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1、1混频电路的组成模型（）一、混频的基本概念一、混频的基本概念1接收机的分类接收机的分类（1）直（接）放（大）式技术难点：由于从天线收到的不同电台信号其载波频率不同，而高频放大器的中心频率应调谐在载波频率上，所以高频放大器应是中心频率可调的谐振放大器，其性能（增益、选择性等）不可能做得很好。第1页/共36页2（2）超外差式（P5）高放：是中心频率可调的谐振放大器（有时省去）。本振：振荡频率也是可调的，且与载频的差值是固定的。中放：是频率固定的的谐振放大器，其性能(增益、选择性等)可以做得很好。整台接收机的性能主要由中频放大器决定。第2页/共36页3混频：将载频为fc的高频已调波vs(t)不失真地
2、变换为载频为fI的中频已调波vI(t)。不失真：包络不变（AM）或频率偏移规律不变（FM）例：调幅广播（AM）中波段 fc 为5351605kHz，本机振荡器的振荡频率fL为10002070kHz，中频（fI=fL-fc）固定为465 kHz。（1 1）调幅广播（AMAM）：（2 2）调频广播（FMFM）；（3 3）电视图象中频：（4 4）电视伴音第二中频：2几种常用中频几种常用中频第3页/共36页4 1作用作用 频谱搬移：将载频为 fc 的已调信号 vS(t)不失真地变换为载频为 fI 的已调信号 vI(t)。fL、fI、fc 之间的关系为2组成模型组成模型 为典型的频谱搬移电路，可用乘法器
3、和滤波器实现。3原理原理(1)混频二、混频实现模型二、混频实现模型第4页/共36页5设 若 fL fc 时，经乘法器，将 vS(t)的频谱不失真地搬移到 L 的两边：一边搬到 L+c 上，构成载波角频率为 L+c 的调幅信号；另一边搬到 L-c 上，载波角频率为 L-c。若令 I=L-c，则前者为无用的寄生分量，而后者为有用中频分量。(2)滤波 用调谐在 I=L-c 上的带通滤波器取出有用的分量。第5页/共36页6四、频谱搬移电路小结（四、频谱搬移电路小结（P229表）表）振幅调制、振幅解调（检波）、混频都属于频谱搬移过程，都可以用乘法器和相应的滤波器组成的电路来实现。输入信号参考信号输出信号
4、滤波器第6页/共36页7一混频增益一混频增益 定义：混频器的输出中频信号电压 Vi(或功率PI)对输入信号电压 Vs(或功率 PS)的比值，用分贝表示(与混频损耗 Lc 类似)或二二噪声系数噪声系数混频器主要性能指标（P253P253）第7页/共36页8定义：输入信号噪声功率比 (PS/Pn)I 对输出中频信号噪声功率比 (PI/Pn)o 的比值，即 接收机的噪声系数主要取决于它的前端电路，若无高频放大器，主要由混频电路决定。三三1 dB 1 dB 压缩电平压缩电平(P PI1dB I1dB)当 PS较小时，PI 随 PS 线性增大，混频增益为定值；当 PS较大时，PI 随 PS 增大趋于缓慢
5、。第8页/共36页9定义：比线性增长低 1 dB 时所对应的输出中频功率电平，称 1dB 压缩电平，用 PI1dB 表示。意义：PI1dB 所对应的 PS 是混频器动态范围的上限电平。四四混频失真混频失真来源：(1)接收机输入端存在的干扰信号；(2)混频器件非线性，使输出电流包含众多无用组合频率分量，若某些靠近中频，则中频滤波器无法将它们滤除，叠加在有用中频信号上，引起失真称混频失真。第9页/共36页10五五隔离度隔离度混频器各端口之间在理论上应相互隔离，确保任一端口上的功率不会窜到其他端口上。实际上，总有极少量功率在各端口之间窜通。定义：本端口功率与其窜通到另一端口的功率之比(用分贝表示)。
6、意义：用来评价窜通大小的性能指标。危害：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，加在本振端口的本振功率都比较大，当它窜通到输入信号端口时，就会通过输入信号回路加到天线上，产生本振功率的反向辐射，严重干扰邻近接收机。第10页/共36页11一、二极管环形混频器（双平衡混频器）一、二极管环形混频器（双平衡混频器）1电路电路（与（与P239P239图图4-2-84-2-8相比：相比：ABAB端接反，输出电压反相）端接反，输出电压反相）混频电路（本振信号vL应是大信号，高频已调波vs 应是小信号）D1-D4：工作在受vL控制的开关状态。第11页/共36页12Tr2初级线圈a,b
7、,c三点短路vo(t)=vs(t)当vL(t)0时：D2、D3（on),D1、D4(off)2隔离度：隔离度：较低，主要靠各二极管的匹配特性和变压器中较低，主要靠各二极管的匹配特性和变压器中心抽头的对称性来实现隔离。心抽头的对称性来实现隔离。第12页/共36页13二、由乘法器和滤波器构成的混频器二、由乘法器和滤波器构成的混频器乘法器：线性模拟乘法器MC1595 开关型乘法器MC1596、MC1496（vL应是大信号）例：P246 图4-2-14 vc(t)vL(t)v(t)vs(t)BPF:fo=fIvL(t)vs(t)第13页/共36页14三、三极管混频电路三、三极管混频电路（三极管始终导通
8、，vL是大信号，vs是小信号线性时变状态）1四种混频电路形式四种混频电路形式共同点：利用发射结的非线性进行混频。不同点：（1）共E：工作频率低；共B：工作频率高。第14页/共36页15不同点：（2）vs、vL加在同一极的，信号会牵引本振；vs、vL加在不同极的，牵引小，本振波形好。（3）vL加在E极，输入电阻小，本振电路负载重，不易起振；vL加在B极，输入电阻大，本振电路负载轻，容易起振。第15页/共36页162工作原理工作原理L1C1：输入信号回路，调谐在 fcL2C2：输出中频回路，调谐在 fI本振电压 vL=VLmcos Lt 接在基极回路中，VBB0 为基极静态偏置电压。vBE(t)=
9、VBB0+vL(t)+vS(t)将 VBB0+vL(t)作为T的等效基极偏置电压，用 vBB(t)表示，称 为 时 变 基 极 偏 置 电 压，当 输 入 信 号 电 压 vS(t)=Vsmcos ct很小，满足线性时变条件时，三极管集电极电流为：iC f(vBE)IC0(vL)+gm(vL)vS第16页/共36页17iC f(vBE)IC0(vL)+gm(vL)vS在时变偏压作用下，gm(vL)的傅氏级数展开式为：gm(vL)=gm(t)=g0+gm1cos Lt+gm2cos2 Lt+其中，基波分量 gmlcos Lt 与输入信号电压 vS 相乘gmlcos Lt Vsmcos ct=gm
10、lVsmcos(L-c)t+cos(L+c)t令 I=L-c，得中频电流分量为iI =IImcos It =其中称为混频跨导，定义为输出中频电流幅值 IIm 对输入信号电压幅值 Vsm 之比，其值等于 gm(t)中基波分量幅度 gm1 的一半。第17页/共36页18若设中频回路的谐振电阻为 Re，则所需的中频输出电压 vI=-iIRe，相应的混频增益为AC=-gmc Re（1）电路组成3实例（实例（P260P260中波广播收音机的三极管混频器电路）中波广播收音机的三极管混频器电路）第18页/共36页19本振为电感三点式电路。本振电压输出由耦合线圈 Le 加到 T1 管的发射极上。天线上感生的信
11、号电压通过耦合线圈 La 加到输入信号回路，再通过耦合线圈 Lb 加到 T1 管的基极上。第19页/共36页20C为三个电容和线圈的最上部分所等效的电容 直流通路：本振等效电路：混频等效电路：（2）各组成模块等效电路（B极输入，E极注入，共E）第20页/共36页21（3）同步调谐靠输入LC回路和本振LC回路的双联可调电容进行同步调谐，输入回路的值低，本振回路的值高，主要靠本振选台。对输入信号频率，本振LCLC回路严重失谐，Le 回路看作对输入信号短路；对本振信号频率，输入LC回路严重失谐，而且Lb 的值较小，Lb 看作对本振信号短路，避免输入信号和本振信号互相干扰。对本振信号频率，输入LC回路
12、严重失谐，而且La 的值较小，La 看作对本振信号短路，避免本振信号反向辐射。（4）隔离度第21页/共36页22混频利用了器件特性的非线性，而器件的非线性又是混频器产生各种干扰的根源。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(组合频率干扰组合频率干扰)(1)产生：混频器输入有用信号时，混频器件输出电流将出现众多组合频率分量：fp,q=|pfL qfc|混频器中存在着无数个变换通道，其中只有 p=q=1 的通道是有用的，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无用甚至有害。混频失真第22页/共36页23例：fc =931 kHz，fI=465 kH
13、z，fL =fc+fI=1 396 kHz 当 fc 与 fL 混合后，输出可能存在 2fc-fL=2 931-1 396=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。现象：听到的声音为哨叫干扰哨声干扰的原因：组合频率干扰：显然，产生哨叫的条件：|pfL qfc|=fI F 式中：F 为音频。经分析，得产生干扰哨声的输入有用信号频率 fc为：fI F，上式可简化为第23页/共36页24(2)减小干扰哨声的办法：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
14、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1 1：由 ，当 p=0，q=1 时干扰哨声强，即 fc 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 465 kHz。(中波：535 1 605 kHz)例2：fc=931kHz时，会产生干扰哨声（p=1,q=2）。因此不能把电台载波频率设在fc=931kHz。例3：p=3,q=4时，即fc=4fI=1860kHz 在波段外，且p+q阶数大，幅度小，因此不需考虑此频点的干扰哨声。第24页/共36页252寄生通道干扰寄生通道干扰(副波道干扰副波道干扰)(
15、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(4-3-10)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。现象：收听载波为fc的电台时，同时收听到载波为fM的电台的声音。受 fL-fc=fI 的限制，(4-3-10)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 (4-3-11)如果阶数（p+q）越小，干扰越严重。第25页/共36页26 中频干扰(p=0，q=1)镜像干扰(p=1，q=1)
16、若将 fL 想象为一面镜子，则 fK 就是 fc 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。在高放输入端，可加中频陷波器滤除。fK=fL+fI=fc+2fI，这时，干扰信号 fK 在混频器中与本振信号 fL混频后，变换为中频。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。寄生通道干扰的两种最强情况：第26页/共36页27 镜像干扰：fK-fc=2fI，可以采用两种措施：高中频方案、二次混频。3高中频方案高中频方案中频的两种选择方案：(1)低中频方案，fI f频段。(2)高中频方案，fI f
17、频段。4二次混频二次混频优点：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。第27页/共36页28例：GSM接收机，第一中频很高，为 240 MHz，可以在第一混频器前（用输入回路或高放的滤波器）将镜像频率干扰有效地滤除。第二中频很低，为 10.7 MHz，有利于提高中频放大器的增益。第28页/共36页29二、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交调失真交调失真若
18、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。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。设混频器件在静态工作点上展开的伏安特性为：i =f(v)=a0+a1v+a2v2+a3v3+a4v4+其中v=vL+vS+vM =VLmcos Lt+Vsmcos ct+VMmcos Mt第29页/共36页30代入上式可知，v 的二次方项(展开式中的 2a1vLvS)、四次方项(展开式中的 4a4 vS+4a4vL +12a4vLvS )及更高偶次方项均会产生中频电流分量。其中
19、 12a4vLvS 产生的中频电流分量振幅为 3a4vLmvSm ，其值与 VMm 有关。表明该电流分量振幅中含有干扰信号的包络变化，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，故称为交叉调制失真。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。注意：交调干扰时，对干扰信号的频率fM没有要求，任何频率只要能进入接收机前端电路都可形成干扰。第30页/共36页312互调失真互调失真当混频器输入端同时作用着两个干扰信号 vM1 和 vM2 时，混频器还可能产生互调失真。令
20、v=vL+vS+vM1+vM2=VLmcos Lt+Vsmcos ct+VM1mcos M1t +VM2mcos M2t则 i 中将包含的组合频率分量：fp,q,r,s=其中，除了 fL-fc=fI(p=q=1，r=s=0)的有用中频分量外，还可能在着某些特定的 r 和 s 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。这种失真由两个干扰信号互相调制产生的，故称互调失真。第31页/共36页32当 VM1m 和 VM2m一定时，r 和 s 值越小，相应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 fM1、fM2 十分靠近有用信号频率，则在 r 和 s
21、为小值时(r=1，s=2 或 r=2，s=1)的组合频率分量的频率有可能趋近于 fI，即fL-(-(2fM1-fM2)fI 或 fL-(2fM2-fM1)fI亦即2fM1-fM2 fc或2fM2-fM1 fc因而这种互调失真最严重。由于 r+s=3，故将这种失真称为三阶互调失真，它是由 v 四次方项中的 12a4vL vM2 或 12a4vLvM1 产生的。三阶互调失真的干扰信号频率十分靠近有用信号频率，混频前滤波器不能有效滤除，与交调失真和其他非线性失真比较，三阶互调失真的危害最严重。第32页/共36页33作用到混频器上的本振、有用、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。
22、不同原因产生的干扰在接收机中有特定的名称，如图所示：fs干扰哨声fL寄生通道干扰fM1交叉调制互相调制fM2第33页/共36页34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(1)将中频选在接收频段之外(2)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：模拟乘法器、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。第34页/共36页35思考：（1 1）用P246P246图4-2-144-2-14作混频时，会不会产生中频寄生通道干扰和镜像干扰？（2 2）P260P260的图4-3-74-3-7会不会产生中频寄生通道干扰和镜像干扰？第35页/共36页36感谢您的观看！第36页/共36页