非線性電路分析方法與混頻器概要PPT課件

1、本章要點本章要點1 1、非線性電路分析方法：、非線性電路分析方法：冪級數(shù)冪級數(shù)、開關(guān)函數(shù)開關(guān)函數(shù)、模擬乘法器、時變跨導(dǎo)、模擬乘法器、時變跨導(dǎo)、 器件非線性的影響器件非線性的影響2 2、混頻器的功能和工作原理混頻器的功能和工作原理3 3、二極管混頻電路：、二極管混頻電路：平衡式平衡式、雙平衡式雙平衡式4 4、超外差式接收機(jī)的構(gòu)成和工作原理超外差式接收機(jī)的構(gòu)成和工作原理5 5、混頻器干擾：、混頻器干擾：鏡像干擾鏡像干擾、中頻干擾中頻干擾、三階互調(diào)干擾三階互調(diào)干擾6 6、混頻器的、混頻器的中頻選擇中頻選擇、二次混頻方案二次混頻方案7 7、接收機(jī)靈敏度接收機(jī)靈敏度和和動態(tài)范圍動態(tài)范圍的計算的計算8 8

2、、接收機(jī)方案：超外差、直放式、甚低中頻式、鏡頻抑制方案、數(shù)字中頻、接收機(jī)方案：超外差、直放式、甚低中頻式、鏡頻抑制方案、數(shù)字中頻9 9、接收機(jī)與發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)、接收機(jī)與發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)第1頁/共109頁本章作業(yè) 5.8、5.9、5.17、5.18、5.20、5.22、5.31、5.34、5.35、5.36、5.37、5.39第2頁/共109頁5.1 非線性電路的特征與分析方法 （a）頻譜的線性搬移;（b）頻譜的非線性搬移 0f(a)0ffc0f(b)0ffc研究非線性電路的目的是研究如何利用非線性電研究非線性電路的目的是研究如何利用非線性電路實現(xiàn)路實現(xiàn)頻譜搬移頻譜搬移。第3頁/共109頁概述

3、線性元件、非線性元件與時變參量元件線性電路諧振電路、濾波器、高頻小信號放大器、中頻放大器非線性電路功率放大器、振蕩器、調(diào)制解調(diào)器分析方法圖解法：用非線性元件和輸入信號的波形，通過作圖直接求解。解析法：通過實驗方法求得非線性元件的特性曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式，然后列出電路方程，從而解得電路中的電壓和電流。第4頁/共109頁1、非線性元件的特征非線性元件的工作特征線性電阻與非線性電阻的伏安特性曲線靜態(tài)電阻與動態(tài)電阻負(fù)電阻非線性電感、非線性電容非線性元件的頻率變換作用正弦波通過線性電阻正弦波通過具有平方率特性的非線性電阻非線性元件不滿足疊加原理第5頁/共109頁非線性元件的工作特征第6頁/共109頁非線性元件

4、的頻率變換作用第7頁/共109頁傳輸特性 ： )()()(2i2i10otataatvvv設(shè)：設(shè)：tVtVti22m11mcoscos)(v則則 中有：中有：)(otv 直流分量；直流分量； 基波分量和諧波分量：基波分量和諧波分量：21,212 ,2,組合頻率分量：組合頻率分量：21“非線性非線性”具有具有頻率變換頻率變換作用。作用。非線性元件的頻率變換作用第8頁/共109頁2、非線性電路分析方法I. 冪級數(shù)分析法 非線性函數(shù)的冪級數(shù)展開 對特性曲線進(jìn)行曲線擬合 非線性元件產(chǎn)生多種新頻率濾波II.指數(shù)函數(shù)分析法 模擬乘法器分析III.折線分析法 高頻功放第9頁/共109頁（1）冪級數(shù)分析法常用

5、的非線性元件的特性曲線可表示為其中式中a0 0，a1 1， ，an n為各次方項的系數(shù)，它們由下列通式表示)(vQVfiv = = v1 1+ +v2 2，VQ是靜態(tài)工作點。i = a0+a1v+a2v2+a3v3+ +anvn+)(!1d)(d!1)(nQQnVnnVfnfnavvv上述特性曲線可用冪級數(shù)表示為第10頁/共109頁tVtVt221coscos)(m1mv從頻域考察非線性能夠揭示非線性的頻率變換作用，因此，選擇如下信號作為冪級數(shù)的輸入電壓。)cos()cos()!( !02m21m10nmmnnmntVtVmnmnai將和項展開，可得i = a0+a1v+a2v2+a3v3+

6、+anvn+（1）冪級數(shù)分析法第11頁/共109頁三角降冪公式直流成分耦次諧波為奇數(shù)為偶數(shù)ntknCntknCCtknnknknnknnnn.)2cos(21.)2cos(21cos1)1(210112021tttt)cos(21)cos(21coscos212121)cos()cos()!( !022110nmmnnmntVtVmnmnaimm0qpqp,，, 2, 1, 0, qpp + q n（1）冪級數(shù)分析法第12頁/共109頁0)(22m221m20VVaa222m222Va212m22m1343VVa212m22m1343VVa233m234Va22m1m233m23m212343

7、VVaVaVa1221m2m12VVam2m12VVa1222m1m2343VVa1222m1m2343VVa122m122Va133m1341Va1m12m233m13m112343VVaVaVan最高次數(shù)為3的多項式的頻譜結(jié)構(gòu)圖（1）冪級數(shù)分析法第13頁/共109頁（1）冪級數(shù)分析法輸出電流中存在輸入電壓中不曾有的頻率分量。各組合頻率系數(shù)之和最高也不超過冪級數(shù)最高次數(shù)。所有組合頻率成對出現(xiàn)。第14頁/共109頁（1）冪級數(shù)分析法非線性器 件濾波器u1uou2在實際應(yīng)用中，非線性器件往往與線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)合使用，前者產(chǎn)生新頻率，后者作為濾波器從新頻率中選擇有用頻率。當(dāng)考慮了負(fù)載的影響后，在非線性元

8、件特性曲線上各個瞬時工作點的連接線（軌跡）叫做動特性曲線。第15頁/共109頁（2）指數(shù)函數(shù)分析法多用于分析由差分對管構(gòu)成的模擬乘法器電路，如左圖所示。詳細(xì)的分析過程在模擬乘法器調(diào)幅部分講解。第16頁/共109頁晶體三極管的轉(zhuǎn)移特性曲線用折線近似 信號較大時，所有實際的非線性元件幾乎都會進(jìn)入飽和或截止?fàn)顟B(tài)。此時，元件的非線性特性的突出表現(xiàn)是截止、導(dǎo)通、飽和等幾種不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。（3）折線分析法0ci)(BZVvB)(BZccVvgiB)(BZVvB折線的數(shù)學(xué)表達(dá)式：第17頁/共109頁折線法分析非線性電路，多用于分析高頻功率放大器，詳細(xì)分析過程在高頻功率放大器一章進(jìn)行講解。（3）折線分析法

9、第18頁/共109頁5.2、線性時變參量電路分析方法 線性時變電路：指電路元件的參數(shù)不是恒定不變的，而是按一定規(guī)律隨時間變化，且這種變化與元件的電流或電壓無關(guān)。 時變跨導(dǎo)電路或時變電阻電路模擬乘法器電路開關(guān)函數(shù)分析法第19頁/共109頁)(QvVfiv = = v1 1+ +v2 2 若v1 1足夠小，可以忽略上式中v1 1的二次方及其以上各次方項，則該式可簡化為 212Q 12Q2Q)(21)()(vvvvvVfVfVfi)(21vv 在(VQ+ v2 2)關(guān)于v1 1的泰勒級數(shù)展開式，即)(QvVfi則則（1）時變跨導(dǎo)電路分析方法12Q2Q)()(vvvVfVfi)()(2Q2QvvVfV

10、f和都是簡諧振蕩電壓v2的函數(shù)。集電極電流晶體管跨導(dǎo)第20頁/共109頁將 和 代入上式中可得：tVvm111costVvm222costVtgtggtItIIimmm112221022210cos)2coscos()2coscos( 可見，受v2控制的晶體管跨導(dǎo)的基波分量和諧波分量與 的乘積將產(chǎn)和頻與差頻所組成的新頻率分量。tVvm222cos可見，一個大信號和一個小信號共同作用于非線性器件時，非線性系統(tǒng)可以等效為線性時變系統(tǒng)。有源單管混頻器將用這種方法進(jìn)行分析。第21頁/共109頁（2）模擬乘法器電路模擬乘法器電路在調(diào)幅相關(guān)章節(jié)中詳述。21ovvvK只有兩個輸入電壓幅度較小，晶體管處于線性

11、區(qū)時，乘法器才呈現(xiàn)理想特性。第22頁/共109頁（3）開關(guān)函數(shù)分析法大小兩個信號同時作用于非線性元件時的原理性電路第23頁/共109頁開關(guān)的控制信號及其開關(guān)函數(shù))(121Lddvv tSRri tnntttSn2122) 12cos() 12() 1(23cos32cos221)(第24頁/共109頁0)(22m221m20VVaa222m222Va212m22m1343VVa212m22m1343VVa233m234Va22m1m233m23m212343VVaVaVa1221m2m12VVam2m12VVa1222m1m2343VVa1222m1m2343VVa122122mVa133m1

12、341Va1m12m233m13m112343VVaVaVa開關(guān)函數(shù)分析法多用于分析二極管乘法電路，這部分內(nèi)容將在二極管混頻電路中詳述。第25頁/共109頁5.3 變頻電路 在保持相同調(diào)制規(guī)律的條件下，將輸入已調(diào)信號的載波頻在保持相同調(diào)制規(guī)律的條件下，將輸入已調(diào)信號的載波頻率從率從fs變換為固定變換為固定fi的過程稱為變頻或混頻。的過程稱為變頻或混頻。 高 頻 放 大 fs fs 本 地 振 蕩 fo 混 頻 fofs=fi fi 低 頻 放 大 檢 波 中 頻 放 大 F F （以調(diào)幅為例 ） 在接收機(jī)中， fi稱為中頻。一般其值為其中fo是本地振蕩頻率。soifff 超外差式接收機(jī) 其中，

13、fi大于fs的混頻稱為上混頻， fi小于fs的混頻稱為下混頻。第26頁/共109頁混頻器工作原理舉例 經(jīng)過混頻器變頻后，輸出頻率為soifffMHz)67 . 1 (MHz)465. 6165. 2(MHz465. 0 混頻的結(jié)果：較高的不同的載波頻率變?yōu)楣潭ǖ妮^低的載波頻率，而振幅包絡(luò)形狀不變。第27頁/共109頁混頻的實質(zhì)線性頻率變換 變頻前后的頻譜圖第28頁/共109頁5.3.1 混頻器主要質(zhì)量指標(biāo)A.A.變頻變頻( (混頻混頻) )增益：增益：混頻器輸出中頻電壓混頻器輸出中頻電壓V Vimim與輸入信號電壓與輸入信號電壓V Vsmsm的的幅值之比。幅值之比。B.B.噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)：

14、高頻輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。高頻輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。C.C.選擇性：選擇性：抑制中頻以外的信號的干擾的能力。抑制中頻以外的信號的干擾的能力。D.D.非線性干擾：非線性干擾：抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的能力。抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的能力。第29頁/共109頁5.3.2 晶體管混頻器ifBBV晶體管混頻器原理電路混頻管看做線性參變元件，其跨導(dǎo)隨振蕩電壓做周期性變化。當(dāng)高頻信號通過線性參變元件時，便產(chǎn)生各種頻率分量，達(dá)到變頻的目的。CCV第30頁/共109頁電路組態(tài) 晶體管混頻器的電路組態(tài)第31頁/共109頁5.3.3 晶體管混頻器的分析

15、前面分析表明，要進(jìn)行混頻，可以用非線性電子器件工作于線性時變狀態(tài)來實現(xiàn), ,即V V0m0mV Vsmsm。 VBB 0 0 iC t vBE vBE a b a b a b iC= =f (VBB+ v0 0) + +f (VBB+ v0 0) vs s其中f (VBB+ v0)是時變跨導(dǎo)。已知振蕩電壓 v0 0 = =V0cos0t cos2coscos)(0cm02cm01cm0c0 tnItItIIVfnQvv0vs第32頁/共109頁5.3.3 晶體管混頻器的分析 混頻管跨導(dǎo)隨本振電壓V變化第33頁/共109頁5.3.3 晶體管混頻器的分析已知輸入電壓 中頻輸出電流 tnItItII

16、VfnBB0cm02cm01cm0c0cos2coscos)(vtngtgtggtgVfBB0n020100cos2coscos)()( v已知輸入電壓 中頻輸出電流 i10cossigt v變頻跨導(dǎo) 1imc21)(gtVIgsBBBBcvVfVfi)( )( 00vvttVvsscos)(i10s1i1( )cos()21 ( )cos2igV ttgV tt第34頁/共109頁5.3.4 晶體管混頻器電路舉例與工作狀態(tài)選擇某調(diào)幅通信機(jī)混頻器電路調(diào)諧于s 調(diào)諧于i第35頁/共109頁5.3.4 晶體管混頻器電路舉例與工作狀態(tài)選擇自激式變頻器電路 調(diào)諧于i調(diào)諧于s第36頁/共109頁晶體管混

17、頻器的特點優(yōu)點：有變頻增益優(yōu)點：有變頻增益 缺點：缺點：1）動態(tài)范圍較?。﹦討B(tài)范圍較小 2）組合頻率干擾嚴(yán)重）組合頻率干擾嚴(yán)重 3）噪聲較大）噪聲較大 4）存在本地輻射）存在本地輻射第37頁/共109頁5.3.5 二極管混頻器 二極管開關(guān)混頻原理 二極管平衡混頻器 二極管環(huán)形混頻器第38頁/共109頁5.3.5 二極管開關(guān)混頻原理i所謂開關(guān)工作狀態(tài)，幾十調(diào)整本振電壓的幅度（0.61V）來控制混頻器的工作。在振蕩電壓的正半周，二級管導(dǎo)通（小電阻）；負(fù)半周，二極管截止（大電阻）。二極管伏安特性曲線可用一條過零點的直線來代表。二極管開關(guān)特性可表示為：.) 12cos() 12() 1(2.3cos3

18、2cos221)()(01001tnntttktSnoDr第39頁/共109頁5.3.5 二極管開關(guān)函數(shù)二極管開關(guān)特性第40頁/共109頁 若i 單向正相余弦開關(guān)函數(shù) ii 單向反相余弦開關(guān)函數(shù)iii 雙向開關(guān)函數(shù)5.3.5 余弦型開關(guān)函數(shù)展開式第41頁/共109頁5.3.5 正弦型開關(guān)函數(shù)展開式 若 i 單向正相正弦開關(guān)函數(shù) ii 單向反相正弦開關(guān)函數(shù) iii 雙向開關(guān)函數(shù)第42頁/共109頁通過二極管的電流為：)coscoscos)(3cos32cos221()(1tVtVtVttgvvvtkgiiimoomssmooDiosoD 由上式可得輸入信號分量和中頻電流分量：tVgtVgitVg

19、tVgiiimDismDiimDssmDscos21cos1cos1cos21simDsmDiimDsmDsVgVgIVgVgI211121它們的幅值為信號電流反向混頻正向混頻中頻電流5.3.5 二極管開關(guān)混頻原理第43頁/共109頁反向混頻是二極管混頻器特有的現(xiàn)象，三極管混頻器中由于輸入與輸出隔離很大，反向混頻可以忽略。可求得二極管開關(guān)混頻器在全匹配條件下是衰減的，其電壓傳輸系數(shù)相當(dāng)于-10dB。它的電壓傳輸系數(shù)為：1)411 (2112DDggAvc二極管開關(guān)混頻器增益小于1，這是它的一個缺點。5.3.5 二極管開關(guān)混頻原理第44頁/共109頁5.3.5 二極管平衡混頻器二極管平衡混頻器原

20、理電路與等效電路第45頁/共109頁5.3.5 二極管平衡混頻器.) 12cos() 12() 1(2.3cos32cos221)(0100tnntttSn)2121)(10Ld1isvvvtSRri)2121)(1s0Ld2itSRrivvv)(1)(11LdLd21isoisvvtkRrvvtSRriii第46頁/共109頁5.3.5 二極管平衡混頻器)(1iosoDvvvtkgi)(1isoDvvtkgi對比單二極管混頻電路和二極管平衡混頻電路的回路電流，可以發(fā)現(xiàn)，二極管平衡混頻回路中包含的頻率分量大為減少。同時，在輸入端沒有本振角頻率0及其諧波分量的電壓。單二極管混頻電路回路電流二極管

21、平衡混頻電路回路電流第47頁/共109頁5.3.5 二極管環(huán)形混頻器二極管環(huán)形混頻器第48頁/共109頁5.3.5 二極管環(huán)形混頻器在本振電壓正半周的環(huán)形混頻器)(1)(1 1LdLd31isosvvt)(kRrtSRriiiv第49頁/共109頁二極管環(huán)形混頻器在本振電壓負(fù)半周的環(huán)形混頻器)(1)(1 1LdLd24isoisvvtkRrvvtSRriii第50頁/共109頁5.3.5 二極管環(huán)形混頻器soostktkRrTtStSRriiivv)(1)(1)2()(1 1LdLdiv為了便于說明問題，這里忽略反向混頻，即 的存在。第51頁/共109頁5.3.5 二極管環(huán)形混頻器環(huán)形混頻器輸

22、出電流為：tVtnnttgvtkgvtktkgissmnDsoDsooDcos) 12cos() 12() 1(43cos34cos4)()()(0100(211( tVtnnttgvtkgissmnDsoDcos.) 12cos() 12() 1(2.3cos32cos221()(01001平衡混頻器輸出電流為：單向開關(guān)函數(shù)可見環(huán)形混頻器由于開關(guān)函數(shù)中沒有直流分量，因此輸出電流中的頻率分量進(jìn)一步減少。雙向開關(guān)函數(shù)第52頁/共109頁5.3.5 小結(jié))(1osoDvvtkgi單二極管混頻器輸出電流soDvtkgi)(1二極管平衡混頻器輸出電流環(huán)形混頻器輸出電流soDvtkgi)(2本振頻率被抵

23、消開關(guān)函數(shù)中的直流分量被抵消上述分析中沒有考慮反向混頻的影響，實際上，反向混頻現(xiàn)象在二極管混頻器中總是存在的。第53頁/共109頁5.3.6 差分對混頻器 差分對混頻器第54頁/共109頁5.3.6 模擬乘法器混頻器模擬乘法器混頻器四象限乘法器前置中放緩沖放大第55頁/共109頁5.4 混頻器干擾5.4.2 交叉調(diào)制(交調(diào))5.4.3 互相調(diào)制(互調(diào))5.4.4 阻塞現(xiàn)象與相互混頻5.4.5 克服干擾的措施第56頁/共109頁1. 有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾哨叫干擾 當(dāng)接收機(jī)接收某一電臺音頻信號時，除了能聽到有用信號外，還同時能聽到等音頻的哨叫聲。sqp0

24、qp,soqp,qfpffFf i（F為音頻）si01 , 1混頻器組合頻率輸出混頻器組合頻率輸出混頻器中頻頻率輸出混頻器中頻頻率輸出（p=1，q=1）若則可能產(chǎn)生哨叫干擾第57頁/共109頁1. 有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾哨叫干擾 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fofs=fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 它將與有用信號疊加，并同時被中頻放大器放大，然后檢波輸出。 檢波器除了輸出有用信號的解調(diào)信號外，還伴有一個頻率為F的音頻信號，這就形成了哨叫干擾。第58頁/共109頁1. 有用信號和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾有用信號和本振產(chǎn)生的組合

25、頻率干擾哨叫干擾 AM收音機(jī)有效波段為5351605kHz，它的中頻頻率為465kHz。sisisqp,qfffpqfffpfs或)()(isispffqppffpq)()(或FFffkHzis9302 在中頻放大器的通頻帶寬度為9kHz，輸入信號頻率在925.5 934.5kHz的范圍內(nèi)，就將產(chǎn)生pl，q2的哨叫干擾。1605kHz535無哨叫干擾一次項：s1 , 0ffFkHz465isfff2, 1三次項：Ff i第59頁/共109頁2. 干擾信號和本振產(chǎn)生的副波道干擾干擾信號和本振產(chǎn)生的副波道干擾 當(dāng)混頻器前級的天線和高頻放大電路的選頻特性不理想時，在通頻帶以外的電臺信號也有可能進(jìn)入混

26、頻器的輸入端而形成干擾。 干擾信號與本振信號經(jīng)過混頻產(chǎn)生的組合頻率為：noqp,qfpff 若該組合頻率落于中頻放大器通頻帶內(nèi)就意味著頻率為fn的干擾信號便順利進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)檢波后使可聽到這一干擾電臺的信號。由于它是主波道以外的波道對有用信號形成的干擾，所以稱為副波道干擾，又稱寄生通道干擾。第60頁/共109頁noqp,qfpffinin fqfpffqfpf00考慮到下混頻，只有以下兩式成立考慮到下混頻，只有以下兩式成立干擾信號與本振信號經(jīng)過混頻產(chǎn)生的組合頻率為：干擾信號與本振信號經(jīng)過混頻產(chǎn)生的組合頻率為：isiisi0n) 1(11)(1fppfqfqffqpfqfqpf只要干擾信號的

27、頻率滿足上式的要求，就可以在中頻放大器只要干擾信號的頻率滿足上式的要求，就可以在中頻放大器輸出端產(chǎn)生干擾信號輸出端產(chǎn)生干擾信號。第61頁/共109頁isn) 1(1fppfqf在中，取p=0，q=1可得，inff 的中頻干擾。 由于混頻器對中頻信號具有良好的放大性能，傳送至中頻放大器的中頻干擾信號有可能比有用信號更強(qiáng)。第62頁/共109頁5.4.1 鏡像干擾可得isi0n2 fffff 這種干擾對于混頻器和中頻放大器來說，其傳輸能力與有用信號完全相同，所以它將順利地通過中頻放大器經(jīng)檢波而造成嚴(yán)重的干擾。isn) 1(1fppfqf在中，取p=1，q=1第63頁/共109頁什么是鏡像頻率？什么是

28、鏡像頻率？后果如何？后果如何？消除鏡像頻率干擾的方法：不讓鏡頻信號進(jìn)入變頻器消除鏡像頻率干擾的方法：不讓鏡頻信號進(jìn)入變頻器前端濾波器濾除前端濾波器濾除濾波器實現(xiàn)難點？濾波器實現(xiàn)難點？射頻濾波器通帶做不窄射頻濾波器通帶做不窄解決方法解決方法: 提高中頻提高中頻第64頁/共109頁5.4.2 5.4.2 交叉調(diào)制( (交調(diào)) )干擾信號對有用信號調(diào)制產(chǎn)生的交叉調(diào)制干擾干擾信號對有用信號調(diào)制產(chǎn)生的交叉調(diào)制干擾 當(dāng)接收機(jī)調(diào)諧在有用信號的頻率上時，干擾電臺的調(diào)制信號聽得清楚，而當(dāng)接收機(jī)對有用信號頻率失諧時，干擾電臺調(diào)制信號的可聽度減弱，并隨著有用信號的消失而完全消失，換句話說，好象干擾電臺的調(diào)制轉(zhuǎn)移到了

29、有用信號的載波上。 2n1ns0nm,q,p,nfmfqfpff第65頁/共109頁5.4.2 5.4.2 交叉調(diào)制( (交調(diào)) )若有用信號和干擾信號均為調(diào)幅波，混頻器的非理想相乘特性會使有用信號的各頻率分量的幅度受干擾信號的幅度影響，其包跡發(fā)生變化。 分析表明，非理想相乘特性的四次項中所含的v0 vs vn2項將產(chǎn)生寄生中頻信號，；200cos)(cos)()cos(ttVttVtVnnsm22cos1cos2ttnn第66頁/共109頁5.4.3 5.4.3 互相調(diào)制( (互調(diào)) )兩干擾信號和本振信號產(chǎn)生的互相調(diào)制干擾兩干擾信號和本振信號產(chǎn)生的互相調(diào)制干擾 210,nnsnmqpnfm

30、fqfpff 在輸入有用信號的同時，有兩個干擾信號vn1(t)和vn2(t)也作用于混頻器輸入端, ,使混頻器的輸入端同時作用了包括本機(jī)振蕩共4 4個輸入信號，這兩個干擾信號與本機(jī)振蕩信號的組合就有可能產(chǎn)生兩個干擾信號間的互相調(diào)制，從而產(chǎn)生寄生中頻分量。第67頁/共109頁5.4.3 5.4.3 互相調(diào)制( (互調(diào)) ) 實際上，由于混頻器前的高頻放大器具有良好的濾波作用，往往只有頻率比較接近輸入信號頻率的兩個干擾信號才能有效地加到混頻器的輸入端。因此，假定兩個干擾信號的頻率fn1和fn2比較靠近fs，那么能夠滿足上式情況限于soqp,qfpffFf i組合頻率干擾 1 nmifnfmfff

31、2n1n0nm,0, 1只要兩個干擾頻率滿足就會產(chǎn)生互調(diào)干擾，其中三階互調(diào)干擾最為嚴(yán)重第68頁/共109頁5.4.3 互相調(diào)制(互調(diào))設(shè)某電臺工作于2.4MHz，兩個干擾臺分別工作于0.9MHz和1.5MHz。0.9+1.5=2.4MHz2*1.5+0.9=3.9MHz2*1.5-0.9=2.1MHz2*0.9+1.5=3.3MHz2*0.9-1.5=0.3MHzm+n=3的三階互調(diào)干擾m+n=2的二階互調(diào)干擾三階互調(diào)干擾數(shù)量眾多，排除困難，是互調(diào)干擾中危害最嚴(yán)重的。第69頁/共109頁5.4.45.4.4阻塞現(xiàn)象與相互混頻1.1.阻塞現(xiàn)象阻塞現(xiàn)象 當(dāng)一個強(qiáng)干擾信號進(jìn)入接收機(jī)輸入端后，由于輸入

32、電路抑制不良，會使前端電路內(nèi)的放大器或混頻器工作于嚴(yán)重的非線性區(qū)域，甚至完全破壞晶體管的工作狀態(tài)，使輸出信噪比大大下降。這就是強(qiáng)信號阻塞現(xiàn)象。 信號過強(qiáng)時，甚至可能導(dǎo)致晶體管的結(jié)被擊穿，晶體管的正常工作狀態(tài)被破壞，產(chǎn)生了完全堵死的阻塞現(xiàn)象。第70頁/共109頁5.4.45.4.4阻塞現(xiàn)象與相互混頻2. 2. 相互混頻相互混頻 因為這時是將本振源的邊帶噪聲去調(diào)制干擾信號（較強(qiáng)），故稱為噪聲調(diào)制。這時干擾信號作為噪聲調(diào)制中的載頻，本振源中的邊帶噪聲（較弱）當(dāng)作輸入信號，正好與原來的混頻位置顛倒，所以又稱為倒易混頻。 倒易混頻示意圖第71頁/共109頁5.4.5 5.4.5 克服干擾的措施提高混頻級

33、前端電路( (天線回路和高放) )的選擇性。固定調(diào)諧濾波器合理地選擇中頻，能有效地減小組合頻率干擾。高中頻與低中頻合理地選擇與運用混頻管。例如，合理設(shè)置靜態(tài)工作點，加深度交流負(fù)反饋，選用場效應(yīng)管等。采用各種平衡電路。 第72頁/共109頁5.5 接收機(jī)與發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu) 5.5.1靈敏度與動態(tài)范圍 5.5.2概述 5.5.3接收機(jī)方案 5.5.4發(fā)射機(jī)方案 5.5.5無線收發(fā)信機(jī)的性能指標(biāo)第73頁/共109頁5.5.1 接收機(jī)靈敏度噪聲決定了放大器可放大的噪聲決定了放大器可放大的最低輸入最低輸入電平電平定義：定義：在給定接收機(jī)的解調(diào)器前端所要求的在給定接收機(jī)的解調(diào)器前端所要求的最低信噪比條件下，最低

34、信噪比條件下， 接收機(jī)所能檢測的接收機(jī)所能檢測的最低輸入電平最低輸入電平（功率）（功率） 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fofs=fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 接收機(jī)前端第74頁/共109頁例：某電視接收機(jī)解調(diào)器正常工作所需最小信噪比為20dB，電視接收機(jī)帶寬為6MHz。接收機(jī)前端電路噪聲系數(shù)10dB，求接收機(jī)前端電路輸入信號電平至少多大？即，求以電壓表示的接收機(jī)靈敏度。接收機(jī)前端接收機(jī)前端解調(diào)器解調(diào)器dBNSoo20)(mindBF10?)(miniiNS?svMHz6B100010010)()(minminooiiNSFNS由噪聲系數(shù)定義得多級網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)時，電路

35、帶寬等于系統(tǒng)等效噪聲帶寬。因此，輸入噪聲功率為：KTBNi則當(dāng)T=290k時，要求輸入的信號功率為pWKTBSi8 .231000設(shè)信號源內(nèi)阻為 ，則所需最小信號電勢為： 75sRVSiRVRVRVSissmssmssm5 .844421)2(22第75頁/共109頁5.5.1 動態(tài)范圍影響最小輸入電平的因素影響最小輸入電平的因素基底噪聲基底噪聲影響最大輸入電平的因素影響最大輸入電平的因素非線性失真非線性失真接收機(jī)（或放大器）接收機(jī)（或放大器）動態(tài)范圍動態(tài)范圍允許的允許的最大輸入最大輸入電平電平允許的允許的最小輸入最小輸入電平電平,maxinP1dB壓縮點壓縮點對應(yīng)的輸入電平對應(yīng)的輸入電平,m

36、ininP靈敏度（或基底噪聲）靈敏度（或基底噪聲）1.線性動態(tài)范圍線性動態(tài)范圍定義方法定義方法lDR2. 無雜散動態(tài)范圍無雜散動態(tài)范圍fDR,maxinP,mininP第76頁/共109頁5.5.2 概述通信機(jī)基本結(jié)構(gòu)通信機(jī)基本結(jié)構(gòu)射頻級基本結(jié)構(gòu)射頻級基本結(jié)構(gòu)發(fā)射部分發(fā)射部分接收部分接收部分天線公用器天線公用器本章本章主要內(nèi)容主要內(nèi)容：介紹發(fā)送、接收機(jī)的：介紹發(fā)送、接收機(jī)的結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)方案主要指標(biāo)主要指標(biāo)第77頁/共109頁射頻發(fā)射級的射頻發(fā)射級的基本組成基本組成及及完成功能完成功能：完成基帶信號對載波的完成基帶信號對載波的調(diào)制調(diào)制 通帶信號（已調(diào)波）通帶信號（已調(diào)波）將通帶信號將通帶信號搬移

37、搬移到所需的頻段到所需的頻段上變頻上變頻放大放大到足夠的功率并發(fā)射到足夠的功率并發(fā)射不干擾相鄰信道不干擾相鄰信道限制頻帶限制頻帶主要指標(biāo)：主要指標(biāo)：頻譜頻譜、功率功率、效率效率產(chǎn)生正弦載波產(chǎn)生正弦載波第78頁/共109頁射頻接收級的射頻接收級的基本組成基本組成及及完成的功能完成的功能從眾多的電波中選出有用信號從眾多的電波中選出有用信號選頻、濾除干擾選頻、濾除干擾將微弱信號將微弱信號放大到解調(diào)器所要求的電平值放大到解調(diào)器所要求的電平值放大放大將通帶信號變?yōu)榛鶐盘枌⑼◣盘栕優(yōu)榛鶐盘?解調(diào)解調(diào)接收機(jī)的主要指標(biāo)：接收機(jī)的主要指標(biāo)：靈敏度靈敏度、選擇性選擇性第79頁/共109頁設(shè)計接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的

38、射頻部分時應(yīng)解決的設(shè)計接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的射頻部分時應(yīng)解決的關(guān)鍵問題關(guān)鍵問題 選用合適的選用合適的調(diào)制和解調(diào)調(diào)制和解調(diào)方式方式 抗干擾性能好、頻帶利用率高、功率有效性好抗干擾性能好、頻帶利用率高、功率有效性好 接收機(jī)接收機(jī)選出選出有用信道有用信道抑制抑制干擾干擾 難點難點已調(diào)信號載頻高、信道窄已調(diào)信號載頻高、信道窄 接收機(jī)的接收機(jī)的靈敏度和線性動態(tài)范圍靈敏度和線性動態(tài)范圍 發(fā)射機(jī)的發(fā)射機(jī)的高效率高效率不失真的不失真的功率放大器功率放大器 限制發(fā)射信號限制發(fā)射信號對相鄰信道的干擾對相鄰信道的干擾 天線天線收發(fā)轉(zhuǎn)換器收發(fā)轉(zhuǎn)換器的損耗小，隔離性好的損耗小，隔離性好第80頁/共109頁5.5.3 接收機(jī)方

39、案 超外差式接收機(jī) 直接下變頻方案 鏡頻抑制接收方案 數(shù)字中頻方案第81頁/共109頁5.5.3 超外差式接收機(jī)超外差式接收機(jī)基本框圖soi變頻器變頻器功能：將接收到的射頻不失真的功能：將接收到的射頻不失真的降低降低為一個為一個固定固定的中頻的中頻關(guān)鍵部件：關(guān)鍵部件：下變頻器下變頻器IF變頻特點：變頻特點： 頻率降低頻率降低 頻譜結(jié)構(gòu)不變頻譜結(jié)構(gòu)不變第82頁/共109頁5.5.3 超外差式接收機(jī)1、選擇性問題中頻信號比載頻信號低得多，在中頻段實現(xiàn)對有用信道的選擇要比在載頻段選擇對濾波器Q值的要求低得多。2、增益問題將接收機(jī)總增益分配到頻帶放大器，中頻放大器和基帶放大器上。降低了放大器設(shè)計難度，

40、有利于得到穩(wěn)定的高增益。3、在較低的固定中頻上解調(diào)或進(jìn)行AD變換相對容易。使用超外差式結(jié)構(gòu)的理由第83頁/共109頁（1 1） 為了解決為了解決選擇性選擇性解決措施解決措施（1）降低頻率選信道降低頻率選信道 （2）濾波器中心頻率是否能固定？）濾波器中心頻率是否能固定？為什么為什么要將接收到的射頻頻率要將接收到的射頻頻率降低？降低？上行上行頻帶頻帶: 890: 890 915MHz915MHz（移動臺發(fā)、基站收）（移動臺發(fā)、基站收）下行下行頻帶頻帶: 935: 935 960MHz 960MHz（移動臺收、基站發(fā)）（移動臺收、基站發(fā)）每個每個信道信道: 200KHz : 200KHz GSM通信

41、系統(tǒng)通信系統(tǒng)特點特點：信道帶寬信道帶寬遠(yuǎn)比遠(yuǎn)比載頻小載頻小兩個概念兩個概念頻帶頻帶信道信道（1）射頻段）射頻段選擇信道非常困難選擇信道非常困難要求濾波器要求濾波器Q值極高值極高結(jié)果：結(jié)果：（2）同一接收機(jī)應(yīng)用于不同信道，射頻濾波器的中心頻率必須變化）同一接收機(jī)應(yīng)用于不同信道，射頻濾波器的中心頻率必須變化第84頁/共109頁超外差式接收機(jī)方案超外差式接收機(jī)方案 特征：降所有接收到的射頻信號特征：降所有接收到的射頻信號降低降低為為固定固定的中頻的中頻電路模塊：電路模塊：本地振蕩器（本地振蕩器（本振本振）產(chǎn)生頻率為產(chǎn)生頻率為 的正弦波的正弦波LOf 中頻中頻 固定，固定，選擇選擇信道信道中頻濾波器中

42、頻濾波器 IFfIFLORFfff下變頻器，功能下變頻器，功能射頻段射頻段濾波器選擇濾波器選擇頻帶頻帶第85頁/共109頁（2 2）為使接收機(jī)達(dá)為使接收機(jī)達(dá)穩(wěn)定的高增益穩(wěn)定的高增益天線輸入天線輸入電平約為電平約為-100 -120dBm （ 級）級）V解調(diào)器輸入解調(diào)器輸入一般要求約一般要求約500mV要求要求增益大于增益大于100dB以上以上總增益射頻增益總增益射頻增益 混頻增益混頻增益 中頻增益中頻增益結(jié)果：結(jié)果： 增益增益分散在各頻段分散在各頻段，易穩(wěn)定，易穩(wěn)定 中頻中頻頻率低且固定頻率低且固定，增益易大而穩(wěn)定，增益易大而穩(wěn)定（主要增益級主要增益級）（3 3）在較低的固定中頻上解調(diào)或在較低

43、的固定中頻上解調(diào)或A/DA/D變換也相對容易變換也相對容易 第86頁/共109頁超外差接收機(jī)各級功能超外差接收機(jī)各級功能低噪聲放大器低噪聲放大器射頻放大射頻放大變頻器變頻器頻譜搬移頻譜搬移中頻放大中頻放大選信道、主增益級選信道、主增益級第87頁/共109頁超外差接收機(jī)的主要缺點超外差接收機(jī)的主要缺點 變頻器引入眾多的組合頻率干擾變頻器引入眾多的組合頻率干擾LORFLORF0IF基本實現(xiàn)方法基本實現(xiàn)方法變頻功能變頻功能頻譜搬移頻譜搬移產(chǎn)生組合頻率產(chǎn)生組合頻率RFLOqP非線性非線性器器 件件濾波器濾波器LORF0IF產(chǎn)生眾多組合頻率的原因？產(chǎn)生眾多組合頻率的原因？濾波器不理想濾波器不理想非線性器

44、件不是非線性器件不是理想平方律特性理想平方律特性第88頁/共109頁LORFIFpqF組合頻率組合頻率當(dāng)當(dāng) 小于中頻帶寬時，通過濾波器輸出小于中頻帶寬時，通過濾波器輸出 F變頻器引起的寄生通道干擾變頻器引起的寄生通道干擾非線性非線性器器 件件濾波器濾波器LORF0IF當(dāng)輸入端伴有干擾信號時當(dāng)輸入端伴有干擾信號時輸入端沒有其它干擾信號輸入端沒有其它干擾信號11cosmVt22cosmVt組合頻率組合頻率 通過濾波器輸出通過濾波器輸出IFLO)2(21三階互調(diào)干擾三階互調(diào)干擾第89頁/共109頁鏡像頻率干擾鏡像頻率干擾重要的寄生通道干擾重要的寄生通道干擾什么是鏡像頻率？什么是鏡像頻率？后果如何？后果如何？消除鏡像頻率干擾的方法：不讓鏡頻信號進(jìn)入變頻器消除鏡像頻率干擾的方法：不讓鏡頻信號進(jìn)入變頻器前端濾波器濾除前端濾波器濾除濾波器實現(xiàn)難點？濾波器實現(xiàn)難點？射頻濾波器通帶做不窄射頻濾波器通帶做不窄解決方法解決方法: 提高中頻提高中頻第90頁/共109頁高高中頻和中頻和低低中頻的利弊中頻的利弊高中頻高中頻鏡像頻率遠(yuǎn)離有用信號，濾波容易鏡像頻率遠(yuǎn)離有用信號，