高频电子线路第5章课件

第第5 5章章 振幅调制、解调与混频电路振幅调制、解调与混频电路v调制、解调与混频在通信电路起何作用？处于发射调制、解调与混频在通信电路起何作用？处于发射机和接收机什么位置？机和接收机什么位置？v振幅调制、解调与混频电路的输入和输出信号频谱振幅调制、解调与混频电路的输入和输出信号频谱有何特点？有何特点？v振幅调制、解调与混频电路如何构成？有哪些类型？振幅调制、解调与混频电路如何构成？有哪些类型？v如何分析振幅调制、解调与混频电路？有哪些性能如何分析振幅调制、解调与混频电路？有哪些性能参数？如何计算？参数？如何计算？1高频电子线路第5章5.1 5.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 v在无线电通信系统中，将信号从发射端传输到接收在无线电通信系统中，将信号从发射端传输到接收端时，信号的原始形式一般不适合传输，必须进行端时，信号的原始形式一般不适合传输，必须进行调制和解调，所谓调制是将需要传送的信息装载到调制和解调，所谓调制是将需要传送的信息装载到某一高频振荡信号（载波）上去的过程。某一高频振荡信号（载波）上去的过程。 v在接收端收到了已调波信号后，需要将载波去掉，在接收端收到了已调波信号后，需要将载波去掉，还原成原有的信息，即调制信号，这个过程是与调还原成原有的信息，即调制信号，这个过程是与调制相反的过程，称为解调。制相反的过程，称为解调。v调制可分为振幅调制、频率调制和相位调制，简称调制可分为振幅调制、频率调制和相位调制，简称为调幅、调频和调相，分别对应的解调有检波、鉴为调幅、调频和调相，分别对应的解调有检波、鉴频和鉴相。频和鉴相。 2高频电子线路第5章 无线电通信发射机的组成框图无线电通信发射机的组成框图振荡器振荡器 高频高频放大器放大器调制调制倍频倍频话筒话筒调制信号调制信号 放大器放大器载波载波uc调制信号调制信号 u已调波已调波uAM3高频电子线路第5章5.1.1 5.1.1 普通调幅波普通调幅波 所谓调制，就是使幅度、频率、或相位随调制信号所谓调制，就是使幅度、频率、或相位随调制信号的大小而线性变化的过程。分别称为振幅调制、频率调的大小而线性变化的过程。分别称为振幅调制、频率调制或相位调制，简称调幅、调频和调相。制或相位调制，简称调幅、调频和调相。 解调是调制的相反过程，即从已调波信号中恢复原解调是调制的相反过程，即从已调波信号中恢复原调制信号的过程。与调幅、调频和调相相对应，有振幅调制信号的过程。与调幅、调频和调相相对应，有振幅解调、频率解调和相位解调，简称检波、鉴频和鉴相。解调、频率解调和相位解调，简称检波、鉴频和鉴相。4高频电子线路第5章正弦波一般可表示为：正弦波一般可表示为：m( ) =cos(+)u tUt1.AM1.AM调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式设：单音调制信号设：单音调制信号载波载波ccmc=cosuU t调幅信号（已调波）调幅信号（已调波）AMmc=( )cosuUt t cmcosUtu包络函数包络函数5高频电子线路第5章包络函数包络函数mcmffmcmcmacm( ) =+( )=(1+cos ) =(1+cos )UtUktk UUtUMtUuaM称为调幅度、调幅指数或调制系数。称为调幅度、调幅指数或调制系数。kf 为比例系数，称为调制灵敏度。为比例系数，称为调制灵敏度。6高频电子线路第5章 2. 2. 调幅信号的波形调幅信号的波形7高频电子线路第5章mcma( ) =(1+cos )UtUMta01M过调幅失真过调幅失真mcaVMmcVa1M包络函数：包络函数：AMcmac=(1+cos )cosuUMt t8高频电子线路第5章mmaxcma=(1+)UUM包络的振幅为：包络的振幅为：m maxm minmcma-=2UUUUM调制度调制度 mcma( ) =(1+cos )UtUMtmmincma=(1-)UUMUMUmacm包络振幅包络振幅载波振幅载波振幅9高频电子线路第5章AMcmacacmacmcmccc=(1+cos )cos=cos+cos(+) +cos(-)22uUMt tM UM UU ttt载波分量载波分量上边带分量上边带分量下边带分量下边带分量0mUc-cmUacm/ 2M U电压振幅电压振幅调幅波的频谱图调幅波的频谱图acm/ 2M Ucc+ 3. AM 3. AM调幅波的频谱及带调幅波的频谱及带宽宽10高频电子线路第5章单音调幅波频谱宽度等于调制信号频率单音调幅波频谱宽度等于调制信号频率 的二倍即的二倍即 2FFBW2AM 2) 多音调幅波的频谱多音调幅波的频谱频谱宽度是最高频率频谱宽度是最高频率 的二倍即：的二倍即： 2maxmax FAMmax= 2BWF11高频电子线路第5章AMcmac=(1+cos )cosuUMt t0mVc- cmVacm/2M V电压振幅电压振幅调幅波的频谱图调幅波的频谱图acm/2M Vcc+ acmacmcmccc=cos+cos(+) +cos(-)22M UM UU ttt 将单音调幅波电压加到电阻将单音调幅波电压加到电阻RL L两端，得调幅波各频率两端，得调幅波各频率分量在分量在RL L上消耗的功率分别是：上消耗的功率分别是：2cmoL1=2UPR22acmaSBoL1()2= 2=22M UMPPR 载波功率载波功率 上下边带功率上下边带功率 4. AM 4. AM调幅波的功率分配调幅波的功率分配12高频电子线路第5章2cmoL1=2UPR22acmaSBoL1()2= 2=22M UMPPR 载波功率载波功率 上下边带功率上下边带功率结论：能量传送时，由结论：能量传送时，由AM传送改为边带传送可节约能量。传送改为边带传送可节约能量。怎样能抑制掉载波，只保留两个边带呢？怎样能抑制掉载波，只保留两个边带呢？当当Ma最大为最大为1时，边带功率只占整个调幅波功率的时，边带功率只占整个调幅波功率的1/3。AMcmac=(1+cos )cosuUMt tacmacmcmccc=cos+cos(+) +cos(-)22M UM UU ttt13高频电子线路第5章 5. 5. 实现实现AMAM调幅波的数学调幅波的数学模型模型AMcmac=(1+cos )cosuUMt tacmacmcmccc=cos+cos(+) +cos(-)22M UM UU ttt14高频电子线路第5章 在在AM调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就可调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就可形成双边带信号。形成双边带信号。DSB波数学表达式：波数学表达式：DSBacmcacmacmcc=cos cos=cos(+ ) +cos(- )22uM Ut tM UM Utt5.1.2 5.1.2 双边带调幅信号（双边带调幅信号（DSBDSB）15高频电子线路第5章DSB波的波形与频谱：波的波形与频谱：16高频电子线路第5章 双边带调制波的上下边带包含的信息相同，两个边双边带调制波的上下边带包含的信息相同，两个边带发射是多余的，为节省频带，提高系统的功率和频带带发射是多余的，为节省频带，提高系统的功率和频带的利用率，常采用单边带调制系统。的利用率，常采用单边带调制系统。SSB的数学表达式的数学表达式acmSSBccos()2M Utuacmccos()2M Ut或或上边带上边带下边带下边带5.1.3 5.1.3 单边带调幅信号（单边带调幅信号（SSBSSB）17高频电子线路第5章SSB的波形图与频谱图的波形图与频谱图18高频电子线路第5章 调幅过程是把调制信号的频谱从低频搬移到载频的两调幅过程是把调制信号的频谱从低频搬移到载频的两侧，搬移过程中，频谱的结构不发生变化，属于侧，搬移过程中，频谱的结构不发生变化，属于频谱的频谱的线性搬移。线性搬移。 高电平调制高电平调制（主要用于（主要用于AM波）波）基极调制基极调制二极管调制器二极管调制器晶体管调制器晶体管调制器集成模拟调制器集成模拟调制器调制方法分类调制方法分类 低电平调制低电平调制（用于（用于AM、DSB、 SSB、FM波波）集电极调制集电极调制相乘器相乘器5.2 5.2 振幅调制电路振幅调制电路 19高频电子线路第5章 若一个非线性电路有两个不同频率的交流信号同时输入，如若一个非线性电路有两个不同频率的交流信号同时输入，如果其中一个交流信号的振幅远远小于另一个交流信号的振幅时，果其中一个交流信号的振幅远远小于另一个交流信号的振幅时，可以采用下面介绍的线性时变分析法来分析该电路的输出频谱可以采用下面介绍的线性时变分析法来分析该电路的输出频谱分量。分量。5.2.1 5.2.1 非线性电路的线性时变分析非线性电路的线性时变分析法法设一个非线性器件的伏安特性为设一个非线性器件的伏安特性为i=f(u)，器件上的电压，器件上的电压u=UQ+u1+u2，其中，其中UQ是静态偏置电压，是静态偏置电压，u1和和u2都是交流信号：。都是交流信号：。如果，则可以认为器件的工作状态主要由如果，则可以认为器件的工作状态主要由UQ与与u1决定，若在交决定，若在交变工作点变工作点(UQ+u1)处将输出电流处将输出电流i展开为幂级数，可以得到：展开为幂级数，可以得到：Q12Q1Q12Q1(n)Q1( )()()()()1()22n21i = f u = f U + u + u= f U + u+ f U + u u +f U + u u + L2!+fU + u u + Ln!20高频电子线路第5章Q12Q1Q12Q1(n)Q1( )()()()()1()22n21i = f u = f U + u + u= f U + u+ f U + u u +f U + u u + L2!+fU + u u + Ln! 忽略高次项，得到：忽略高次项，得到：0( )( )I tg tQ12Q1Q122()()()i = f U + u + u= f U + u+ f U + u uu 其中：其中：0( )( )I tg tf Q1Q1(),()= f U + uU + u0( )( )I tg t与分别称为电导和跨导。分别称为电导和跨导。21高频电子线路第5章(1)(1)单向正向余弦型单向正向余弦型 开关函数开关函数 )(1tK 10)2(2)2(2 ntn)n(t)n(23222 0,1,2,3, n1122() =cos-cos323K t+tt +将将 波形按傅氏级数展开，表示为波形按傅氏级数展开，表示为 1()K t开关函数开关函数22高频电子线路第5章(2) (2) 单向反相余弦型单向反相余弦型 开关函数开关函数 1(-)K t=103(2 +) (2 +)22ntn(2 -) V2m，V1mVD(on) 设：设：v1控制二极管控制二极管D1、D2开关工作。开关工作。 27高频电子线路第5章工作原理工作原理 设：设：V1mV2m，V1mVD(on) ，若若 v1 0，D1、D2导通；若导通；若 v1211D1D2DL2()2K ti = i-i=R + Rv1211D2DL()()2K ti=R + Rv -v为什么为什么是是2RL28高频电子线路第5章 i 含频谱分量含频谱分量：2 2，1 12 2，3 31 12 2 2m22m1212LL2m1212L11=cos( )+cos(+) +cos(-)21 -cos(3+) +cos(3-) +3V tV ttRRV t tR.3coscos1321221 tt 2m2L1=cos()V tR211211D1D2DLL2()()=-=+2K tK tiiiRRRvv二极管平衡相乘器输出信号的频谱图二极管平衡相乘器输出信号的频谱图 1 1 2 1 2 2 3 13 1 23 1 25 15 1 25 1 2 怎样实现怎样实现相乘？相乘？DLRR 29高频电子线路第5章(2) (2) 二极管环形调幅器二极管环形调幅器v1=vcVcmcosctv2=vVmcostLDc2III2)(2-RRtKiii vi 经过经过LC带通滤波器中心频率带通滤波器中心频率c，BW3dB=2，得输出得输出vo为不失真的为不失真的vDSB 。VcmVm，VcmVD(on)30高频电子线路第5章二极管环形调幅器的电流波形二极管环形调幅器的电流波形31高频电子线路第5章(3) (3) 集成模拟相乘器调幅电路集成模拟相乘器调幅电路32高频电子线路第5章1.集电极调幅电路集电极调幅电路5.2.3 5.2.3 高电平调幅电路高电平调幅电路要实现集电极调幅，应使放大器工作在过压区。要实现集电极调幅，应使放大器工作在过压区。33高频电子线路第5章集电极调幅的波形集电极调幅的波形34高频电子线路第5章2. 2. 基极调幅电路基极调幅电路要实现基极调幅，应使放大器工作在欠压区。要实现基极调幅，应使放大器工作在欠压区。35高频电子线路第5章基极调幅的波形基极调幅的波形36高频电子线路第5章 5.3 5.3 振幅检波电路振幅检波电路检波：是从已调幅波中还原出原调制信号的过程。检波：是从已调幅波中还原出原调制信号的过程。 它是振幅调制的逆过程。它是振幅调制的逆过程。 检波器功能：检波器功能：实现频谱线性搬移。实现频谱线性搬移。检波器分类检波器分类37高频电子线路第5章5.3.1 振幅检波的基本原理振幅检波的基本原理检波器的输入、输出波形检波器的输入、输出波形38高频电子线路第5章1. 1.电路组成电路组成vS、D、C RL三者是三者是串联关系。串联关系。电路工作在大信号状态，电路工作在大信号状态，输入信号在输入信号在1V左右。左右。5.3.2 二极管包络检波电路二极管包络检波电路Lc1R CL1RC条件：条件：为什么要满足为什么要满足这两个条件？这两个条件？实际是一低通电路实际是一低通电路理想情况下：理想情况下：Z(c)=0， Z()=RL39高频电子线路第5章2. 2. 工作原理工作原理 大信号的检波过程，大信号的检波过程，主要是利用二极管的主要是利用二极管的单单向导电向导电特性和检波负载特性和检波负载RC的充放电的充放电过程。过程。AVAVa=+Vvvv输出端电压输出端电压DsAV=vv -v二极管上电压二极管上电压AVsmVV由于二极管导通角很小，所以由于二极管导通角很小，所以40高频电子线路第5章t0(a)(b)t0vC(t)o(t)v输入为输入为AM波时检波器的输出波形图波时检波器的输出波形图41高频电子线路第5章3.主要性能指标主要性能指标AVsm= arccos VVmaxsmAVDAVDsmsmDsm= (-)=(1-)=(1-cos )IVVgVg VVg VAVmax0=( )II 用傅氏级数对用傅氏级数对i进行分解，其中直流分量为进行分解，其中直流分量为 0sin- cos( ) =(1-cos ) 设输入为高频等幅波设输入为高频等幅波ssmc=cosV tvdcosAVsm= UU（1） 电压传输系数电压传输系数d 42高频电子线路第5章DsmAVmax0(sin- cos )= ( ) =g VII 负载负载RL上得到的平均电压：上得到的平均电压：DLsmAVAVL(sin- cos )=g R VVIR AVDLsm(sin- cos )= cosVg RV 两边同除两边同除 得得cos DL(tan-) =1g R 将其中将其中 级数展开：级数展开：tan 3352tan=+315343高频电子线路第5章得得3DL3=g R 3DL=13g R 流通角流通角44高频电子线路第5章 4. 4. 非线性失真非线性失真惰性失真惰性失真负峰切割失真负峰切割失真2Li RR 由能量守恒原理可知，由于由能量守恒原理可知，由于 很小，消耗在很小，消耗在RD上的功上的功率可以忽略，所以检波器输入的高频功率率可以忽略，所以检波器输入的高频功率 全部转换为输全部转换为输出的平均功率出的平均功率 ，而，而 ，所以有所以有 。 2m i2VR2AVVRsmAVVV （2 2）等效输入电阻）等效输入电阻iR45高频电子线路第5章1) 1) 惰性失真惰性失真现象：现象：RLCL太大，放电速度跟不上包络下降的速度所致。太大，放电速度跟不上包络下降的速度所致。这种现象是什么原因引起的？这种现象是什么原因引起的？ 4. 4. 非线性失真非线性失真46高频电子线路第5章)(1a2aL单音单音MMCR 为了避免惰性失真，应使电容为了避免惰性失真，应使电容C C放电的速度大于或放电的速度大于或等于包络的下降速度，即等于包络的下降速度，即11csm-d( )d( )ddt tt ttVtttv 因此得到避免产生惰性失真的条件：因此得到避免产生惰性失真的条件：maxamax2amaxL1MMCR （多音）（多音）47高频电子线路第5章2) 2) 负峰切割失真负峰切割失真 （或称底部切割失真）（或称底部切割失真） 原因：原因： 检波器与下一级级连时，必须加入隔直耦合电容检波器与下一级级连时，必须加入隔直耦合电容Cc，Ri2为下一级负载，这样检波器的直流负载为为下一级负载，这样检波器的直流负载为RL，交流，交流负载为负载为R RL Ri2， 交直流负载不同，将引起底部失真。交直流负载不同，将引起底部失真。48高频电子线路第5章电路：电路：R RL Ri2 交流负载，交流负载，RL直流负载。直流负载。 因为因为Cc较大，其两端直流电压基本不变，近似等于载波较大，其两端直流电压基本不变，近似等于载波振幅值振幅值Vcm，可视为一直流电源。它在电阻，可视为一直流电源。它在电阻RL和和Ri2上产生分压上产生分压为：为：cmi2LLRLVRRRV 调幅波的最小幅值为：调幅波的最小幅值为：)1(acmMV 要避免底部失真应满足：要避免底部失真应满足：cmi2LLacm)1(VRRRMV 49高频电子线路第5章 克服克服负峰切割负峰切割条件：条件：LaRRM cmi2LLacm)1(VRRRMV 由由得到得到R RL Ri2 交流负载，交流负载，RL 直流负载。直流负载。i2Li2aRRRM 所以有所以有50高频电子线路第5章克服负峰切割克服负峰切割措施：措施：将将RL分成分成RL1和和RL2两部分两部分, ,并通过隔直电容并通过隔直电容CC将与将与Ri2i2并接在并接在RL2L2两端。两端。51高频电子线路第5章 5.3.3 5.3.3 同步检波电路同步检波电路(1) 作用：主要解调作用：主要解调DSB，SSB波，也可解调波，也可解调AM波波(2) 类型：类型： 本地恢复载波本地恢复载波 与原载波严格同步与原载波严格同步(同频同相同频同相)tVcrmrcos v52高频电子线路第5章 乘积型乘积型 乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与接收信号乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与接收信号相乘，用低通滤波器将低频信号提取出来。相乘，用低通滤波器将低频信号提取出来。)cos(crmr tVv本地恢复载波本地恢复载波oMAMr= Avvv= 0 设理想时设理想时53高频电子线路第5章2oMAMrMmrmAcaMmrmMmrmMmrmcMmrmcMmrmc=(1+cos)cos1=+cos2211+cos2+cos(2t +)241+cos(2-)4AA V VMt tMA V VA V VtA V V tA V VtA V V ttvvv经低通滤波器、隔直流电容后，输出：经低通滤波器、隔直流电容后，输出：tVVAMcos2rmmMao v54高频电子线路第5章 二极管环型同步检波器二极管环型同步检波器(3) (3) 同步检波电路同步检波电路55高频电子线路第5章2. 2. 集成模拟同步检波器集成模拟同步检波器 MC1595L 限幅器限幅器相乘器相乘器低通滤波器低通滤波器56高频电子线路第5章 5.4 5.4 混频原理与电路混频原理与电路 混频是将某一频率的输入信号变换成另一个混频是将某一频率的输入信号变换成另一个频率的输出信号，而保持原有的调制规律不变的频率的输出信号，而保持原有的调制规律不变的一种变频器，混频的过程属于频谱的线性搬移过一种变频器，混频的过程属于频谱的线性搬移过程。程。 57高频电子线路第5章混频器混频器)(IIfv)(LLfvooo)(csfv)(csfv)(LLfv)(IIfv（其中（其中fI= fL - fC表示中频频率，表示中频频率，fL表示本振频率，表示本振频率，fC表示载波频率）表示载波频率） 0f0f0fsv的频谱的频谱的频谱LvIvc+fcf -cfLfIfI+fI-f1. 1. 混频器的变频作用混频器的变频作用混频器的实混频器的实质是什么？质是什么？用什么器件可以用什么器件可以实现混频器？实现混频器？ 5.4.1 5.4.1 混频电路混频电路58高频电子线路第5章2. 2. 混频原理的数学分析混频原理的数学分析 假设输入到混频器的两个信号都是余弦波，混频器的假设输入到混频器的两个信号都是余弦波，混频器的伏安特性为伏安特性为2vv210bbbi 将将tVtVLLmssmLscoscos vvv代入上式，即得代入上式，即得 ttVVbtVtVbVVbtVtVbb)cos()cos()2cos2cos(2)(2coscossLsLLmsm2L2Lms2sm22Lm2sm2LLmssm1o i谐波分量谐波分量和频分量和频分量差频分量差频分量通过中频滤波器将差频分量取出，将其它频率分量滤除。通过中频滤波器将差频分量取出，将其它频率分量滤除。59高频电子线路第5章3. 3. 混频的实现混频的实现 混频是频谱的线性搬移过程。完成频谱线性搬移的关键混频是频谱的线性搬移过程。完成频谱线性搬移的关键是要获得两个输入信号的乘积。是要获得两个输入信号的乘积。 也可利用非线性器件的频率变换来实现混频。也可利用非线性器件的频率变换来实现混频。非线性器件非线性器件)(IIfv)(LLfv带通滤波器带通滤波器I( ) tvsc()fv乘法器乘法器sc()fvII()fv)(LLfv带通滤波器带通滤波器I( ) tv60高频电子线路第5章 晶体管混频器晶体管混频器 场效应管混频器场效应管混频器 二极管混频器二极管混频器 集成模拟混频器集成模拟混频器4. 4. 常用的混频器常用的混频器61高频电子线路第5章1.1.晶体管混频电路晶体管混频电路 LCLC1 I 谐振于中频谐振于中频构成输出中频回路，构成输出中频回路，VCC混频晶体管混频晶体管的集电极电源的集电极电源VBB混频混频晶体管的基极静态偏置电压晶体管的基极静态偏置电压（输入高频信号）（输入高频信号）ssmc=costvV（本地振荡信号）（本地振荡信号）LLmL=costvVLcLmsm(260mv) (26mv)VV62高频电子线路第5章cBEsB() =(+)iffvvv集电极电流集电极电流LmsmVV由于由于器件参数基本上是受器件参数基本上是受VLm控制，控制，对于小信号对于小信号 来说，近似认为来说，近似认为工作于线性状态。工作于线性状态。sv可以认为图示电路是具有信号电压可以认为图示电路是具有信号电压 ，静态偏置电压为，静态偏置电压为svBBBLmL=+cosVV tv的小信号放大器。的小信号放大器。工作原理：工作原理：此电路称为线性时变电路。此电路称为线性时变电路。63高频电子线路第5章由此可得集电极电流由此可得集电极电流 ic 为为:cCOfs( )+( )iItg t vcBEsB() =(+)iffvvv将上式用泰勒级数在将上式用泰勒级数在 点展开，得点展开，得BvcBBsBs1()+()+()+2ifff2vvvvv由于由于 值很小，可以忽略二次方及以上各项，得近似方程值很小，可以忽略二次方及以上各项，得近似方程BvcBBs()+()iffvvvB()f v式中式中 为为 时的集电极电流，时的集电极电流，BEB=vvB()fv为晶体管跨导。为晶体管跨导。64高频电子线路第5章cCOf0f1Lf2Ls=( )+(+cos+cos2+)iItgg tg tvssmc=cosV tv其中其中经集电极滤波回路滤波后得到中频电流经集电极滤波回路滤波后得到中频电流 i IIf1smLcfcsmIImI1=cos(-)2=cos=cosig V tg V tI tcCOfs( )+( )iItg t vLcI-=称为中频称为中频利用傅里叶级数展开得利用傅里叶级数展开得:式中式中 22Lf1dcos)(2TTtttgTg 一般用图解法近似计算。一般用图解法近似计算。f( )gt和和 都是受都是受 控制的非线性函数，控制的非线性函数，tVLLmLcos vCO( )It65高频电子线路第5章If1smLcfcsmIImI1=cos(-) =cos=cos2ig V tg V tI tfcg称为变频跨导称为变频跨导,一般用图解法近似计算。一般用图解法近似计算。f1g为变频器传输跨导的基波分量为变频器传输跨导的基波分量Imfcf1sm1=2输出中频电流振幅输入高频电压振幅IggVgf1 仅与晶体管特性、直流工作点及本振信号仅与晶体管特性、直流工作点及本振信号vL有关，有关，与与vs无关，故变频跨导无关，故变频跨导gfc也有上述性质。也有上述性质。66高频电子线路第5章vs (t)为信号电压，为信号电压， vL (t)为本地振荡电压为本地振荡电压（1） 共发射极混频电路共发射极混频电路67高频电子线路第5章（2）共基极混频电路）共基极混频电路 对对vs、vL分别加在不同的电极上，电路工作稳定分别加在不同的电极上，电路工作稳定(经常被采用经常被采用) 对对vs、vL均加在同一电极上，容易起振，但相互牵制大。均加在同一电极上，容易起振，但相互牵制大。68高频电子线路第5章（1 1）二极管平衡混频器）二极管平衡混频器 VLmVSm2. 2.二极管混频器二极管混频器69高频电子线路第5章 其中其中 vL为本振信号为本振信号 vL=VLmcosLt 为大信号为大信号令令 vs=Vsmcosct 为小信号为小信号LL1sLDL1sD2D1)(2)(2RtKRRtKiiivv (RLRD)70高频电子线路第5章 i 经经LC为中频带通滤波器，中心频率谐振为中频带通滤波器，中心频率谐振 在在 ，带宽为，带宽为 。BW3dB=2CLI s1LD1D2L()=-K tiiiRv 实现混频实现混频IImI( )costV tv71高频电子线路第5章2. 2. 集成混频器集成混频器72高频电子线路第5章 在混频器中，通过非线性元件的作用，在信号和本振之在混频器中，通过非线性元件的作用，在信号和本振之间、干扰和信号之间、干扰和干扰之间都会产生一系列的组间、干扰和信号之间、干扰和干扰之间都会产生一系列的组合频率分量。当其中某些分量的频率等于或接近于中频频率合频率分量。当其中某些分量的频率等于或接近于中频频率时，就会和有用的中频信号一起由混频电路输出，进入中频时，就会和有用的中频信号一起由混频电路输出，进入中频放大器，经过检波后，产生各种哨叫声或嘈杂的干扰声，从放大器，经过检波后，产生各种哨叫声或嘈杂的干扰声，从而影响正常信号的接收。而影响正常信号的接收。 5.4.2 5.4.2 混频干扰混频干扰)(csfv非线性元件非线性元件中频滤波器中频滤波器MM()vf)(LLfv)(IIfv)(cLIqfpf vIMLM()vpfqf73高频电子线路第5章组合频率干扰的种类组合频率干扰的种类(1) 信号与本振的自身组合干扰（干扰哨声）信号与本振的自身组合干扰（干扰哨声）(2) 外来干扰与本振的组合干扰（寄生通道干扰）外来干扰与本振的组合干扰（寄生通道干扰）(3) 信号和外来干扰、本振产生的组合干扰（交调干扰）信号和外来干扰、本振产生的组合干扰（交调干扰）(4)两个外来干扰和本振产生的组合干扰（互调干扰）两个外来干扰和本振产生的组合干扰（互调干扰）74高频电子线路第5章p、q为任意正整数，代表有用信号和本振信号的谐波次数。为任意正整数，代表有用信号和本振信号的谐波次数。1. 1. 信号与本振的自身信号与本振的自身组合干扰组合干扰（干扰哨声）（干扰哨声）有用的中频信号是有用的中频信号是ILc1=时，p = q =fff某些接近中频的分量，经放大，形成干扰，称干扰哨声。某些接近中频的分量，经放大，形成干扰，称干扰哨声。 再则，由于组合频率分量电流随再则，由于组合频率分量电流随p+q的增加而减小，所以的增加而减小，所以对于对于p+q较大值产生的干扰哨声可忽略。较大值产生的干扰哨声可忽略。)(csfv非线性元件非线性元件中频滤波器中频滤波器MM()vf)(LLfv)(IIfv)(cLIqfpf vIMLM()vpfqfILc=fpfq f75高频电子线路第5章设组合频率设组合频率 cLKqfpff IcLKfqfpff 只要满足只要满足的信号可产生干扰哨声。的信号可产生干扰哨声。上式包括四种情况：上式包括四种情况：IcLIcLIcLIcLfqfpffqfpffqfpffqfpf 如取如取 第三、四种情况不可能，第三、四种情况不可能，cLIfff 则有则有IcLfqfPf Ic1fpqpf 将将 代入，得代入，得cLIfff 76高频电子线路第5章 或者说当或者说当fc/fI一定，能找到对应的整数一定，能找到对应的整数p、q时，就会形时，就会形成干扰。成干扰。Ic1fpqpf 当中频当中频fI一定时，只要信号频率接近上式的值，就可能一定时，只要信号频率接近上式的值，就可能产生干扰哨声。产生干扰哨声。 若对应的若对应的p、q值大值大，就意味着阶数高，其分量幅度小，就意味着阶数高，其分量幅度小，形成的干扰小。相反形成的干扰小。相反p、q值小，阶数小，则干扰影响大。值小，阶数小，则干扰影响大。 一部接收机，当中频频率确定后，在其工作频率范围内，一部接收机，当中频频率确定后，在其工作频率范围内，由信号及本振产生的干扰点是确定的。由信号及本振产生的干扰点是确定的。怎样来抑制干扰哨声？怎样来抑制干扰哨声？77高频电子线路第5章编编号号1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314141515161617171818191920200 01 11 12 21 12 23 31 12 23 34 41 12 23 34 41 12 23 31 12 21 12 23 33 34 44 44 45 55 55 55 56 66 66 66 67 77 77 78 88 81 12 21 13 34 41 12 25 51 1pqIcff /32/23/21/52/43/34/25/31/53/72/21/ 某短波接收机，波段范围为某短波接收机，波段范围为230MHz。如。如fI=1.5MHz，则变比则变比fc/fI=1.3320，干扰点为，干扰点为2、4、6、7、10、11、14和和15号。号。若若fI=0.5MHz，则变比，则变比fc/fI=460，干扰点为，干扰点为7号和号和11号。号。 但中频降低后，对镜像干扰的抑制不利，如选用高中频，但中频降低后，对镜像干扰的抑制不利，如选用高中频，如如fI=70MHz，则变比，则变比fc/fI=0.0290.43，干扰点为，干扰点为12、16和和19号，影响很小。号，影响很小。Ic1fpqpf 与与 、 的关系表的关系表Ic/ffpq78高频电子线路第5章抑制干扰哨声的方法抑制干扰哨声的方法 (1) 1) 合理选择中频数值，中频要选在工作波段之外。合理选择中频数值，中频要选在工作波段之外。例如例如: 中波段广播调幅收音机的接收频段为中波段广播调幅收音机的接收频段为535kHZ1605kHZ。而中频选在而中频选在465kHZ。 调频广播的接收频段为调频广播的接收频段为88MHZ108MHZ。而中频选在而中频选在10.7MHZ。(2)(2)采用合理的电路形式。采用合理的电路形式。但中频降低后，对镜像干扰频率的抑制不利。但中频降低后，对镜像干扰频率的抑制不利。 最好采用高中频方式。最好采用高中频方式。 如平衡电路、环形电路、乘法器等，从电路上抵消一如平衡电路、环形电路、乘法器等，从电路上抵消一些组合频率干扰些组合频率干扰。79高频电子线路第5章2. 2. 外来信号与本振的组合干扰（寄生通道干扰）外来信号与本振的组合干扰（寄生通道干扰）若若LMI=pfq ff则干扰信号则干扰信号fM变换为变换为fI，它通过，它通过中频放大器，表现为中频放大器，表现为串台或哨叫声串台或哨叫声。)(csfv非线性元件非线性元件中频滤波器中频滤波器MM()vf)(LLfv)(IIfv)(cLIqfpf vIMLM()vpfqfILM=fpfq f 这种干扰是指外来干扰电压与本振电压由于混频器的非这种干扰是指外来干扰电压与本振电压由于混频器的非线性形成的假中频。线性形成的假中频。80高频电子线路第5章在这类干扰中主要有，在这类干扰中主要有，中频干扰和镜像频率干扰中频干扰和镜像频率干扰。LMI=pfq ff ILMIMLfpfqffqfpf其中其中有意义。有意义。ILcfff 当当 时，产生寄生通道干扰时，产生寄生通道干扰 IcMILM)1(1)(1fppfqffpfqf 81高频电子线路第5章 中频干扰中频干扰 当当 、 时，时， ，称，称中频干扰中频干扰相当于一个相当于一个一阶的强干扰。一阶的强干扰。IMff 10 qp抑制中频干扰的方法：抑制中频干扰的方法： 提高前端电路的选择性，提高前端电路的选择性，降低作用在混频器输入端的降低作用在混频器输入端的干扰电压。如加中频陷波电路。干扰电压。如加中频陷波电路。中频陷波电路中频陷波电路)(1ILMfpfqf 82高频电子线路第5章 镜频干扰镜频干扰信号频率信号频率MfcfLfIfIff0镜频干扰的频率关系镜频干扰的频率关系 当当 时，时， 。将会听到干扰电台的。将会听到干扰电台的声音声音 。由于。由于 和和 对称地位于对称地位于 两侧，呈镜像关系，称两侧，呈镜像关系，称这种干扰为镜像频率干扰这种干扰为镜像频率干扰 . （为二阶干扰）（为二阶干扰）MLI-=fffMfcfLf1p = q =例：当收听例：当收听580kHZ580kHZ的信号时，还有一个的信号时，还有一个1510kHZ1510kHZ的信也作用在的信也作用在混频器的输入端，可以同时听到两个电台的声音，是什么干扰？混频器的输入端，可以同时听到两个电台的声音，是什么干扰？)(1ILMfpfqf 83高频电子线路第5章抑制镜频干扰的方法抑制镜频干扰的方法 由于混频器对于由于混频器对于fc和和fM的变频作用都是取差值，所以的变频作用都是取差值，所以混频器对镜像干扰无任何抑制作用。混频器对镜像干扰无任何抑制作用。 抑制镜频干扰的方法主要是提高前端电路的选择性和抑制镜频干扰的方法主要是提高前端电路的选择性和选用高中频方案。选用高中频方案。镜频干扰与中频干扰的区别是什么？镜频干扰与中频干扰的区别是什么？84高频电子线路第5章 特点是当接收有用信号时，可同时听到信号台和干扰台特点是当接收有用信号时，可同时听到信号台和干扰台的声音。一旦有用信号消失，干扰台的声音也随之消失。的声音。一旦有用信号消失，干扰台的声音也随之消失。 抑制交调干扰的措施，一是提高前端电路的选择性，抑制交调干扰的措施，一是提高前端电路的选择性，二是选择合适的器件即工作状态，使不需要的非线性项尽二是选择合适的器件即工作状态，使不需要的非线性项尽可能减小，以减少组合分量。可能减小，以减少组合分量。3. 3. 信号和外来干扰、本振产生的组合干扰（交调干扰）信号和外来干扰、本振产生的组合干扰（交调干扰） 接收机前端电路选择性不好时，有用信号和干扰信号会接收机前端电路选择性不好时，有用信号和干扰信号会同时加到混频器的输入端，若这两个信号均为调幅波，这通同时加到混频器的输入端，若这两个信号均为调幅波，这通过混频器的非线性作用，就会产生交叉调制干扰。过混频器的非线性作用，就会产生交叉调制干扰。85高频电子线路第5章 互调干扰是指两个或多个干扰电压同时作用在混频器的互调干扰是指两个或多个干扰电压同时作用在混频器的输入端，由于混频器的非线性作用，使干扰信号彼此混频，输入端，由于混频器的非线性作用，使干扰信号彼此混频，产生近似中频的组合分量，对有用信号进行干扰。产生近似中频的组合分量，对有用信号进行干扰。 抑制互调干扰的措施，与抑制交调干扰的措施相同。抑制互调干扰的措施，与抑制交调干扰的措施相同。4.4.两个外来干扰和本振产生的组合干扰（互调干扰）两个外来干扰和本振产生的组合干扰（互调干扰）86高频电子线路第5章(1) (1) 包络失真包络失真(2) (2) 阻塞干扰阻塞干扰2.2.非线性失真非线性失真 包络失真是指由于混频器的包络失真是指由于混频器的“非线性非线性”,输出包络与输入包输出包络与输入包络不成正比。当输入信号为一振幅调制信号时络不成正比。当输入信号为一振幅调制信号时(如如AM信号信号),混频混频器输出包络中出现新的频率分量。器输出包络中出现新的频率分量。 当强干扰信号与有用信号同时进入混频器时，强干扰当强干扰信号与有用信号同时进入混频器时，强干扰会使混频器工作于严重的非线性区，使信噪比大大下降，会使混频器工作于严重的非线性区，使信噪比大大下降，输出的有用信号幅值减小，严重时，甚至小到无法接收。输出的有用信号幅值减小，严重时，甚至小到无法接收。 通常能减少互调干扰的措施，都能改善包络失真与阻通常能减少互调干扰的措施，都能改善包络失真与阻塞失真。塞失真。87高频电子线路第5章1. 混频增益混频增益 中频输出回路有良好的选择性（理想为矩形滤波）。中频输出回路有良好的选择性（理想为矩形滤波）。SmImvc/VVA SIpc/PPA 混频功率增益混频功率增益 非线性干扰：混频器中的非线性元件除了完成混频功能非线性干扰：混频器中的非线性元件除了完成混频功能 外，还会产生各种非线性干扰外，还会产生各种非线性干扰 ，要求混频器能，要求混频器能减少非线减少非线 性失真的各种组合频率干扰。性失真的各种组合频率干扰。 5.4.3 5.4.3 混频器的性能指标混频器的性能指标2. 选择性选择性3. 失真和干扰失真和干扰4. 混频噪声混频噪声88高频电子线路第5章高频电子线路第5章