第6章 混频

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1、第6章混频6.1概述6.2混频电路6.3混频器的组合干扰6.1概述混频(或变频)是将信号的频率由一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(或变频器)。如广播收音机，中波波段信号载波的频率为535kHz~1.6MHz，接收机中本地振荡的频率相应为1~2.065MHz，在混频器中这两个信号的频率相减，输出信号的频率等于中频频率465kHz。图6.1(a)画出了混频器输入、输出信号的时域波形。经过混频，信号的载频由高频变成中频，但包络的形状不变。图6.1(b)画出了输入与输出信号的频谱。经过混频，载波

2、频率由高频fs变成中频fi，频谱结构没有变化。所以混频是线性频率变换，也是频谱搬移。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，所有输入信号的频率都要变成中频，广播收音机的中频等于465kHz，电视接收机的中频等于38MHz。在发射机中，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、乘、除运算变换成射频。此外电视差转机收发频道的转换，卫星通信中上行、下行频率的变换等等都必须采用混频器。图6.1混频器功能图

3、混频器电路是由信号相乘电路，本地振荡器和带通滤波器组成，如图6.2所示。信号相乘电路的输入一个是外来的已调波us，另一个是由本地振荡器产生的等幅正弦波u1。us与u1相乘产生和、差频信号，再经过带通滤波器取出差频(或和频)信号ui。图6.2混频电路的组成框图1.混频增益KPc所谓混频增益KPc是指混频器输出的中频信号功率Pi与输入信号功率Ps之比。(6.1―1)用分贝表示为(6.1―2)混频增益的高低与混频电路的形式有关。二极管混频电路的混频增益KPc＜1；三极管、场效应管和模拟乘法器构成的混频电路，混频增益可以

4、大于1。2.噪声系数NF已知噪声系数的定义为输入信号功率与输入噪声功率之比输出信号功率与输出噪声功率之比由于电路内部噪声的存在。输出信噪比总是小于输入信噪比，所以噪声系数NF始终大于1。NF越大，说明电路的内部噪声越大；NF越小，说明电路内部噪声越小，电路的噪声性能越好。理想情况，电路内部无噪声，NF=1。混频器由于处于接收机电路的前端，对整机噪声性能的影响很大，所以减小混频器的噪声系数是至关重要的。3.混频失真与干扰混频器的失真有频率失真和非线性失真。此外，由于器件的非线性还存在着组合频率干扰。这些组合频率干扰

5、往往是伴随有用信号而存在的，严重地影响混频器的正常工作。因此，如何减小失真与干扰是混频器研究中的一个重要问题。4.选择性所谓选择性是指混频器选取出有用的中频信号而滤除其他干扰信号的能力。选择性越好输出信号的频谱纯度越高。选择性主要取决于混频器输出端的中频带通滤波器的性能。此外，对混频器的要求还有动态范围、稳定性等等。6.2混频电路6.2.1三极管混频器三极管混频器电路如图6.3所示。设外加的信号us=Usmcosωst，本振电压u1=U1mcosω1t，基极直流偏置电压为EB，集电极负载为谐振频率等于中频fi=f

6、1-fs的带通滤波器。忽略基调效应时，集电极电流iC可近似表示为uBE的函数，iC=f(uBE),uBE=EB+u1+us。由于u1us，所以三极管混频器电路是线性时变电路。EB+u1是时变工作点电压。在时变工作点附近，把iC用台劳级数展开(6.2―1)其中，第一项iC0=f(EB+u1)是时变工作点电流，称为混频器的静态时变集电极电流。如图6.4所示。把iC0用傅氏级数展开(6.2―2)图6.3晶体三极管混频器图6.4静态时变集电极电流式(6.2―1)中，f′(EB+u1)是晶体三极管的时变跨导g(t)，其波形

7、如图6.5所示。同样可以把g(t)用傅氏级数展开(6.2―3)式中，g0是时变电导的平均分量；g1是基波分量的幅度，称为基波跨导；g2是二次谐波分量的幅度，称为二次谐波跨导。因此，式(6.2―1)中的第二项可以写成(6.2―4)图6.5时变跨导g(t)其中，中频电流分量，即本振频率与信号频率的差频分量等于(6.2―5)式中集电极电流中频电流幅度输入信号电压幅度(6.2―6)称其为混频跨导，其值等于基波跨导的一半。在忽略晶体管输出阻抗的情况下，经集电极回路带通滤波器的滤波，取出的中频电压(6.2―7)Re为LC并

8、联谐振回路的有载谐振阻抗。中频输出电压的幅度(6.2―8)若输入信号us是普通调幅波，us=Usmo(1+macosΩt)cosωCt。只要带通滤波器的带宽足够，即B2Ω，带内阻抗可近似认为等于有载谐振阻抗RL。输出的中频电压近似等于ui=gcRLUsmo(1+macosΩt)cosωit。仿照集电极回路的分析方法，三极管混频器的输入回路基极电流iB与输入电压us的关系也