东华大学高频电子电路通信电子电路课件7-6..doc

§7.5混频电路 本节我们将讨论下述几个问题 1.进行变频的原因，混频器的作用。 2.变频器的基本原理及数学分析。 3.晶体三极管变频电路的基本原理。 4.变频器的主要性能指标。 5.变频干扰。 §7.5.1 概述 定义：混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。 地位：超外差接收机的重要组成部分（下变频）； 发射机的重要组成部分（上变频）。 接收机中混频器的作用：将天线上感应的输入高频信号变换为固定的中频信号； 发射机中混频器的作用：将中频信号变换为射频信号。 重要性：靠近天线，直接影响接收机的性能。 种类： 一般接收机中：三极管混频器。 ② 高质量通信接收机：二极管环形混频器、双差分对平衡调制器混频器。 1. 混频器与变频器的差别 混频器和变频器的功能是一致的，都是频率变换电路，是频谱线性搬移过程。 其差别在于：混频电路中，本振信号由外部提供； 变频电路中，本振信号由电路自身产生。 变频器 ＝ 混频器+本机振荡器 ↓ ↓ 四端口网络 六端口网络 因为二者功能相同，因此很多参考书不加区别。但严格意义上是有差别的。 为什么要进行变频？ (1) 要实现宽带，有一定增益的高频放大器非常困难，且要在频率很宽的范围内实现良好的选频特性也很困难。 例如，调幅收音机频率范围535～1605K，调频收音机的频率范围88－108MHz 要在整个频带内兼顾增益和选择性很困难。相比之下，固定频率的中频放大器的增益和选择性都可以做得很好。 (2) 在超外差接收机中，采用变频器，将接收到的射频信号变为固定的中频，在中频上放大信号，放大器的增益可以做得很高，选频特性可做得很好，且电路结构简单。经中频放大后，输入到检波器的信号可达到伏特数量级。 混频达到的目的：将宽带的射频信号固定的中频信号 有利于兼顾选频和增益提高接收机的灵敏度，也就是提高接收微弱信号的能力。 知识点（了解）： 调幅收音机频率范围535～1605K，中频465KHz； 调频收音机的频率范围88－108MHz，中频为10.7MHz。 电视接收机也可采用超外差式方案，电视接收机视频信号中频为38MHz。音频信号的中频为6.5MHz。 微波接收机和卫星接收机的中频信号为70MHz或140MHz。 2.混频器的组成及变频作用 变频（混频）的作用：改变输入信号的载波频率，保持调制规律不变。 下面给出调制信号为单频信号时混频器功能示意图 调制信号为音频信号时混频器功能示意图 结论：混频实现频谱的线性搬移，即频谱结构不变，从载频附近搬移到中频附近。信号各频谱分量的相对位置（频率间隔）相对幅度（幅度的比例关系）不变。 3. 变频基本原理的数学分析－幂函数 如果在非线性器件上同时加上二个高频信号，只要使变频器工作于变频管输入特性曲线的弯曲部分，就会在其输出电流中产生新的频率成分。 非线性器件的电流可用幂级数来表示 根据以上分析，由于非线性器件中伏安特性的平方项，在的共同作用下，产生了新的频率成分： 差频分量；和频成分； 谐波成分 若选择差频，则称为下变频 若选择和频，则称为上变频 注意：混频器后面一定要跟滤波器。 4.变频器的主要性能指标 衡量混频器性能优劣的主要指标有： 变频增益，噪声系数，动态范围，失真干扰等。 1）变频增益（或变频损耗） 表征混频器将输入高频信号转换为输出中频信号的能力。 定义：混频器输出中频电压幅值与输入信号电压幅值 的比值 （6-4-2） 变频增益常以分贝表示。 用功率表示 以电压表示 （dB） 分别是输出的中频功率和输入高频信号的功率。 在相同输入信号情况下，分贝数越大，表明变频增益越高，变频器将输入信号变换为输出中频信号的能力越强。接收机的灵敏度越高。 变频损耗是对不具备混频增益的混频器而言的，它定义为在最大功率传输条件下，输入信号功率对输出中频功率的比值， 用dB（分贝）表示，即(dB) 显然，在相同输入信号情况下，分贝数越大，即混频损耗越大，混频器将输入信号变换为输出中频信号的能力越差。 2）噪声系数 混频器处于接收机的前端，它的噪声电平高低对整机影响很大，降低混频器的噪声十分重要。 混频器的噪声系数NF是指在混频器输入端信号频率上的输入信噪比与在混频器输出端中频频率上的输出信噪比 如果混频器不存在内部噪声，则其输出信噪比与输入信噪比一样，即NF＝1，这是理想状态。 实际上混频器内部总是存在噪声的，使输出信噪比小于输入信噪比，所以NF总是大于1。 NF越大，说明混频器内部噪声越大，使输入信噪比降低程度越大。因此要求NF尽可能小。 混频器的内部噪声主要由非线性器件产生， 选择低噪声混频管；选择合适的混频器工