通信電子電路chap7(10)

第七章混頻器返回主目錄目錄7.1概述7.2變頻器的基本原理7.3變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)7.4晶體三極管變頻器電路7.5超外差接收機(jī)的統(tǒng)調(diào)與跟蹤7.6環(huán)形混頻電路7.7用模擬乘法器構(gòu)成的混頻電路7.8變頻干擾及其抑制方法7.1概述混頻電路又稱變頻電路（MixerConvertor），是超外差式接收機(jī)的重要組成部分。它通過非線性器件的相乘作用，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)的和、差運(yùn)算，使信號(hào)的中心頻率變高或變低，而調(diào)制規(guī)律不變。變頻電路有兩類：一類是電路中自身產(chǎn)生控制信號(hào)；另一類需由外部輸入控制信號(hào)。通常稱前者為變頻器，后者為混頻器。變頻電路是實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜線性變換的一種電路，它完成頻譜在頻率軸上的搬移。7.1概述變頻器的應(yīng)用:AM、FM廣播及電視接收機(jī)等采用變頻后，接收機(jī)的性能將得到提高。有利于放大；可使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；有利于選頻。混頻器組成框圖如下：1.混頻器的功能混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個(gè)三端口（六端）網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)輸入信號(hào)：

高頻調(diào)制波

本地振蕩信號(hào)

一個(gè)中頻輸出信號(hào)：兩個(gè)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系：

的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是填充頻譜不同，即，其中心頻率：

其中uL(f

L)混頻器us(fs)uI

(fI)7.2變頻器的基本原理(1)調(diào)幅(DSB為例)uΩ乘法器帶通濾波器UDSBu02Ωmaxω0（2）檢波uDSB乘法器低通濾波器u0uΩ2Ωmax（3）混頻uDSB=us乘法器uL帶通濾波器uIωI=ωL-ωSωLωs調(diào)幅，檢波與混頻之間的頻譜變換關(guān)系：ωI=ωL-ωS2Ωmax混頻器是頻譜的線性搬移電路，完成頻譜線性搬移功能的關(guān)鍵是獲得兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積項(xiàng)，具有這個(gè)乘積項(xiàng)，就可以實(shí)現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能。

2Ωmax

ωI=ωL-ωS乘法器帶通濾波器右圖為混頻器的一般結(jié)構(gòu)框圖。

如果設(shè)輸入信號(hào)為：已調(diào)波信號(hào)那么兩信號(hào)的乘積項(xiàng)為：

uLus非線性元件帶通濾波器

2.混頻器的基本工作原理ωLuLωL－ωSωL+ωSuI本振信號(hào)uSωS如果帶通濾波器的中心頻率為

,帶寬

則經(jīng)帶通濾波器的輸出為：可見輸出中頻信號(hào)的

包絡(luò)形狀沒有變化，只是填充頻率由

變化成

uI(1)變頻增益：

變頻電壓增益:

變頻功率增益

:(2)噪聲系數(shù):

因?yàn)榛祛l器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級(jí)，對(duì)接收機(jī)整機(jī)的噪聲系數(shù)影響大。所以希望混頻級(jí)的越小越好。7.3變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)(3)失真與干擾變頻器的失真主要有:頻率失真（線性失真）非線性失真(4)選擇性在混頻器中，由于各種原因總會(huì)混入很多與中頻頻率接近的干擾信號(hào),

為了抑制不需要的干擾，要求中頻輸出回路具有良好的選擇性，矩形系數(shù)趨近于1。(5)隔離度三極管變頻電路應(yīng)用舉例7.4晶體三極管變頻器電路變頻器工作狀態(tài)的選擇(P216)三極管變頻電路的幾種形式工作點(diǎn)和增益、噪聲系數(shù)關(guān)系三點(diǎn)統(tǒng)調(diào)7.5超外差接收機(jī)的統(tǒng)調(diào)與跟蹤電容與頻率關(guān)系頻率覆蓋與電容比某分段波的頻率范圍：535kHz~1605kHz,其頻率覆蓋系數(shù)為：當(dāng)中頻選用465kHz，若用容量相同的可變電容，則本振波段將從最低頻率535＋465＝1000kHz變化到最高頻率3×1000＝3000kHz（實(shí)際應(yīng)為1605＋465＝2070kHz）。晶體管混頻器優(yōu)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：①組合頻率干擾嚴(yán)重，眾多組合頻率中，只有中頻有用。②動(dòng)態(tài)范圍小。③有本振輻射。因場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性是平方律，故用作混頻，其無用組合分量比晶體管混頻器少。優(yōu)點(diǎn)：①有混頻增益;②工作頻率高。場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路：7.6環(huán)形混頻電路（略）7.7用模擬乘法器構(gòu)成的混頻電路（略）晶體管變頻器的優(yōu)點(diǎn)使變頻增益高，缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小，一般只有幾十毫伏；組合頻率較多，干擾嚴(yán)重；噪聲較大。易形成反向輻射。二極管環(huán)形混頻電路可以將輸出組合頻率中的和分量，以及P為偶數(shù)的組合分量抑制掉，其效果接近相乘特性。由于混頻器是依靠非線性元件來實(shí)現(xiàn)變頻，而通過非線性元件的信號(hào)將含有許多頻率成份

,(p,q=0,1,2,3,….)uS(f

S)uL（fL）uI（fI）un(fn)非線性元件中頻濾波器u0（

)如果設(shè)輸入信號(hào)為

,本振頻率信號(hào)為則通過

非線性元件的信號(hào)

，其中

而這些組合頻率的信號(hào)中只要和中頻頻率

相同或接近，

都會(huì)和有用信號(hào)一起被選出，并送到后級(jí)中放，經(jīng)放大后解調(diào)輸出而引起串音，嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號(hào)的正常工作。

一般混頻器存在下列干擾：BfI7.8變頻器電路干擾及其抑制方法(3)交叉調(diào)制干擾：有用信號(hào)與干擾信號(hào)混頻產(chǎn)生的干擾。(4)互調(diào)干擾：指兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)同時(shí)作用在混頻器輸入端，經(jīng)混頻產(chǎn)生的組合分量而形成的干擾。

(2)副波道干擾：外來干擾信號(hào)與本振信號(hào)的組合頻率產(chǎn)生的干擾

(1)干擾哨聲（組合頻率干擾）：接收的射頻信號(hào)與本振信號(hào)的自身組合干擾，即

一般混頻器存在下列干擾：

1.信號(hào)與本振信號(hào)的自身組合干擾（干擾哨聲）如果中頻，則除的中頻被選出外，還有可能選出其它的組合頻率：即

所以有

其中稱為變頻比。

顯然當(dāng)變頻比一定時(shí)，并能找到對(duì)應(yīng)的整數(shù)p,q時(shí)，就會(huì)形成自身組合干擾。

例：調(diào)幅廣播接收機(jī)的中頻

，某電臺(tái)發(fā)射頻率當(dāng)接收該電臺(tái)廣播時(shí)，接收機(jī)的本振頻率

由于變頻比

可推算出：

當(dāng)，

，可得設(shè)輸入高頻信號(hào)的載頻為

，本振信號(hào)，則

經(jīng)過混頻器后產(chǎn)生的頻率為，其中p,q=0,1,2,…1.信號(hào)與本振信號(hào)的自身組合干擾（干擾哨聲）由于組合頻率與中頻差

1KHz，經(jīng)檢波后可產(chǎn)生1KHz的哨聲.（三階干擾）.另外，當(dāng)p=3,q=5時(shí)，可得：,也可以通過中頻通道而形成干擾。（8階干擾）。

注意:(1)自身組合干擾與外來干擾無關(guān)，不能靠提高前級(jí)電路的選擇性來抑制。

(2)減少這種干擾的方法：

正確選擇中頻，盡量減少階數(shù)較低的干擾

正確選擇混頻器的工作點(diǎn)，減少組合頻率分量采用合理的電路形式，從電路上抵消一些組合頻率，

如平衡電路，環(huán)形電路，乘法器。

設(shè)串臺(tái)干擾信號(hào)為，它與本振信號(hào)的組合頻率為：其中

p,q=0,1,2,3….。如果選頻器所選擇的正常中頻信號(hào)為:2.外干擾信號(hào)與本振的組合頻率干擾（副波道干擾）則可能形成的副波道干擾為：可見，凡是能滿足上式的串臺(tái)信號(hào)都可能形成干擾，在這類干擾中主要有：中頻干擾，鏡頻干擾，及其它副波道干擾。(1)中頻干擾當(dāng)p=0,q=1時(shí)，即表明當(dāng)一種接近中頻的干擾信號(hào)一旦進(jìn)入混頻器，可以直接通過混頻器進(jìn)入中放電路，并被放大、解調(diào)后在輸出端形成干擾抑制中頻干擾的方法：提高混頻器前級(jí)的選擇性在混頻器前級(jí)增加中頻吸收電路

合理選擇中頻數(shù)值，中頻選在工作波段之外當(dāng)p=1,q=1時(shí)，則有：fsfLfnfI雖然這種干擾信號(hào)頻率

與輸入信號(hào)頻率

以本振頻率

為對(duì)稱軸形成鏡像對(duì)稱的關(guān)系。(2)鏡像頻率干擾fI抑制鏡像干擾的方法：

提高混頻前級(jí)的選擇性提高中頻頻率，使鏡像干擾頻率遠(yuǎn)離例：中央臺(tái)第一套節(jié)目的載波為

,那么收音機(jī)在接收此節(jié)目時(shí)的本振頻率,如果有一外來

電臺(tái)的頻率

,在混頻級(jí)之前沒有被抑制，則這個(gè)電臺(tái)進(jìn)入混頻器后，混頻可得

的中頻將被選出進(jìn)入后級(jí)輸出而形成鏡像干擾，產(chǎn)生串臺(tái)及嘯叫。當(dāng),時(shí)，形成組合頻率干擾，其中最主要的一類干擾為：fsfn1fLfn2可見

與

對(duì)稱分布在本振頻率

的兩邊，其中

離

最近,經(jīng)混頻器前的濾波后進(jìn)入混頻器的可能性最大。

(3)組合副波道干擾的情況，則有：

抑制這類干擾的方法：

提高混頻器前級(jí)的選擇性提高中頻選擇合適的混頻電路，合理選擇混頻器的工作點(diǎn)fI交叉調(diào)制干擾的形成與本振無關(guān)。它是有用信號(hào)與干擾信號(hào)一起作用于混頻器時(shí)，由混頻器的非線性作用，將干擾的調(diào)制信號(hào)調(diào)制到了中頻載波上，即將干擾的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)的載波上而形成的一種干擾。例：由非線性元件：

其中四階項(xiàng)為，若設(shè)而

則展開后其中可分解出項(xiàng)

3.交叉調(diào)制干擾（交調(diào)干擾）將信號(hào)代入此項(xiàng)，并經(jīng)中頻濾波后可得：其中

，可以看出干擾信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)移到中頻載波上，與有用信號(hào)一同輸出而形成干擾。

uS(f

S)uI（fI）un（fn）非線性元件中頻濾波器uL（)交調(diào)干擾的特點(diǎn)：

(2)與干擾的載頻無關(guān)，任何頻率的強(qiáng)干擾都可能形成交調(diào)干擾，所以交調(diào)干擾是危害較大的一種干擾。

只有當(dāng)

與

相差很大，受前級(jí)電路的抑制很徹底時(shí),形成的干擾較小。

(1)交調(diào)干擾與有用信號(hào)并薦，通過有用信號(hào)而作用，一旦有用信號(hào)，交調(diào)干擾也消失。

(3)混頻器中，除了非線性特性的4次方項(xiàng)以外，更

高的偶次方項(xiàng)也可以產(chǎn)生交調(diào)干擾，但一般由于幅值較小，可以不考慮。抑制交調(diào)干擾的措施：

①提高前級(jí)電路的選擇性②選擇合適的器件，合適的工作點(diǎn)，使不需要的非線性項(xiàng)（4次方項(xiàng)）盡可能小，以減少組合分量?；フ{(diào)干擾是指兩個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)同時(shí)作用于混頻器的輸入端，由混頻器的非線性作用，兩個(gè)干擾信號(hào)之間產(chǎn)生混頻，當(dāng)混頻后，產(chǎn)生的信號(hào)接近于有用信號(hào)的頻率時(shí)，將與有用信號(hào)一起進(jìn)入后級(jí)電路輸出而產(chǎn)生干擾。4.互調(diào)干擾互調(diào)干擾的特點(diǎn)：設(shè)混頻器輸入的兩個(gè)干擾為：而本振信號(hào)

則三個(gè)信號(hào)同時(shí)作用于非線元件上，則混頻輸出的電流為:由4次方項(xiàng)中展開可得項(xiàng)，

非線性元件中頻濾波器Un1(fn1)UL（fL）ioUI（fI）Un2(fn2)即：

其中有：

其組合頻率為：如果當(dāng)

形成互調(diào)干擾.

（注意：

）

(2)當(dāng)

時(shí)，

或均可能離

較近,濾除比較困難，可能會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的干擾。即由于可見，兩個(gè)干擾頻率都小于（或大于）工作信號(hào)頻率，且三者等距時(shí)，就可形成互調(diào)干擾。ωn2