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1、第6章 振幅调制、解调及混频 6.1 振幅调制振幅调制 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调6.3 混频混频6.4 混频器的干扰混频器的干扰振幅调制振幅调制振幅调制振幅调制:调制是利用调制信号的大小去控制高频载频信号的调制是利用调制信号的大小去控制高频载频信号的振幅振幅,使其随调制信号波形的变化而呈线性变化使其随调制信号波形的变化而呈线性变化,其它参数其它参数(频频率与相位率与相位)不变不变.振幅调制振幅调制振幅调制振幅调制分类分类分类分类:AM DSB SSB:AM DSB SSB6.1 振幅调制振幅调制 6.1.1.振幅调制信号分析振幅调制信号分析(一一一一).AM).AM调幅波的分析调幅
2、波的分析调幅波的分析调幅波的分析(二二二二).).双边带信号分析双边带信号分析双边带信号分析双边带信号分析(三三三三).).单边带信号分析单边带信号分析单边带信号分析单边带信号分析6.1.2.振幅调制电路振幅调制电路1.1.1.1.调幅波的数学表示式推导调幅波的数学表示式推导调幅波的数学表示式推导调幅波的数学表示式推导(一一一一).).调幅波的分析调幅波的分析调幅波的分析调幅波的分析(a)(a)设调制信号为设调制信号为单频余弦信号单频余弦信号 载波信号载波信号 由振幅调制信号的定义由振幅调制信号的定义,已调信号的振幅与调制信号已调信号的振幅与调制信号u成正比成正比.式中式中式中式中,m,m,m
3、,m称为调制度称为调制度称为调制度称为调制度:kakakaka称为调制灵敏度称为调制灵敏度称为调制灵敏度称为调制灵敏度则已调信号振幅则已调信号振幅6.1.1.振幅调制信号分析振幅调制信号分析2.2.普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图令令令令 c c ，0 0m1m1。(a)(a)(a)(a)调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波图中已调波的振幅称为图中已调波的振幅称为调幅信号的包络调幅信号的包络（见图示）（见图示），大小为，大小为:包络的最大值包络的最大值包络的最小值包络的最小值 当当 m1 m1 时，调幅信号会出
4、现时，调幅信号会出现过调幅失真的现象；所以，过调幅失真的现象；所以，m m 不能不能大于大于1 1。(a)(a)(a)(a)调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波3.调幅信号的频谱及带宽调幅信号的频谱及带宽 由图看出调幅过程实际由图看出调幅过程实际上是频谱搬移过程，即将调上是频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频，幅度率两侧的上、下边频，幅度均等于均等于 对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带
5、宽度宽度B=2 或或B=2F(=2 F).(b)(b)调制信号为连续频谱信号调制信号为连续频谱信号(b)(b)调制信号为连续频谱信号调制信号为连续频谱信号 对于多音频的调制信号，若其频率范围是对于多音频的调制信号，若其频率范围是(fmin,fmax)，则已，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍:B=2 fmax。（a）语音）语音信号信号频谱频谱（b）已调信号频谱）已调信号频谱4.普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系将将 作用在负载电阻作用在负载电阻R RL L上上(a)载波功率载波功率(b)(b)每个边频功率每个边频功率(上边频或下边频上
6、边频或下边频)(c)在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是因为因为ma1，所以边频功率之和最多占总输出功率的所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3，即调幅波中至少有，即调幅波中至少有2/3的功率不含信息。的功率不含信息。从有效利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。从有效利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。.普通调幅波的产生原理框图普通调幅波的产生原理框图(b)发射机的功率利用率不高。发射机的功率利用率不高。AM信号主要特点：信号主要特点：(a)调制信号的包络反映调制信号的调制信号的包络反映调制信号的 变化规律；变化规律；（二）（二）
7、.抑制载波的双边带调幅波（）分析抑制载波的双边带调幅波（）分析 为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号，这就形成了抑制载率，可以不发送载波，而只发送边带信号，这就形成了抑制载波双边带信号波双边带信号,简称双边带信号。简称双边带信号。其数学表达式为其数学表达式为f(t):t):DSBDSB信号波形信号波形 注意：注意：1 1）波形在调制）波形在调制信号过零点处出现有信号过零点处出现有180180O O的的相相位变化。位变化。2 2）双边带调制信号）双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的的包络已不再
8、反映调制信号的变化规律。变化规律。3)3)信号既调幅信号既调幅又调相又调相.DSBDSB信号频谱与带宽信号频谱与带宽 其所占据的频带宽度仍为其所占据的频带宽度仍为2F2F，或为调制信号频谱中最高频率或为调制信号频谱中最高频率的两倍，即的两倍，即.调幅波的产生原理框图调幅波的产生原理框图DSBDSB信号的功率信号的功率(a)由于抑制了载波分量，大大节省了发射机的发射功率由于抑制了载波分量，大大节省了发射机的发射功率;双边带信号主要特点：双边带信号主要特点：(b)双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的 变化规律变化规律.（三）（三）.单边带调幅波（）单边带
9、调幅波（）上边频与下边频的频谱分量对称，含有相同的信息。上边频与下边频的频谱分量对称，含有相同的信息。若只发送单个边带信号，称之为单边带通信若只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。单频调制的单频调制的表达式：表达式：或写为或写为:单频调制的单频调制的波形与频谱图：波形与频谱图：为为了了看看清清SSBSSB信信号号波波形形的的特特点点,下下面面分分析析双双音音调调制制时时产产生的生的SSBSSB信号波形。为分析方便信号波形。为分析方便,设双音频振幅相等设双音频振幅相等,即即将式将式6-226-22进行频谱分解可得进行频谱分解可得:3.3.双音调制时双音调制时SSBSSB的表达式的表达式
10、式式(6-22)(6-22)式式(6-23)(6-23)式式(6-20)(6-20)由式由式(6-22)(6-22)可以画出可以画出SSBSSB的时域波形图的时域波形图由式由式(6-23)(6-23)可以画出可以画出SSBSSB的频谱图的频谱图4.4.双音调制时双音调制时SSBSSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱可见可见DSBDSB信号是调幅调频波信号是调幅调频波可见可见DSBDSB调制是频谱的线性搬移调制是频谱的线性搬移5 5语音信号的频谱图及带宽：语音信号的频谱图及带宽：其频带宽度为：其频带宽度为：6 6SSBSSB信号的输出功率为：信号的输出功率为：8 8单边单边带带信号的主要特点：信
11、号的主要特点：(a)(a)节省发射机的发射功率。节省发射机的发射功率。(b)(b)单边带已调信号的频谱宽度被压缩一半单边带已调信号的频谱宽度被压缩一半,带宽利用率高。带宽利用率高。(c)(c)双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的变化规律双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的变化规律.7单边带调制的实现方法：单边带调制的实现方法：一是一是滤波法滤波法；二是；二是相移法相移法。下面简单介绍滤波法的原理：。下面简单介绍滤波法的原理：带通滤波器下边带上边带*带通滤波器的带宽要大于或等于调制信号的带宽。带通滤波器的带宽要大于或等于调制信号的带宽。电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波载波被抑制双
12、边带调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号单边带信号波形图波形图频谱图频谱图信号信号带宽带宽三种振幅调制信号对比三种振幅调制信号对比 6.1.26.1.2 振幅调制电路振幅调制电路（一）（一）A MA M调制电路调制电路（二）（二）.DSB.DSB调制电路调制电路 (三三).SSB).SSB调制电路调制电路1.高电平调制高电平调制 .低电平低电平AM调制调制 1 1高电平调制高电平调制 高高电电平平调调制制主主要要用用于于AMAM调调制制,这这种种调调制制是是在在高高频频功功率率放放大大器器中中进进行行的的。通通常常分分为为基基极极调调幅幅、集集电极调幅以及集电极基极电极调幅以及集电极基极(或
13、发射极或发射极)组合调幅。组合调幅。(a)(a)集电极调幅电路集电极调幅电路 (b)(b)基极调幅电路基极调幅电路 (a)(a)集电极调幅电路集电极调幅电路 集电极调幅的原理分析集电极调幅的原理分析:(b)(b)基极调幅电路基极调幅电路 基极调幅的波形基极调幅的波形 (1)(1)(1)(1)二极管电路二极管电路二极管电路二极管电路(a)(a)单二极管调制电路单二极管调制电路(b)(b)平衡二极管调制电路平衡二极管调制电路(2)(2)利用利用(单单)差分对电路产生普通调幅波差分对电路产生普通调幅波(3)(3)利用模拟乘法器产生利用模拟乘法器产生AMAM信号电路信号电路 低电平低电平AMAM调制调
14、制 (a)(a)单二极管调制电路单二极管调制电路 (三三).SSB).SSB调制电路调制电路 SSBSSB信号是将双边带信号信号是将双边带信号滤除滤除或或抵消抵消掉一个边带掉一个边带形成的。主要有滤波法和移相法两种。形成的。主要有滤波法和移相法两种。1.1.滤波法滤波法 带通滤波器上上/下边带通滤波器下边带通滤波器:中心频率为中心频率为:(:(fcFmax/2),带宽为略大于或等于带宽为略大于或等于Fmax。下边带上边带由于由于 00 min,min,上、下边带间的上、下边带间的距离很近，要想距离很近，要想通过一个边带而通过一个边带而滤除另一个边带滤除另一个边带,就对滤波器提出就对滤波器提出了
15、严格的要求。了严格的要求。移移相相法法是是利利用用移移相相网网络络,对对载载波波和和调调制制信信号号进进行行适适当当的的相相移移,然然后后相相加加,从从而而将将其其中中的的一一个个边边带带抵抵消消掉而获得掉而获得SSBSSB信号。信号。2.2.2.2.移相法移相法移相法移相法(1)(1)其依据如下其依据如下:可写为可写为:同理有同理有:(2)(2)移相法产生移相法产生SSBSSB调制信号原理框图调制信号原理框图 6.2 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调 振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类。振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类。一一.调幅解调的方法调幅解调的方法 振幅解调振幅解
16、调(又称检波又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近失真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也因此，检波器也属于频谱搬移电路。属于频谱搬移电路。(a)(a)包络检波包络检波:主要用于普通调幅主要用于普通调幅(AM)(AM)信号的解调信号的解调.(b)(b)主要主要由二极管和低通滤波器组成。由二极管和低通滤波器组成。(b)(b)同步检波器同步检波器
17、:主要用于双边带和单边带信号主要用于双边带和单边带信号(DSB/SSB)(DSB/SSB)的解调的解调 它们都需要用它们都需要用同步同步的恢复载波信号的恢复载波信号u ur r进行解调。进行解调。同步检波又可以分为乘积型和叠加型同步检波又可以分为乘积型和叠加型两类。两类。2 2 工作工作波形图波形图二、二极管峰值包络检波器二、二极管峰值包络检波器1 1原理电路原理电路RC电路：电路：二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号。二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号。一是起高频滤波作用。一是起高频滤波作用。故必须满足：故必须满足：式中：式中：c c为输入信号的载频为输入信号的
18、载频,在超外差接收机中则为中频在超外差接收机中则为中频I I 为调制频率。为调制频率。即在理想情况下即在理想情况下,RC,RC网络的阻抗网络的阻抗Z Z应为应为包络检波器的输出电路包络检波器的输出电路在在二二极极管管截截止止期期间间,电电容容C C两两端端电电压压下下降降的的速速度度取取决决于于RCRC的时间常数。的时间常数。检波器的失真检波器的失真1)1)惰性失真惰性失真为为了了避避免免产产生生惰惰性性失失真真,必必须须在在任任何何一一个个高高频频周周期期内内,使使电容电容C C通过通过R R放电的速度大于或等于包络的下降速度放电的速度大于或等于包络的下降速度可得出不失真条件如下可得出不失真
19、条件如下:(660)(660)）负峰切割失真）负峰切割失真(底部切割失真底部切割失真)检波器输出常用隔直流电检波器输出常用隔直流电容容Cc与下级耦合，如图所示。与下级耦合，如图所示。Rg代表下级电路的输入电阻。代表下级电路的输入电阻。考虑了耦合电容考虑了耦合电容Cc和低放和低放输入电阻输入电阻Rg后的检波电路后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求为了有效地传送低频信号，要求则检波过程中，则检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻两端建立了直流电压经电阻R和和Rg分压，在分压，在R上得到的直流电压为：上得到的直流电压为：对于二极管来说，对于二极管来说，VR是是反偏压，它有可能阻止二极反偏压，它
20、有可能阻止二极管导通，从而产生失真。管导通，从而产生失真。负峰切割失真波形负峰切割失真波形 为了避免底部切割失真，为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度调幅波的最小幅度Vim(1ma)必须大于必须大于VR即：即：图644 减小底部切削失真的电路 小信号检波器小信号检波器 6.3 混频 一一.混频的概述混频的概述 1 1混频的概念混频的概念 (a)(a)定义定义:混混频频也也称称为为变变频频,是是一一种种频频谱谱线线性性搬搬移移过过程程,是是指指将将原信号的各频率分量搬移到新的频率上。原信号的各频率分量搬移到新的频率上。混混频频器器有有两两个个输输入入电电压压:输输入入信信号号u us s和和本
21、本地地振振荡荡信信号号u uL L,其工作频率分别为其工作频率分别为f fc c和和f fL L;混混频频器器的的输输出出信信号号称称为为中中频频信信号号u uI I,其其频频率率是是f fc c和和f fL L的差频或和频的差频或和频,称为中频称为中频f fI I (b)(b)分类分类:f fI I=f fL L+f fc c时时称称为为向向上上变变频频,输输出出高高中中频频,用用于于发发射射系系统统;f fI I=f fL L-f fc c 或或f fI I=f fc c-f fL L 时时称称为为向向下下变变频频,输输出出低低中中频频,用用于接收系统于接收系统。其中其中f fI I=f
22、fL L-f fc c时称为超外差时称为超外差,f fI I=f fL L-f fc c时称为超内差时称为超内差.(c)(c)作作用用:在在通通信信接接收收机机中中,混混频频电电路路的的作作用用在在于于将将不不同同载载频频的的高高频频已已调调波波信信号号变变换换为为同同一一个个固固定定载载频频(一一般般称称为为中中频频)的的高高频频已已调调波信号波信号,而保持其调制规律不变。而保持其调制规律不变。例例如如,在在超超外外差差式式广广播播接接收收机机中中,把把载载频频位位于于535 535 kHzkHz1605kHz1605kHz中中波波波波段段各各电电台台的的普普通通调调幅幅信信号号变变换换为为
23、中中频频为为465kHz465kHz的的普普通通调调幅幅信信号号,把把载载频频位位于于88 88 MHzMHz 10.8MHz10.8MHz的的各各调调频频台台信信号号变变换换为为中中频频为为10.7MHz10.7MHz的的调调频频信信号号,把把载载频频位位于于四四十十几几兆兆赫赫至至近近千千兆兆赫赫频频段内各段内各电视电视台信号变换为中频为台信号变换为中频为38 MHz38 MHz的视频信号。的视频信号。变变频频的的优优点点：由由于于设设计计和和制制作作增增益益高高,选选择择性性好好,工工作作频频率率较较原原载载频频低低的的固固定定中中频频放放大大器器比比较较容容易易,所所以以采采用用混混频
24、频方方式式可可大大大大提高接收机的性能。提高接收机的性能。1)1)1)1)变频可提高接收机的灵敏度变频可提高接收机的灵敏度变频可提高接收机的灵敏度变频可提高接收机的灵敏度 2)2)2)2)提高接收机的选择性提高接收机的选择性提高接收机的选择性提高接收机的选择性 3)3)3)3)工作稳定性好工作稳定性好工作稳定性好工作稳定性好 4)4)4)4)波段工作时其质量指标一致性好波段工作时其质量指标一致性好波段工作时其质量指标一致性好波段工作时其质量指标一致性好 变频的缺点变频的缺点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰(d)(d)混频的混频的波形波形变换关系变换关系(AM
25、(AM超外差超外差)(e)混频的混频的频谱频谱变换关系变换关系(AM(AM超外差超外差)(f)(f)混频器的混频器的实现方法实现方法原理组成框图原理组成框图 (g)(g)三种频谱线性搬移功能三种频谱线性搬移功能频谱频谱变换关系对比图变换关系对比图:(a)(a)调制调制(b)(b)解调解调(c)(c)混频混频2 2混频器的工作原理混频器的工作原理 (1)(1)乘积型混频器实现模型乘积型混频器实现模型 (686)(686)(b)若若输入已调信号输入已调信号输入已调信号输入已调信号u u u us s s s为为AMAM波波:(a(a(a(a）设输入到混频器中的输入已调设输入到混频器中的输入已调设输
26、入到混频器中的输入已调设输入到混频器中的输入已调(DSB)(DSB)(DSB)(DSB)信号信号信号信号u u u us s s s和本振电和本振电和本振电和本振电压压压压u u u uL L L L分别为分别为分别为分别为u u u us s s s=U U U Us s s scoscoscoscost t t tcoscoscoscosc c c ct t t t u u u uL L L L=U U U UL L L LcoscoscoscosL L L Lt t t t 采用中心频率不同的带通滤波器采用中心频率不同的带通滤波器(0 s)或或(0+s)则可则可完成低中频混频或高中频混频
27、。完成低中频混频或高中频混频。(2)(2)叠加型非线性混频器模型叠加型非线性混频器模型设混频器的输入信号为设混频器的输入信号为(SSB)(SSB)高频等幅波高频等幅波u us=U Uscos2cos2fct t本振电压为本振电压为本振电压为本振电压为u u u uL=U U U ULcoscos2fLt t t t混频电路中的非线性器件的转移特性的幂级数展开式为混频电路中的非线性器件的转移特性的幂级数展开式为:i=a0+a1u+a2u2+a3u3+a4u4+其中其中u=us+uL=Uscos2fct+ULcos 2fLt可可见见,i中中含含有有无无限限多多个个组组合合频频率率分分量量:若用带通
28、滤波器取出所需的中频成分若用带通滤波器取出所需的中频成分:和频和频(0 0+s s)或差频或差频(0 0-s s)，可达到混频的目的。，可达到混频的目的。3 3混频器的主要性能指标混频器的主要性能指标 (1)(1)(1)(1)变频增益变频增益变频增益变频增益 变变变变频频频频电电电电压压压压增增增增益益益益定定定定义义义义为为为为变变变变频频频频器器器器中中中中频频频频输输输输出出出出电电电电压振幅压振幅压振幅压振幅U U U UI I I I与高频输入信号电压振幅与高频输入信号电压振幅与高频输入信号电压振幅与高频输入信号电压振幅U U U Us s s s之比之比之比之比,即即即即(688)
29、(688)通常用分贝数表示变频增益通常用分贝数表示变频增益,有有(690)(690)变频电压增益越大变频电压增益越大变频电压增益越大变频电压增益越大,越有利于提高接收的灵敏度越有利于提高接收的灵敏度越有利于提高接收的灵敏度越有利于提高接收的灵敏度.(2)(2)噪声系数噪声系数 混频器的噪声系数混频器的噪声系数混频器的噪声系数混频器的噪声系数N N N NF F F F 定义为定义为定义为定义为输入信噪比输入信噪比(信号频率信号频率)输出信噪比输出信噪比(中频频率中频频率)(692(692)噪声系数噪声系数噪声系数噪声系数N N N NF F F F 越小越好越小越好.(3)(3)失真与干扰失真
30、与干扰 要要要要求求求求变变变变频频频频器器器器工工工工作作作作在在在在非非非非线线线线性性性性不不不不太太太太严严严严重重重重的的的的区区区区域域域域,使之既能完成频率变换使之既能完成频率变换使之既能完成频率变换使之既能完成频率变换,又能抑制各种干扰。又能抑制各种干扰。又能抑制各种干扰。又能抑制各种干扰。(4)(4)变频压缩变频压缩(抑制抑制)在在在在混混混混频频频频器器器器中中中中,输输输输出出出出与与与与输输输输入入入入信信信信号号号号幅幅幅幅度度度度应应应应成成成成线线线线性性性性关关关关系系系系。实实实实际际际际上上上上,由由由由于于于于非非非非线线线线性性性性器器器器件件件件的的的
31、的限限限限制制制制,当当当当输输输输入入入入信信信信号号号号增增增增加加加加到到到到一一一一定定定定程程程程度度度度时时时时,中中中中频频频频输输输输出出出出信信信信号号号号的的的的幅幅幅幅度度度度与与与与输输输输入入入入不不不不再再再再成成成成线线线线性性性性关关关关系系系系,如如如如图图图图所所所所示示示示。变变频频压压缩缩主主主主要要要要是是是是指指指指混混混混频频频频电电电电路路路路在最大输出中频功率时所对应的最大的输入电平。在最大输出中频功率时所对应的最大的输入电平。在最大输出中频功率时所对应的最大的输入电平。在最大输出中频功率时所对应的最大的输入电平。(5)(5)选择性选择性 混混
32、频频器器的的中中频频输输出出应应该该只只有有所所要要接接收收的的有有用用信信号号(反反映映为为中中频频,即即f fI I=f fL L-f fc c),),而而不不应应该该有有其其它它不不需需要要的的干干扰扰信信号号。但但在在混混频频器器的的输输出出中中,由由于于各各种种原原因因,总总会会混混杂杂很很多多与与中中频频频频率率接接近近的的干干扰扰信信号号。即对即对混频器的输出回路的选择性提出了要求混频器的输出回路的选择性提出了要求.混频器的分类混频器的分类:平衡混频、平衡混频、按器件分：按器件分：二极管混频器、二极管混频器、三极管混频器三极管混频器、场效应管混频器场效应管混频器模拟乘法器混频器模
33、拟乘法器混频器、按工作特点分：按工作特点分：单管混频单管混频环型混频环型混频从两个输入信号在时域上的处理过程看：从两个输入信号在时域上的处理过程看：叠加型混频器、叠加型混频器、乘积型混频器乘积型混频器二二.混频电路混频电路 1 1晶体三极管混频器晶体三极管混频器 (1)(1)三极管混频器的电路模型三极管混频器的电路模型:(693(693)经集电极谐振回路滤波后经集电极谐振回路滤波后,得到中频电流得到中频电流i iI I (694)(694)式中式中式中式中:g g g gC C C C称为称为称为称为变频跨导变频跨导,g g g gC C C C=g g g gm1m1m1m12,2,2,2,
34、输出中频电流振幅输出中频电流振幅 输入高频电压振幅输入高频电压振幅 (695)(695)(696)(696)(697)(697)(2)(2)三极管混频器的其它形式三极管混频器的其它形式:fi+vsvo(a)fi+vsvo(b)fi+vsvo(c)fi+vsvo(d)fi+vsvo(a)fi+vsvo(b)图图(a)电路对振荡电压来说是共发电路，电路对振荡电压来说是共发电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振荡注输出阻抗较大，混频时所需本地振荡注入功率较小。但因为信号输入电路与振入功率较小。但因为信号输入电路与振荡电路相互影响较大荡电路相互影响较大(直接耦合直接耦合)，可能，可能产生频率牵引现象。产
35、生频率牵引现象。图图(b)电路的输入信号与本振电压分别从电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，产生牵引现象的基极输入和发射极注入，产生牵引现象的可能性小。对于本振电压来说是共基电路，可能性小。对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡其输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。但需要较大的本振注入波形好，失真小。但需要较大的本振注入功率。功率。fi+vsvo(c)fi+vsvo(d)图图(c)和和(d)两种电路都是共基混频电路。在较低的频率两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益低，输入阻抗也较低，因此在频率较工作时，变频增益低，输入阻
36、抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时低时一般都不采用。但在较高的频率工作时(几十几十MHz)，因为共基电路的截止频率因为共基电路的截止频率f 比共发电路的比共发电路的f 要大很多，要大很多，所以变频增益较大。因此，在较高频率工作时采用这种所以变频增益较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。电路。三极管混频器三极管混频器 优点：有变频增益优点：有变频增益 缺点：缺点：1、动态范围较小动态范围较小 2、组合频率干扰严重组合频率干扰严重 3、噪声较大噪声较大 4、存在本地辐射存在本地辐射二极管混频器二极管混频器 优点：优点：1、动态范围较大动态范围较大 2、组合频率干扰少组
37、合频率干扰少 3、噪声较小噪声较小 4、不存在本地辐射不存在本地辐射 缺点：无变频增益缺点：无变频增益 2 2二极管混频电路二极管混频电路 (1)(1)(1)(1)二极管平衡混频器二极管平衡混频器二极管平衡混频器二极管平衡混频器(698(698)输出端接中频滤波器输出端接中频滤波器,则输出中频电压则输出中频电压u uI I为为(6100(6100)输输输输入入入入信信信信号号号号u u u us s s s为为为为已已已已调调调调信信信信号号号号；本本本本振振振振电电电电压压压压为为为为u u u uL L L L,有有有有U U U ULLLLU U U Us,s,s,s,大大大大信信信信号
38、号号号工工工工作作作作,由由由由第第第第5 5 5 5章章章章可可可可得得得得输输输输出出出出电流为电流为电流为电流为:平衡混频器输出电流的频率成份为：平衡混频器输出电流的频率成份为：在在在在高高高高质质质质量量量量通通通通信信信信设设设设备备备备中中中中以以以以及及及及工工工工作作作作频频频频率率率率较较较较高高高高时时时时,常常常常使使使使用用用用二二二二极极极极管管管管混混混混频器。其优点是噪声低、电路简单、组合分量少。频器。其优点是噪声低、电路简单、组合分量少。频器。其优点是噪声低、电路简单、组合分量少。频器。其优点是噪声低、电路简单、组合分量少。(2)(2)二极管环形混频器二极管环形
39、混频器经中频滤波后经中频滤波后,得输出中频电压得输出中频电压(6100)(6100)(6101)(6101)环型混频器输出电流的频率成份为：环型混频器输出电流的频率成份为：环环形形混混频频器器由由两两个个平平衡衡混混频频器器构构成成，其其主主要要优优点点是是输输出出中中频频信信号号是是平平衡衡混混频频器器的的两两倍倍，而而且且抵抵消消了了输输出出电电流流中中的的某某些些组组合频率分量，从而减小混频器中所特有的组合频率干扰。合频率分量，从而减小混频器中所特有的组合频率干扰。目前，许多从短波到微波波段的整体封装二极管环形目前，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，一个用于混
40、频器已作为系列产品，一个用于0.5500MHz的典型环形的典型环形混频器混频器(SRA-1双平衡混频器双平衡混频器)的外形及电路示于下图。的外形及电路示于下图。使用时，使用时，8，9端外接信号电压端外接信号电压 s，3，4端相连，端相连，5，6端端相连，然后在相连，然后在3，5端间加本振电压端间加本振电压 L，中频信号由中频信号由1，2端端输出。此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、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。电调衰减器、调制器等。封装环形混频器的外形与电路封装环形混频器的外形与电路 前面讲过，混频是由非线性器件完成，前面讲过，混频是由非线性器
41、件完成，其可产生多个组合频率分量，因此，也由此会其可产生多个组合频率分量，因此，也由此会产生各种干扰和失真。主要类型有：产生各种干扰和失真。主要类型有：1 1、干扰哨声、干扰哨声 2 2、寄生通道干扰、寄生通道干扰(副波道干扰副波道干扰)3 3、交叉调制失真、交叉调制失真 4 4、互相调制失真、互相调制失真 5.5.包络失真和阻塞干扰包络失真和阻塞干扰 6.6.倒易混频倒易混频6.4 混频器的干扰混频器的干扰一一.信号与本振的自身组合干扰信号与本振的自身组合干扰(干扰哨声干扰哨声)但但但但同同同同时时时时必必必必然然然然有有有有组组组组合合合合频频频频率率率率分分分分量量量量，这这这这些些些些
42、分分分分量量量量落落落落在在在在谐谐谐谐振振振振回回回回路路路路的的的的通通通通频频频频带带带带内内内内，和和和和有有有有用用用用的的的的中中中中频频频频分分分分量量量量一一一一起起起起通通通通过过过过中中中中放放放放进进进进入入入入检检检检波波波波器器器器，并并并并在在在在检检检检波波波波电电电电路路路路中中中中与与与与有有有有用用用用信信信信号号号号产产产产生生生生差差差差拍拍拍拍，这这这这时时时时在在在在接接接接收收收收机机机机的的的的输输输输出出出出端端端端将将将将产产产产生生生生哨哨哨哨叫叫叫叫声声声声，形形形形成有害的干扰。这种干扰称为干扰哨叫。成有害的干扰。这种干扰称为干扰哨叫。
43、成有害的干扰。这种干扰称为干扰哨叫。成有害的干扰。这种干扰称为干扰哨叫。对混频器而言对混频器而言,作用于非线性器件的两个信号为输作用于非线性器件的两个信号为输入信号入信号u us s(f fc c)和本振电压和本振电压u uL L(f fL L),),则非线性器件产生的则非线性器件产生的组合频率分量为组合频率分量为:这样这样这样这样,能产生中频组合分量的信号频率、本振频率能产生中频组合分量的信号频率、本振频率能产生中频组合分量的信号频率、本振频率能产生中频组合分量的信号频率、本振频率与中频之间有下列关系：与中频之间有下列关系：与中频之间有下列关系：与中频之间有下列关系：，p p p p、q q
44、 q q为正整数或零。为正整数或零。为正整数或零。为正整数或零。其中，其中，其中，其中，p=q=1p=q=1p=q=1p=q=1时形成中频时形成中频时形成中频时形成中频:如果取如果取如果取如果取f fc c-f-fL L=f fI I,可得：可得：可得：可得：(6106)(6106)表表6161：fcfI与与p p、q q的关系表的关系表 当取当取fL-fc=fI时时,上式变为：上式变为：(6105(6105)fcfcfI fI称为称为称为称为变频比变频比变频比变频比。存在这种干扰的条件是存在这种干扰的条件是:可见，可见，1 1）接收信号的频率是中频的整数倍或分数倍，即产生干扰哨声）接收信号的
45、频率是中频的整数倍或分数倍，即产生干扰哨声 2 2）接收的信号频率越接近中频，干扰越强。其它信号可忽略）接收的信号频率越接近中频，干扰越强。其它信号可忽略解决的办法解决的办法:(a)(a)选择合适的中频值如选择合适的中频值如“避开避开”将中频移到接收信将中频移到接收信号频段以外号频段以外 (b)(b)选择合适的混频电路选择合适的混频电路,减少组合频率分量如乘法器减少组合频率分量如乘法器 例如：例如：则则但但产生产生 低频干扰低频干扰且且产生产生 低频干扰低频干扰 二二.外外来来干干扰扰与与本本振振的的组组合合干干扰扰(寄寄生生通通道干扰道干扰/副波道干扰副波道干扰)意思是：意思是：接收机在接收
46、机在正常接收正常接收某电台某电台信号时，接收到的信号时，接收到的电台电台信号送入混频器与本振信号信号送入混频器与本振信号混频混频产生中频，进入产生中频，进入中频放大中频放大器放大，然后器放大，然后检波检波，形成声音，形成声音，但同时接收机也还会收到其它但同时接收机也还会收到其它无关电台无关电台的频率信的频率信号，号，若其与本振混频也产生中频若其与本振混频也产生中频，则它会与有用的中频信，则它会与有用的中频信号一起被放大，检波，形成干扰信号的声音，号一起被放大，检波，形成干扰信号的声音，表现为串台表现为串台,还可能夹杂着哨叫声还可能夹杂着哨叫声这种干扰就叫这种干扰就叫寄生通道干扰寄生通道干扰。设
47、干扰电压为设干扰电压为uJ(t)=UJcosJt,频率为频率为fJ。所以形成干扰的条件是所以形成干扰的条件是“干扰信号干扰信号也能产生中频也能产生中频”，即，即 :外来干扰的示意图外来干扰的示意图 在这种情况下在这种情况下,混频器的输入、输出和本振的示意图见图混频器的输入、输出和本振的示意图见图用用fL fc fI（超外差：（超外差：fL-fc=fI）代入上式）代入上式,可得可得(6107)(6107)产生最强的干扰：一是中频干扰；二是镜像频率干扰。产生最强的干扰：一是中频干扰；二是镜像频率干扰。1 1）中频干扰。当）中频干扰。当 ，即，即 时的干扰。时的干扰。2 2）镜像频率干扰。当）镜像频
48、率干扰。当 ，即，即 的干扰。的干扰。3 3）组合副波道干扰。当）组合副波道干扰。当 ，即，即 的干扰。的干扰。1.1.中频干扰中频干扰 当当干干扰扰频频率率等等于于或或接接近近于于接接收收机机中中频频时时,如如果果接接收收机机前前端端电电路路的的选选择择性性不不够够好好,干干扰扰电电压压一一旦旦漏漏到到混混频频器器的的输输入入端端,混混频频器器对对这这种种干干扰扰相相当当于于一一级级(中中频频)放放大大器器,放放大大器器的的跨跨导导为为g gm m(t(t)中中的的g gm0m0,从从而而将将干干扰扰放放大大,并并顺顺利利地通过其后各级电路地通过其后各级电路,就会在就会在输出端形成干扰。输出
49、端形成干扰。抑制中频干扰的措施抑制中频干扰的措施:(a)(a)提高前端的选择性提高前端的选择性 (b)(b)加中频陷波电路加中频陷波电路 (c)(c)将中频选在接收频段以外。将中频选在接收频段以外。2 2镜像干扰镜像干扰 设设混混频频器器中中f fL L f fc c,当当外外来来干干扰扰频频率率f fJ J=f fL L+f fI I时时,u uJ J与与u uL L共共同同作作用用在在混混频频器器输输入入端端,也也会会产产生生差差频频f fJ J-f fL L=f fI I,从从而而在在接接收收机机输输出出端端听听到到干干扰扰电电台台的的声声音音。f fJ J、f fL L及及f fI I
50、的的关关系如图系如图所示。所示。镜像干扰的频率关系镜像干扰的频率关系 抑制中频干扰的措施抑制中频干扰的措施:(a)(a)提高前端的选择性提高前端的选择性 (b)(b)提高提高中频频率，如选择高中频中频频率，如选择高中频 副波道干扰的频率分布副波道干扰的频率分布 3 3组合副波道干扰组合副波道干扰抑制中频干扰的措施抑制中频干扰的措施:(a)(a)提高提高前端的前端的选择性选择性 (b)(b)选择合适的混频电路选择合适的混频电路 三三.交叉调制干扰交叉调制干扰(交调干扰交调干扰)当在混频器输入端共同作用着有用的信号和一路当在混频器输入端共同作用着有用的信号和一路当在混频器输入端共同作用着有用的信号