高频第7章混频电路课件.ppt

1、 第六章小结第六章小结 调角信号的基本概念，包括定义、表达式、频谱调角信号的基本概念，包括定义、表达式、频谱结构、有效带宽及功率等参数。结构、有效带宽及功率等参数。调频的方法有直接调频法和间接调频法两种调频的方法有直接调频法和间接调频法两种。斜率鉴频和正交鉴频是两种主要鉴频方式。斜率鉴频和正交鉴频是两种主要鉴频方式。斜率鉴频器是先频幅转换，后包络检波；正交鉴斜率鉴频器是先频幅转换，后包络检波；正交鉴频器是先频相转换，后鉴相。频器是先频相转换，后鉴相。第第7 7章章 混频器原理及电路混频器原理及电路 7.1 7.1 概述概述 混频混频(或变频或变频)是将信号的频率由一是将信号的频率由一个数值变换

2、成另一个数值的过程。完成个数值变换成另一个数值的过程。完成这种功能的电路叫混频器这种功能的电路叫混频器(或变频器或变频器)。如广播收音机，中波波段信号载波的频如广播收音机，中波波段信号载波的频率为率为535kHz535kHz1.6MHz1.6MHz，接收机中本地振，接收机中本地振荡的频率相应为荡的频率相应为1 12.065MHz2.065MHz，在混频器，在混频器中这两个信号的频率相减，输出信号的中这两个信号的频率相减，输出信号的频率等于中频频率频率等于中频频率465kHz465kHz。在无线电技术中，混频的应用非常普遍。在无线电技术中，混频的应用非常普遍。在超外差式接收机中，所有输入信号的频

3、率在超外差式接收机中，所有输入信号的频率都要变成中频，广播收音机的中频等于都要变成中频，广播收音机的中频等于465kHz465kHz，电视接收机的中频等于，电视接收机的中频等于38MHz38MHz。在。在发射机中，为了提高发射信号的频率稳定度，发射机中，为了提高发射信号的频率稳定度，采用多级式发射机，用一个频率较低的石英采用多级式发射机，用一个频率较低的石英晶体振荡器做主振荡器，产生一个频率非常晶体振荡器做主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振信号，然后经过频率的加、减、稳定的主振信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频。此外电视差转机收乘、除运算变换成射频。此外电视差转机收发频道的转换

4、，卫星通信中上行、下行频率发频道的转换，卫星通信中上行、下行频率的变换等等都必须采用混频器。的变换等等都必须采用混频器。分类：分类：混频器（变频器）：信号的频率发生变化，从一混频器（变频器）：信号的频率发生变化，从一 频率变换为另一频率。频率变换为另一频率。(1)(1)上混频上混频：将已调信号频谱搬移到发射需要的频：将已调信号频谱搬移到发射需要的频段。段。应用于：发射机应用于：发射机(2)(2)下混频下混频：将接收信号的频谱从射频段搬移到中频：将接收信号的频谱从射频段搬移到中频段。应用于：接收机段。应用于：接收机 混频：频谱的线性搬移电路。混频：频谱的线性搬移电路。完成频谱线性搬移功能的关键是

5、获得两个输入信号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。谱线性搬移功能。混频器的一般结构框图混频器的一般结构框图 1.1.混频器的基本结构混频器的基本结构本机振本机振荡器荡器vIFvLO非线性非线性 器件器件 带通滤带通滤 波器波器vRF2 2 混频器工作原理混频器工作原理 混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口网络。混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口网络。本地振荡信号本地振荡信号 Lu一个中频输出信号：一个中频输出信号：IuucuL uI混频器混频器tuc(t)tuI(t)tu

6、L(t)有两个输入信号：有两个输入信号：高频调制波高频调制波 cufcfc+FFc-Ffuc的频谱的频谱fcfLfuL的频谱的频谱fIfI+FfI-FfuI的频谱的频谱tuc(t)tuc(t)tuL(t)tuL(t)tuI(t)tuI(t)混频过程中的频谱变换混频过程中的频谱变换(a)(a)本振频谱本振频谱 (b)(b)信号频谱信号频谱 (c)(c)输出频谱输出频谱 (Lc)I(Lc)0ILcLc|Fo()|cc0(b)(c)LL0(a)|Fs()|FL()|(1)调幅调幅(DSB(DSB为例为例)u乘法器乘法器带通滤波器带通滤波器uDSBuc2max o（2）检波）检波 uDSB乘法器乘法器

7、低通滤波器低通滤波器ucu max（3）混频混频 uDSB=uc乘法器乘法器uL带通滤波器带通滤波器uII I=L L-c c L c3.3.振幅调制、检波与混频器的相互关系振幅调制、检波与混频器的相互关系 I I=L L-C C2 maxmax1.1.混频增益混频增益混频电压增益混频电压增益:IFVRFVAV输出中频电压振幅输入高频电压振幅混频功率增益混频功率增益:IFPRFPGP混频器主要性能指标混频器主要性能指标 根据混频器有根据混频器有无功率增益无功率增益 无源混频器：无源混频器：混频功率增益小于混频功率增益小于1 1有源混频器：有源混频器：混频功率增益大于混频功率增益大于1 12.2

8、.线性范围线性范围输入射频信号为小信号时，混频器是一个线性输入射频信号为小信号时，混频器是一个线性系统。系统。混频增益是定值，输出中频信号与输入射频信号混频增益是定值，输出中频信号与输入射频信号的幅度成正比。的幅度成正比。当输入射频信号幅度增大时，混频器存在非线当输入射频信号幅度增大时，混频器存在非线性失真。性失真。3.3.混频失真混频失真由于由于器件的非线性器件的非线性特点，混频器输出电流中包含了特点，混频器输出电流中包含了众多的组合频率分量。众多的组合频率分量。当当组合频率组合频率分量落在中频带宽内，就形成对有用中分量落在中频带宽内，就形成对有用中频信号的干扰，引起失真。频信号的干扰，引起

9、失真。（1 1）干扰哨声）干扰哨声混频器的中频为混频器的中频为：IFLORFfff本振频率与射频频率的各次谐波引起的组合频率会本振频率与射频频率的各次谐波引起的组合频率会产生哨声干扰产生哨声干扰。,p qLORFIFfpfqffF F F可听的音频频率可听的音频频率其中其中 RFIFff称为称为混频比混频比。减少哨声干扰的方法：减少哨声干扰的方法：正确选择中频，尽量减少阶数较低的干扰正确选择中频，尽量减少阶数较低的干扰 正确选择混频器的工作点，减少组合频率分量正确选择混频器的工作点，减少组合频率分量 采用合理的电路形式，从电路上抵消一些组合频率采用合理的电路形式，从电路上抵消一些组合频率 如平

10、衡电路，环形电路，乘法器。如平衡电路，环形电路，乘法器。（2 2）寄生通道干扰）寄生通道干扰主通道主通道：射频信号与本振信号产生中频的通道。：射频信号与本振信号产生中频的通道。当混频器的输入信号中有干扰信号当混频器的输入信号中有干扰信号 时，本振信时，本振信号会与干扰信号产生中频号会与干扰信号产生中频mf,p qLOmIFfpfqff 寄生通道寄生通道：干扰信号与本振信号产生中频的通道。：干扰信号与本振信号产生中频的通道。其中其中 p p,q q=0,1,2,3.=0,1,2,3.如果选频器所选择的正常中频信号为如果选频器所选择的正常中频信号为:IFLORFfff则可能形成的寄则可能形成的寄生

11、通道干扰为：生通道干扰为：LOmIFLOmIFpfqffpfqff凡是能满足上式的串台信号都可能形成干扰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：在这类干扰中主要有：中频干扰，镜频干扰中频干扰，镜频干扰中频干扰中频干扰当当 p=0,q=1时时，mIFff 即即表明当一种接近中频的干扰信号一旦进入混频表明当一种接近中频的干扰信号一旦进入混频器，器，可以直接通过混频器进入中频放大电路，并被可以直接通过混频器进入中频放大电路，并被放大、解调后在输出端形成干扰。放大、解调后在输出端形成干扰。抑制中频干扰的方法抑制中频干扰的方法：提高混频器前级的选择性提高混频器前级的选择性在混频器前级增

12、加中频吸收电路在混频器前级增加中频吸收电路 合理选择中频数值，合理选择中频数值，中频选在工作波段之外中频选在工作波段之外当当 p=1,q=1时，则有：时，则有：mLOIFfff镜像干扰镜像干扰（3）互调失真）互调失真当混频器的输入口有多个干扰信号同时进入，每个当混频器的输入口有多个干扰信号同时进入，每个干扰信号干扰信号单独与本振信号作用的组合频率不等于中单独与本振信号作用的组合频率不等于中频信号频信号，但同时作用的组合频率为中频信号。，但同时作用的组合频率为中频信号。互调干扰：有互调干扰：有两个干扰信号两个干扰信号相互作用产生的干扰。相互作用产生的干扰。12()mmLOIFrfsfff4.4.

13、端口隔离端口隔离理想混频器理想混频器要求射频口、本振口、中频口相互隔离。要求射频口、本振口、中频口相互隔离。各端口不理想产生的各端口不理想产生的影响影响：（1）本振口向射频口的辐射：使本振大信号影响本振口向射频口的辐射：使本振大信号影响 接收机前端的高频小信号放大器的工作；接收机前端的高频小信号放大器的工作；（2 2）射频口对本振口的影响：使射频中的强干扰信）射频口对本振口的影响：使射频中的强干扰信 号号影响本地振荡器影响本地振荡器的工作（稳定性、输出功率）的工作（稳定性、输出功率）；（3）本振口对中频口的影响：本振大信号使以后的本振口对中频口的影响：本振大信号使以后的 中频放大器各级过载。中

14、频放大器各级过载。5.5.阻抗匹配阻抗匹配（1）阻抗匹配阻抗匹配射频口与中频口的匹配可以使与各端口相接的射频口与中频口的匹配可以使与各端口相接的滤波器正常工作。滤波器正常工作。（2）每个端口对其他端口的信号力求每个端口对其他端口的信号力求短路短路，减小，减小 端口之间的干扰。端口之间的干扰。7.2 7.2 有源混频器电路有源混频器电路 vRF+-+-uLVBBVCCVTCLUB(t)ic晶体三极管混频器晶体三极管混频器 晶体管的偏置电压晶体管的偏置电压 BBV在混频过程中，晶体管的在混频过程中，晶体管的跨导随本地振荡信号做周跨导随本地振荡信号做周期型变化期型变化，混频管可看成线性参变元件。，混频管可看成线性参变元件。当射频信号通过线性参变元件时，产生各种组合频当射频信号通过线性参变元件时，产生各种组合频率分量，经率分量，经LCLC选频网络选出中频，实现变频。选频网络选出中频，实现变频。双极型双极型晶体三极管混频器基本电路的交流通道晶体三极管混频器基本电路的交流通道 :共射极混频电路共射极混频电路 ：本振信号由基极本振信号由基极串联方式串联方式注入；注入；本振信号由射极注入本振信号由射极注入.共基极混频电路：共基极混频电路：(a)uc+-uL+-LCVT(d)uL+-uc+-LCVT(c)uc+-+-uLLCVT(b)LCuL+-uc+-VT