第七章变频（或混频）的功能和实现.ppt

第七章 变频（或混频）的功能与实现 变频或混频的基本功能是将输入频带信号的频谱位移到新的频率范围内，即频谱的线性搬移，这类似于调制信号经调幅变换前后的频谱变换关系。 7.1 概 述7.2 变频（或混频）器的构成和技术指标 7.3 变频（或混频）干扰和失真 7.4 变频（或混频）电路与干扰抑制 7.5 电路与信号和系统的关系 7.1 概 述 实现变频的电路有混频器和变频器两类。根据调幅电路和同步解调的频率搬移特性的实现机理，我们可以想到实现变频时应该有两个不同的输入信号。其中，一个是单一频率的等幅正弦波，也称为本振信号，它不携带信息，仅作为一个参考标准；另一个是需要进行中心频率位移的频带输入信号。 变频电路在本质上应实现输入信号频谱与本振频率的加或减的数学功能。如果本振信号由外部其它电路提供，则称变频电路为它激式混频器，或简称为混频器；如果所用本振信号是变频电路自身产生，则称为自激式混频器，或简称为变频器。 7.2 变频（或混频）器的构成和技术指标 对于后者，主要例子有：① 利用变频器可以实现，将波段内的已调信号变为与输入载波无关的、并具有固定载频的中频信号，并在此基础上进行高性能的选频放大，最后再检波的超外差式接收解调方案（进一步的说明参见题图7-5）； ②在发射设备中经常利用变频器来改变载频频率的大小（参见8.3.2节的“最大线性频偏与频偏扩展的方法”）；③ 在频率合成器中，也常用变频器来完成频率加减运算，从而由基本频率信号得到不同于原频率的新信号（参见第九章的图9-3-1和思考题与练习题9-9）。 如图7-2-1(b)所示在混频器的两个输入电压中，一个是载频为fc的已调波，另一个是频率为fL的本振信号，其输出信号的载波频率为fI，称为中频，该信号称为中频信号。所谓中频是指解调结果vΩ(t)的信号频率与系统输入已调波vc(t)的信号频率之间的过渡频率，其大小不一定小于已调波的信号频率。 如中波广播收音机的接收频率范围为535～1605kHz，固定中频为465kHz，变频器属于下变频，由于中频低于接收波段的最低频率，我们也称此变频方案为低中频方案。 7.2.1 变频器的组成和工作原理 根据非线性器件能产生新的频率分量的原理，当两个频率不同的正弦电压同时作用于非线性器件时，在它的输出信号中会产生由两输入频率形成的众多频率组合分量，即组合频率分量。 其中，乘积型混频器的非线性元器件部分应完成相乘运算功能。若相乘运算和输入信号都是理想的，则io (t)中的无用频率分量较少，并且也容易被中频滤波器滤除。叠加型混频器的非线性元器件会产生更多的无用频率分量，因此在讨论变频器失真成因时往往以此模型为依据。 7.2.2 变频器的技术指标 1.变频增益  变频增益是表征变频器将输入信号转化成输出中频有用信号的能力的技术指标，如电压或功率增益。 2.动态范围 动态范围是指变频器能正常工作，而性能未显著下降所允许的输入信号电平范围。 3.噪声系数 变频器的噪声系数定义为： 4.隔离度 隔离度是指变频器的信号端口、本振端口和中频输出端口之间的信号通过变频器电路空间进行的互相直接泄漏的程度。各端口之间相互影响小，隔离度就高。一般而言，它们的隔离可以通过电路在变频器内部结构的选取，以及由选频电路在变频器内部构造的不同频率的电路区域空间来完成。 5.选择性 变频器的中频输出信号中可能包含很多频率分量，但其中只有一个频率分量是有用的，在接收机中反映为中频。 6.失真与干扰 变频器的失真有频率失真和非线性失真。 7.3 变频（或混频）干扰和失真 显然，与这些组合频率对应的频率变换通道(简称变频通道)中，我们只关心使输出落入有用信号频率范围内的信号变换通道。通常我们称这些无用信号为变频(或混频)干扰和失真。 1.组合频率干扰 组合频率干扰是在无输入干扰和噪声情况下，仅由有用信号vs和本振vL通过频率变换通道形成的组合频率干扰，信号环境如图7-3-1所示。 显然，最小的无用组合干扰点发生在p＝1、q＝2，即2fC－fL＝2×927-1392＝462kHz≈fI，与中频465kHz误差3kHz，属于中频通频带内。462kHz的载波与465kHz同时加到检波器上，将产生由载频产生的465-462＝3kHz的固定差频信号输出，即出现属于音频频率范围内的哨叫声。 组合频率干扰由有用信号产生，与外界干扰信号无关，它不能靠提高前端电路的选择性来减少干扰。具体方法有：① 合理进行中频和本振频率的安排，提高最低干扰点的阶数（q+p的值）；② 优化混频电路，使有用信号强度增强，无用信号强度减弱、分量减少。对前者，可考虑选用中频大于输入信号载频的高中频方案；后者的具体情况可参见7.4节的混