，故叉地转移到输出中频信号上去的一种非线性失真，
35、故称它为称它为交叉调制失真交叉调制失真，简称，简称交调失真交调失真。当存在这种失真时，人们不仅听到有用信号的声音，当存在这种失真时，人们不仅听到有用信号的声音，同时也叫听到干扰信号的声音。但是，当有用电台停止同时也叫听到干扰信号的声音。但是，当有用电台停止发送时，干扰信号的声音也就随之消失。发送时，干扰信号的声音也就随之消失。2.互相调制失真互相调制失真 当混频器输入端同时作用着两个干扰信号当混频器输入端同时作用着两个干扰信号 vM1 和和vM2 时，混频器还可能产生时，混频器还可能产生互调失真互调失真。令令v=vL+vS+vM1+vM2=VLmcos Lt+Vsmcos ct+VM1mcos
36、 M1t +VM2mcos M2t则则 i 中将包含频率由下列通式表示的中将包含频率由下列通式表示的组合频率分量组合频率分量fp,q,r,s=其中，除了其中，除了 fL-fc=fI(p=q=1，r=s=0)的有用中频分的有用中频分量外，还可能在着某些特定的量外，还可能在着某些特定的 r 和和 s 值上存在着值上存在着的寄生中频分量，引起混频器输出中频信号失真。这的寄生中频分量，引起混频器输出中频信号失真。这种失真称为种失真称为互相调制失真互相调制失真，简称，简称互调失真互调失真。显然，显然，VM1m 和和VM2m一定时，一定时，r 和和 s 值越小，相应值越小，相应产生的寄生中频电流分量振幅就
37、越大，互调失真也就产生的寄生中频电流分量振幅就越大，互调失真也就越严重。其中，若两个干扰信号的频率越严重。其中，若两个干扰信号的频率 fM1、fM2 十分十分靠近有用信号频率，则在靠近有用信号频率，则在 r 和和 s 为小值时为小值时(r=1，s=2 或或 r=2，s=1)的组合频率分量的频率有可能趋近的组合频率分量的频率有可能趋近于于 fI，即即fL-(-(2fM1-fM2)fI 或或 fL-(2fM2-fM1)fI亦即亦即2fM1-fM2 fc 或或 2fM2-fM1 fc因而这种互调失真最严重。由于因而这种互调失真最严重。由于r+s=3，故将这种失故将这种失真称为真称为三阶互调失真三阶互
38、调失真，它是由，它是由 v 四次方项中的四次方项中的 12a4vL vM2 或或12a4vLvM1 产生的。产生的。当当VM1m=VM2m=VMm时，它们的幅度均为时，它们的幅度均为 。3三阶互调失真截点三阶互调失真截点 接收机天线上感生众多干扰信号，其强度往往远大接收机天线上感生众多干扰信号，其强度往往远大于有用信号强度，而产生三阶互调失真的干扰信号频率于有用信号强度，而产生三阶互调失真的干扰信号频率又都十分靠近有用信号频率，混频前滤波器不能有效又都十分靠近有用信号频率，混频前滤波器不能有效地予以滤除，几乎全部加到混频器输入端，产生地予以滤除，几乎全部加到混频器输入端，产生三阶互三阶互调失真
39、调失真，使收听者听到的有用信号处于干扰背景下，严，使收听者听到的有用信号处于干扰背景下，严重影响收听质量。因此，与交调失真和其它非线性失真重影响收听质量。因此，与交调失真和其它非线性失真比较，三阶互调失真的危害最严重，往往将允许的最大比较，三阶互调失真的危害最严重，往往将允许的最大三阶互调失真作为混频器的三阶互调失真作为混频器的重要性能指标重要性能指标，且将其对应，且将其对应的最大输入干扰强度作为的最大输入干扰强度作为动态范围的上限动态范围的上限。鉴于由有用输入信号产生的中频电流分量幅值为鉴于由有用输入信号产生的中频电流分量幅值为 (由由伏安特性伏安特性的二次方项产生的二次方项产生)，它与，它
40、与 Vsm 成正比，而三阶互调失真分量的幅度与输入干扰信号幅成正比，而三阶互调失真分量的幅度与输入干扰信号幅度度VMm的三次方成正比。的三次方成正比。如果用如果用分贝数分贝数表示，则输出中频功率分贝数与输入表示，则输出中频功率分贝数与输入信号功率分贝数信号功率分贝数呈线性呈线性关系（增加关系（增加10dB，相应的也相应的也增加增加10dB），），直到直到1dB压缩点压缩点，以后就趋于平坦。，以后就趋于平坦。而输出而输出三阶互调功率三阶互调功率分贝数与分贝数与输入干扰功率输入干扰功率分贝数分贝数成成三倍三倍的关系的关系(增加增加10dB，相应的增加相应的增加30dB)，或者说，它的或者说，它的斜
41、率为前一特性斜率的斜率为前一特性斜率的三倍。通常将中频功率三倍。通常将中频功率延长线与三阶互调失真延长线与三阶互调失真功率线的交点称为功率线的交点称为三阶三阶互调截点互调截点，相应的互调，相应的互调失真功率用失真功率用PIM3表示。表示。实践表明，实践表明，PIM3大体上比大体上比PI1dB高高(1015)dBm，若厂家提供若厂家提供1dB压缩电平，就可按上述确定压缩电平，就可按上述确定PIM3。PIM3是混频器的是混频器的重要性能指标，用来重要性能指标，用来比较各种混频器三阶比较各种混频器三阶互调失真大小。实际互调失真大小。实际上，根据上，根据PIM3可估计可估计某一输入干扰电平所某一输入干
42、扰电平所对应的输出三阶互调对应的输出三阶互调失真电平失真电平。例：例：某一混频器，已知某一混频器，已知PI1dB=10 dBm，对应的输入对应的输入信号功率为信号功率为0 dBm，试求两个输入干扰电平均为试求两个输入干扰电平均为 20dBm时的输出时的输出三阶互调失真三阶互调失真电平。电平。解：解：已知已知PI1dB，因而，因而PIM3=PI1dB+(1015)dBm=(2025)dBm，现取现取25 dBm，先画出先画出PI线，线，(斜率为斜率为1)画出画出PIM线，线，斜率为斜率为3，与，与线交于线交于(15，25)点点 当当PM=20 dBm，即自即自15 dBm下降下降35 dBm时，相应的时，相应的PIM自自PIM3 25 dBm下降到下降到 80 dBm，下降了，下降了105 dBm。