高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制解調(diào)及混頻

第6章振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻

振幅調(diào)制信號分析振幅調(diào)制電路調(diào)幅解調(diào)電路混頻電路

混頻器的干擾2/4/20231一、振幅調(diào)制信號分析1.振幅調(diào)制的概念振幅調(diào)制：用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化，而其它參數(shù)(相位、頻率)不變。調(diào)制信號：由原始信號(聲音、數(shù)據(jù)和圖象)轉(zhuǎn)換成的低頻或視頻模擬信號(數(shù)字的或模擬的)，用uΩ或f(t)表示；載波：未受調(diào)制的高頻振蕩信號，常用正弦波，用uc或ic表示；已調(diào)波：受調(diào)制后的高頻振蕩信號。振幅調(diào)制方式：分為三種方式。(1)普通調(diào)幅方式：AM；(2)抑制載波的雙邊帶調(diào)制(簡稱雙邊帶調(diào)制)：DSB-SC(簡稱DSB)；(3)擬制載波的單邊帶調(diào)制(簡稱單邊帶調(diào)制)：SSB-SC(簡稱SSB)。三種已調(diào)波信號稱為：調(diào)幅波信號、雙邊帶信號和單邊帶信號。2/4/202322、調(diào)幅波(AM)載波電壓：uc=Uccosωct調(diào)制電壓：uΩ=UΩcosΩt(ωc>>Ω)調(diào)幅波的瞬時振幅：Um(t)=Uc+ΔUc(t)=Uc+kaUΩcosΩt=Uc(1+mcosΩt)

ΔUc(t)：調(diào)制電壓uΩ成正比；ka：比例系數(shù)或調(diào)制靈敏度，由調(diào)制電路決定；m=kaUΩ/Uc：調(diào)幅度(調(diào)制度)。AM信號表達式：uAM=Um(t)cosωct=Uc(1+mcosΩt)cosωct調(diào)幅度的要求：

m≤1為正常調(diào)制；

m＞1為過調(diào)制，導(dǎo)致信號產(chǎn)生失真，不能正確解調(diào)，應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)。2/4/20233

AM調(diào)制過程中的信號波形：調(diào)制信號為余弦波

注意：圖(e)發(fā)生嚴重失真，無法通過解調(diào)恢復(fù)出調(diào)制信號！2/4/20234連續(xù)譜信號的AM調(diào)制：uAM=Uc[1+mf(t)]cosωct，其中f(t)為歸一化調(diào)制信號，而且|f(t)|max=1。連續(xù)譜信號的AM已調(diào)波又可以表示為：2/4/20235AM信號的產(chǎn)生原理圖：由加法器和乘法器完成。＋×uAMucuΩ常數(shù)(a)＋uAMucuΩ(b)×2/4/20236AM信號的頻譜：(1)單頻AM波：單頻AM波可以用三角函數(shù)展開為2/4/20237

下圖中給出語音調(diào)制信號頻譜及其已調(diào)信號頻譜.(2)多頻AM波：包含載頻、上邊帶和下邊帶。

帶寬：B=2Fmax，其中Fmax為f(t)的最高頻率。說明：AM調(diào)制是把調(diào)制信號的頻譜搬移到載頻兩端，但頻譜結(jié)構(gòu)未變，因此這種調(diào)制方式屬于頻譜的線性搬移。2/4/20238AM信號的功率：通常指AM波的平均功率(總功率)，包括載波功率和兩個邊帶的平均功率。有時涉及AM波的最大功率和最小功率。假設(shè)負載阻抗為RL。以單頻AM波為例討論。2/4/20239說明：AM信號中雖然載波頻率分量不攜帶信息，卻占有2/3以上的功率，效率較低。但由于其設(shè)備簡單，占的頻帶窄(相對于調(diào)頻)，因此仍然得到廣泛的應(yīng)用。Pmax決定了高頻諧振功放管的額定輸出功率PH，PH≥Pmax。舉例：100%調(diào)制(m=1)，兩個邊頻功率為載波功率的1/2，兩個邊頻功率只占AM調(diào)幅波總功率的1/3。當(dāng)m值減小時，兩者的比值將顯著減小，邊頻功率所占比重更小。2/4/2023102.雙邊帶信號DSB信號的形成：將AM信號中的載波抑制掉就形成了抑制載波的雙邊帶信號(DSB-SC)，簡稱雙邊帶信號(DSB)。雙邊帶信號的表示：uDSB(t)=kf(t)cosωct，k≠0說明:(1).

DSB信號只有上下邊帶，沒有載波分量，因此功率利用較充分；(2).DSB信號的產(chǎn)生原理：僅需要一個模擬乘法器即可?！羥DSBuCf(t)2/4/202311DSB和AM信號比較：(1)包絡(luò)不同：AM信號的包絡(luò)正比于調(diào)制信號f(t)，而DSB信號的包絡(luò)則正比于|f(t)|；(2)DSB信號的高頻載波相位在f(t)的零交點處(正負電壓交替處)出現(xiàn)180°的相位躍變；2/4/202312(3)DSB實質(zhì)上是一個調(diào)幅調(diào)相信號；uDSB(t)=|f(t)|cos(ωct+φ)其中當(dāng)f(t)>0時，φ=0；當(dāng)f(t)<0時，φ=180°；(3)帶寬：B=2Fmax，其中Fmax為f(t)的最高頻率。2/4/2023134、單邊帶信號(SSB)SSB信號形成原理：將DSB信號經(jīng)邊帶濾波器濾除一個邊帶，或者在調(diào)制過程中直接將一個邊帶抵消而成。SSB信號可以取DSB中上邊帶，也可以取下邊帶。單頻調(diào)制SSB信號：

取上邊帶：uSSB(t)=Ucos(ωc+Ω)t 取下邊帶：uSSB(t)=Ucos(ωc–Ω)t

2/4/202314雙音調(diào)制的SSB信號：振幅相等的雙音調(diào)制產(chǎn)生的SSB信號2/4/2023152/4/202316連續(xù)頻譜信號調(diào)制：(1)“+”代表下邊帶；“?”代表上邊帶(2)f(t)的希爾伯特變換：單頻調(diào)制SSB信號的另一種表示：uSSB(t)=Ucos(ωc+Ω)t=UcosΩtcosωct?UsinΩtsinωct上邊帶

uSSB(t)=Ucos(ωc?Ω)t=UcosΩtcosωct+UsinΩtsinωct下邊帶2/4/202317希爾伯特變換的頻域解釋：上式意味著對F(ω)的各頻率分量均移相－π/2！2/4/202318語音調(diào)制的DSB信號和SSB信號頻譜比較：(a).DSB頻譜；(b).SSB上邊帶頻譜；(c).SSB下邊帶頻譜2/4/202319SSB信號的特點:(1)SSB信號從本質(zhì)上講是一種幅度和頻率混合調(diào)制；(2)SSB信號所占的帶寬：BSSB=Fmax。說明：SSB信號所占的頻帶比AM和DSB減少了一半，頻帶利用充分，因此目前已成為短波通信的主要調(diào)制方式。2/4/202320二、振幅調(diào)制電路原理：振幅調(diào)制過程屬于頻譜的線性搬移，因此可以利用上一章講的頻譜線性搬移電路來實現(xiàn)振幅調(diào)制。要求：調(diào)制效率高、調(diào)制的線性范圍大、失真小。方式：高電平調(diào)制和低電平調(diào)制。(1)高電平調(diào)制：將調(diào)制過程和功率放大過程合二為一，利用高頻功放的調(diào)制特性來完成調(diào)制，高電平調(diào)制主要用于形成AM信號；(2)低電平調(diào)制：將調(diào)制和功放分開，調(diào)制后的信號是低電平信號，需要經(jīng)過功率放大器才能送到天線。AM、DSB、SSB、FM(第七章講)均可以采用這種方式。2/4/2023211.AM調(diào)制AM信號可以采用高電平調(diào)制和低電平調(diào)制。1)高電平調(diào)制：分為集電極調(diào)幅和基極調(diào)幅。(1)集電極調(diào)幅：利用高頻功放集電極調(diào)制特性，放大器應(yīng)工作在過壓狀態(tài)，集電極偏置電壓為時變偏置電壓。Ec=Ec0+uΩ，m:由Eco和uΩ的幅度決定。2/4/202322集電極調(diào)幅的波形:2/4/202323(2)基極調(diào)幅：利用高頻功放基極調(diào)制特性，放大器應(yīng)工作在欠過壓狀態(tài)，基極偏置電壓為時變偏置電壓。2/4/202324基極調(diào)幅的波形:2/4/2023252)低電平調(diào)制：用第5章的頻譜搬移電路實現(xiàn)低電平AM調(diào)制。(1)單二極管電路：u1=uΩ，u2=uc,Uc>>UΩ。2/4/202326(2)單差分對電路：單差分對AM調(diào)制器的輸出波形：2/4/202327關(guān)于AM調(diào)制的說明：(1).高電平AM調(diào)制：集電極調(diào)幅需要諧振功放工作在過壓狀態(tài)，而基極調(diào)幅需要諧振功放在欠壓狀態(tài)，前者優(yōu)點是輸出功率較大，后者優(yōu)點是所需的激勵功率功率較??；(2).二極管AM調(diào)制：合理選擇信號的注入位置，可以用二極管平衡電路直接實現(xiàn)AM調(diào)制；要想用二極管環(huán)形電路實現(xiàn)AM調(diào)制，需要在輸出電壓中再加入載波分量，或者在輸入調(diào)制信號中疊加上直流成分；(3).雙差分對AM調(diào)制電路：在小信號狀態(tài)下，雙差分對電路就是一個標準的模擬乘法器，要想利用它實現(xiàn)AM調(diào)制，也需要在輸出端再加入載頻分量，或者在輸入調(diào)制信號中疊加上直流成分。2/4/2023282.DSB調(diào)制電路單二極管和單差分對不能產(chǎn)生DSB信號，平衡二極管、環(huán)形二極管和雙差分對電路可實現(xiàn)DSB調(diào)制。(1).平衡二極管DSB調(diào)制器：u1=uΩ，u2=uc，且Uc>>UΩ。要求：調(diào)制線性好，載漏(載波泄露)小，調(diào)制效率高，阻抗要匹配。2/4/202329平衡二極管DSB調(diào)制器的波形：2/4/202330平衡調(diào)制器的一種實際線路：輸出變壓器改為可變電阻器；二極管并聯(lián)電容C2和C3用來平衡二極管反向工作的結(jié)電容。電容C1：隔離高頻載波與音頻調(diào)制信號，對高頻載波短路。2/4/202331(2)雙平衡二極管的DSB調(diào)制器(環(huán)形調(diào)制器)：可以進一步減少組合分量，減少濾波器壓力。

在u1=uΩ，u2=uc的情況下，可以實現(xiàn)DSB調(diào)制。濾波后輸出電壓：平衡調(diào)制器和環(huán)形調(diào)制器比較：a.平衡調(diào)制器：交換調(diào)制信號uΩ和載波信號uc的位置后不能得到DSB信號，只能得到AM信號；b.環(huán)形調(diào)制器：交換調(diào)制信號uΩ和載波信號uc的位置后同樣得到DSB信號，即調(diào)制器與輸入信號的位置無關(guān)。2/4/202332雙平衡DSB調(diào)制器電路及波形:2/4/202333雙橋構(gòu)成的環(huán)形調(diào)制器：忽略晶體管輸入電阻對平衡調(diào)制器的影響。2/4/202334單差分對電路的DSB調(diào)制：注意信號的注入方式。雙差分對電路的DSB調(diào)制：由于雙差分對電路在小信號狀態(tài)下就是一個標準的模擬乘法器，因此不管載波信號和調(diào)制信號怎么注入，均可以實現(xiàn)DSB調(diào)制。(3)差分對電路的DSB調(diào)制：單差分對和雙差分對電路均可。2/4/202335單差分對DSB調(diào)制器的信號波形:2/4/2023363.SSB調(diào)制電路主要有濾波法和移相法兩種。(1)濾波法：由二極管平衡調(diào)制器和邊帶濾波器組成。二極管平衡調(diào)制器：生成DSB信號；邊帶濾波器：從DSB中取出一個邊帶。它是一個帶通濾波器，可以用L、C元件或等效的L、C元件(如石英晶體)組成。目前常用的邊帶濾波器有：機械濾波器、晶體濾波器和陶瓷濾波器。下圖是理想的邊帶濾波器傳輸特性。2/4/202337(2)移相法：移相法可以從SSB信號的表達式來理解。優(yōu)點：省去了邊帶濾波器。缺點：一是兩個平衡調(diào)制器輸出DSB信號的幅度應(yīng)完全相等；二是移相網(wǎng)絡(luò)必須對載頻和調(diào)制信號均保證精確的π/2相移。2/4/202338提高移相精度的移相法SSB調(diào)制器結(jié)構(gòu)：如果調(diào)制信號為音頻信號，為了提高相移精度，可以將兩個平衡調(diào)制器的調(diào)制信號輸入分別產(chǎn)生＋π/4相移和－π/4相移，這樣兩路音頻信號的相位差為π/2。兩路載頻由頻率為4f0的振蕩器經(jīng)四次數(shù)字分頻器得到，載頻的π/2相位差也由分頻器來保證。

2/4/202339(3)濾波法和移相法性能比較a.移相法對平衡調(diào)制器的載漏抑制要求較高，但可以在較高的頻率上形成SSB信號；b.濾波法對平衡調(diào)制器的載漏擬制要求不高，但由于需要邊帶濾波器，限制了它的最高工作頻率。2/4/202340綜合舉例：P250:習(xí)題6-4(c)(d)在圖示的四個電路中，調(diào)制信號和載波信號分別為兩個二極管的伏安特性相同，均為從原點出發(fā)，斜率為gD的直線。試問哪些電路能實現(xiàn)雙邊帶調(diào)制？在能夠?qū)崿F(xiàn)雙邊帶調(diào)制的電路中，試分析輸出電流的頻率分量。2/4/202341解：(c)由電路圖可得：顯然載波中包含載波頻率的基波分量，因此不能實現(xiàn)DSB調(diào)制。2/4/202342(d)由電路圖可得：流過負載電流:由于負載電流中沒有載波頻率和調(diào)制信號頻率的組合頻率分量，因此不可能實現(xiàn)DSB調(diào)制。2/4/202343三、調(diào)幅信號的解調(diào)振幅解調(diào)的概念：從高頻已調(diào)信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)，又稱為檢波。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。振幅解調(diào)原理：屬于頻譜線性搬移，可使用第5章介紹的方法。1.調(diào)幅解調(diào)方法：包括包絡(luò)檢波和同步檢波兩大類。 (1)包絡(luò)檢波：解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比。包絡(luò)檢波器分類：峰值包絡(luò)檢波器和平均包絡(luò)檢波器。電路組成：非線性電路+低通濾波器。用途：只能用于AM信號的解調(diào)。(2)同步檢波：接收端需要一個與發(fā)送端同頻同相的參考載波。兩種同步檢波器：一是乘積型(模擬乘法器+低通濾波器)，二是疊加性(加法器+包絡(luò)檢波器)。用途：可適用于AM、DSB、SSB信號的解調(diào)。2/4/202344包絡(luò)檢波器的原理框圖：2/4/202345同步檢波器的原理框圖：(a)乘積型；(b)疊加型。同步的解釋：接收機的參考載波要與發(fā)射機端載波同步。uc和ur的振幅可以不同，但是頻率和相位必須相同。2/4/2023462二極管峰值包絡(luò)檢波器電路組成：二極管峰值包絡(luò)檢波器由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。(1)輸入回路：提供信號源，又是末級中放的輸出回路；(2)二極管：由導(dǎo)通電壓小、rD小的鍺管；(3)RC電路：一方面作為檢波器負載，另一方面對高頻電流旁路。因此RC電路應(yīng)滿足或說明：在這種檢波器里，二極管工作在大信號狀態(tài)，ui>0.5V，信號源、二極管、RC電路串聯(lián)關(guān)系。因此稱為串聯(lián)型峰值包絡(luò)檢波器。2/4/202347檢波過程：檢波過程實際上就是電容C的充放電過程。(1)充電過程：假定輸入電壓為等幅高頻電壓ui(t)=Um

cosωct。 (2)放電過程：隨著電容上充電電壓的增加，二極管上壓降不斷減少，當(dāng)uD=ui－uo=0時，二極管開始截止，電容通過電阻R放電。但時間持續(xù)不長，因為RC>>Tc(載波周期)，當(dāng)uc下降不多時，ui的下一個正半周已經(jīng)到來，當(dāng)ui>uc時，二極管導(dǎo)通，對電容充電。假設(shè)加輸入電壓前ui=0，加上輸入電壓后，ui處于正半周，二極管導(dǎo)通，對電容充電，由于電容C的高頻阻抗很小、rD很小，充電電流很大，ui全部加到二極管兩端；同時電容上的電壓又反作用于二極管，因此uD=ui－uo。2/4/202348(3)動態(tài)平衡狀態(tài)：當(dāng)二極管導(dǎo)通時電容上積累的電荷量等于截止時釋放的電荷量，檢波器達到了動態(tài)平衡。2/4/202349特點：(1)檢波過程是一個重復(fù)的充放電過程；(2)充電快、放電慢：RC>>Tc，rDC<<Tc，因此電容電壓保持在正弦波正半周峰值附近，即Uo≈Um，因此這種檢波器稱為峰值包絡(luò)檢波器；(3)二極管電流：平均分量Iav和高頻分量，低通輸出uo=Uav；(4)穩(wěn)態(tài)時二極管電壓電流波形：2/4/202350輸入為AM信號時檢波器的輸出電壓波形圖：輸入為AM波的檢波器輸出電壓：Uo(t)=Uav=Udc+uΩ。說明：Udc可以作為自動增益控制(AGC)電路的控制電壓。2/4/202351輸入為AM信號時，檢波器二極管的電壓及電流波形：2/4/202352包絡(luò)檢波器的輸出電路：(a)直接輸出解調(diào)輸出的調(diào)制信號；(b)輸出直流電壓用來進行自動增益控制(AGC)。2/4/202353性能分析：衡量二極管峰值包絡(luò)檢波器的兩個主要性能參數(shù)是傳輸系數(shù)Kd、輸入電阻Ri。(1)傳輸系數(shù)(檢波系數(shù))Kd：Kd是用來描述包絡(luò)檢波器對輸入已調(diào)信號的解調(diào)能力或者效率的物理量。等幅波輸入：us(t)=Umcosωct

Kd=Uo/Um檢波器輸出uo(t)=KdUm

AM波輸入：us(t)=Uc(1+mcosΩt)cosωct

Kd=UΩ/mUc檢波器輸出uo(t)=Kd

Uc(1+mcosΩt)說明：兩種定義方法是完全等價的。2/4/202354Kd的計算：大信號工作，忽略二極管導(dǎo)通電壓，考慮等幅波。2/4/202355(1)Kd由θ決定，即由二極管和R決定，與輸入信號無關(guān)；(2)θ越小，Kd越大；(3)理想濾波條件不滿足時，傳輸系數(shù)會小一些。2/4/202356CRisR0LC1Ri(2)輸入阻抗Ri：表征包絡(luò)檢波器對前級電路的影響程度。Ri越小，前級回路諧振阻抗越低，導(dǎo)致Q值下降。因此希望Ri要大。小結(jié)：Ri由檢波器負載電阻R決定，R越大，對前級影響越小。2/4/202357檢波器的失真：當(dāng)二極管峰值包絡(luò)檢波器的參數(shù)選擇不當(dāng)時，檢波器輸出波形會產(chǎn)生惰性失真和底部切削失真。(1)惰性失真：由于RC時間常數(shù)太大，電容C對R的放電速度跟不上AM信號的包絡(luò)的下降速度，導(dǎo)致二極管若干高頻周期處于截止?fàn)顟B(tài)，引起的失真。下圖是惰性失真波形。

不產(chǎn)生惰性失真的條件：2/4/202358(2)底部切削失真：又叫負峰切削失真，產(chǎn)生失真后，檢波器的輸出電壓波形負半周的峰值被切削掉。2/4/202359產(chǎn)生失真的原因：由于檢波器的交流、直流負載電阻不一致引起的。在實際的檢波器電路里，還應(yīng)該加上耦合電容Cg和真正的負載電阻Rg。由于Cg對交流短路，所以有2/4/202360減少交直流負載差別的措施：方法a：將R分解R=R1+R2。方法b：插入高輸入阻抗的射極跟隨器。關(guān)于包絡(luò)檢波器失真的說明：(1).包絡(luò)檢波器的惰性失真和切削失真是由于線性元件(電阻和電容)的選擇不當(dāng)引起的；(2).包絡(luò)檢波器的非線性失真是由非線性器件(二極管)引起。2/4/202361實際檢波電路及元件選擇：以AM收音機的檢波電路為例。(1)電路組成峰值包絡(luò)檢波器：二極管，電容C1、C2，電阻R1、R2，以及Cg和Rg。自動增益控制(AGC)濾波電路：R4，C3。2/4/202362(2)檢波電路元器件的選擇：根據(jù)5個原則基本約定：R=R1+R2，C=C1+C2，R1/R2=0.1～0.2，C1=C22/4/202363綜合舉例1：P253習(xí)題6-12。振幅檢波器必須有哪幾個組成部分？各部分作用如何？下列各圖(見圖所示)能否檢波？圖中R、C為正常值，二極管為折線特性。2/4/202364綜合舉例2：P254習(xí)題6-14。已知包絡(luò)檢波電路參數(shù)如下：

C=0.01uF，R=4.7kΩ，Cg=10uF，Rg=10kΩ

us=0.8(1+0.5cosΩt)cosωct(V)，F(xiàn)=5kHz，fc=465kHz，rD=125Ω求Ri、Kd，并檢驗有無惰性失真和底部切削失真。2/4/202365解：Ri=R/2=2.35kΩ2/4/202366VDusCR(a)原理電路3、二極管并聯(lián)峰值包絡(luò)檢波器 并聯(lián)包絡(luò)檢波器的二極管、負載電阻和信號源是并聯(lián)的，但它的工作原理是一樣的。(1)電壓傳輸系數(shù)Kd：和串聯(lián)峰值包絡(luò)檢波器相同。(2)輸入電阻Ri：在并聯(lián)檢波器里，高頻電流能夠通過負載電阻R，因此R要消耗高頻載波功率。2/4/202367二極管并聯(lián)峰值包絡(luò)檢波器：實際電路和波形。2/4/2023684．小信號檢波器輸入信號振幅為幾mV~幾十mV。特點：輸出平均電壓ΔUav與輸入電壓振幅Um的平方成正比，故又稱平方律檢波器。應(yīng)用：在測量儀表及微波檢測中廣泛用作功率指示器；缺點：傳輸系數(shù)Kd和輸入電阻Ri都小，而且還有非線性失真。2/4/2023695、同步檢波器：分乘積型和疊加型(1)乘積型：先考慮完全同步情況2/4/202370參考載波的同步誤差對乘積型同步檢波器的影響：結(jié)論1：參考載波的頻率誤差引起檢波器輸出失真。結(jié)論2：如果φ為常數(shù)，相位誤差只會引起檢波器輸出幅度衰減；如果φ隨著時間變化，相位誤差將引起檢波器輸出失真。2/4/202371(2)疊加型：考慮單邊帶(上邊帶)已調(diào)波包絡(luò)檢波器輸出：2/4/202372(3)平衡同步檢波電路：由兩個疊加型同步檢波器組成，可以減少輸出電壓中的非線性失真。

總的輸出：uo=uo1－uo2=2KdUrmcosΩt2/4/202373(4)同步檢波器小結(jié)實現(xiàn)同步檢波的關(guān)鍵是要產(chǎn)生一個與發(fā)射機載波同頻、同相的本地參考載波。如果發(fā)射機發(fā)送的載波與本地恢復(fù)的參考載波存在相位和頻率上的偏差，同步檢波器的輸出信號會產(chǎn)生失真。本地參考載波產(chǎn)生方法：a.分頻法：直接從DSB信號中提?。?DSB信號→平方得2fc→二分頻得fcb.導(dǎo)頻法：在發(fā)射機發(fā)射SSB信號時，附加發(fā)射一個功率較低的載波信號，稱為導(dǎo)頻信號。2/4/202374四、混頻器

1、混頻的概念

混頻(又稱為變頻)，是將信號的載頻變換成另外一個頻率。具有這種功能的電路稱為混頻器(或變頻器)。混頻器具有兩個輸入電壓，頻率分別為fc和fL，輸出信號的頻率fI是兩者的差頻或和頻，fI=fL±fc。因此混頻器在頻域起著減(或加)法器的作用，是頻譜線性搬移的一種應(yīng)用。2/4/202375超外差接收機：混頻器是基礎(chǔ)，可以獲得高靈敏度和選擇性。輸入信號us：接收到的已調(diào)波信號，載波頻率為fc。輸入信號uL：本地載波uL=ULcos2πfLt，fL為本振頻率。輸出信號：載頻變?yōu)橹蓄l頻率fI，但uI仍然是已調(diào)波信號?；祛l方式：(1)下變頻：fI=fc－fL，fI<fc；(2)上變頻：fI=fc＋fL，fI>fc。幾種超外差接收機的中頻頻率：(1)調(diào)幅收音機：fI=465(455)kHz；(2)調(diào)頻收音機：fI=10.7MHz；(3)微波接收機(衛(wèi)星接收機)：fI=70或140MHz；(4)電視接收機：圖象中頻=38MHz，伴音中頻=6.5MHz。2/4/202376混頻電路的實現(xiàn)原理：混頻屬于是頻譜線性搬移，可用線性時變電路和帶通濾波器來完成。理想混頻器：由模擬乘法器和帶通濾波器組成，如果輸入已調(diào)信號為us=UscosΩtcosωct和本振電壓為uL=ULcosωLt，那么2/4/202377混頻過程的頻譜變換：2/4/2023782、混頻器的主要性能指標(1)變頻增益:可以用變頻電壓增益和功率增益描述。變頻電壓增益：輸出電壓振幅UI與高頻輸入電壓振幅Us之比。變頻功率電壓增益：物理意義：變頻增益表征了變頻器將高頻信號變換為輸出中頻信號的能力。增大變頻增益，還有利于提高接收機的接收靈敏度。(2)噪聲系數(shù)：

混頻器對接收機整機的噪聲系數(shù)影響比較大，特別是沒有高放級時，影響更大。所以NF越小越好。2/4/202379(3)失真與干擾：失真包括頻率失真和非線性失真。另外還有非線性干擾，包括組合頻率、交叉調(diào)制和互調(diào)制、阻塞和倒易混頻等干擾。(4)選擇性：指中頻輸出中應(yīng)該只有接收的有用信號，而不應(yīng)該有不需要的干擾信號。因此要求中頻輸出回路有良好的選擇性，即回路有理想的諧振曲線(矩形系數(shù)為1)。(5)變頻壓縮(抑制)：在混頻器中，輸出與輸入信號幅度應(yīng)成線性關(guān)系。實際上，由于非線性器件的限制，當(dāng)輸入信號增加到一定程度時，中頻輸出信號的幅度與輸入不再成線性關(guān)系，稱為變頻壓縮。(6)動態(tài)范圍：大的動態(tài)范圍是指輸入信號的變化范圍要大。(7)隔離度：隔離度好，是指信號端口、本振端口與中頻輸出端口的相互泄露要小。(8)穩(wěn)定度：本振頻率的穩(wěn)定度要高。2/4/202380混頻器變頻壓縮示意圖：2/4/2023813、混頻電路(1)晶體三極管混頻器用線性時變分析法來分析，假設(shè)Us<<UL>0.5V，時變偏置電壓Eb(t)=Eb＋uL，輸出回路諧振于fI=fL－fc，集電極電流為2/4/202382變頻跨導(dǎo)gc：不僅決定著變頻增益(Kvc=gcRL)，還影響著混頻器的噪聲系數(shù)NF。變頻跨導(dǎo)gc只與晶體管特性、直流工作點及本振電壓UL有關(guān)，與us無關(guān)。2/4/202383(a)基極串饋注入：us和uL直接串聯(lián)在基極同極注入；(b)基極并饋注入：uL通過耦合電容CL與us并聯(lián)于基極，目的是減少us的調(diào)諧回路對本振頻率的影響；(c)射極注入：uL在發(fā)射極注入，缺點是要求本振注入功率較大。本振電壓的注入原則：(a)要盡量避免us和uL的相互影響；(b)不要妨礙中頻電流的流通。本振電壓的注入方式：有三種方式。2/4/202384中波AM收音機混頻電路(圖(a))：混頻、本地振蕩由同一個三極管完成，輸出中頻回路調(diào)諧于465kHz。(a)混頻：輸入信號由天線回路加到基極，本振信號加到發(fā)射極；(b)本地振蕩器：L3L4C7C8和晶體管組成變壓器反饋振蕩器；(c)輸出中頻回路：L5和1000pF電容組成。2/4/202385FM調(diào)頻收音機混頻電路(圖(b))：混頻、本地振蕩由同一個三極管完成，輸出中頻回路調(diào)諧于10.7MHz。(a)混頻：輸入信號和本振信號均由發(fā)射極注入，為共基放大器；(b)本地振蕩器：為電容反饋式振蕩器，由C2、C5和L2回路組成。(c)輸出中頻回路：由C9和T1組成。L1、C3也串聯(lián)調(diào)諧于10.7MHz、為中頻陷波電路，防止中頻信號流入發(fā)射極。2/4/202386

(2)二極管混頻電路特點：優(yōu)點是噪聲低、電路簡單、組合分量少。在高質(zhì)量通信設(shè)備中以及工作頻率較高時，常使用二極管平衡混頻器和環(huán)形混頻器。平衡混頻器：UL>>Us，且UL>0.5V。2/4/202387環(huán)形混頻器：(3)其它混頻電路除了二極管、晶體三極管混頻電路外，還有雙差分對和場效應(yīng)管混頻電路。雙差分對電路在小信號時就是標準的模擬乘法器，而場效應(yīng)管可以組成平衡混頻器和環(huán)形混頻器。2/4/202388場效應(yīng)管平衡混頻器和環(huán)形混頻器：可以用平方律特性分析(平衡混頻器)，也可以用開關(guān)分析法(環(huán)形混頻器)。2/4/202389混頻電路綜合舉例：已知某混頻器的變頻跨導(dǎo)為gc，本振電壓為uL＝ULcosωLt，Us<<UL，輸出回路諧振于f0＝fI＝fL－fs，帶寬大于等于信號帶寬，負載電阻為RL，計算輸入信號為下列情況下的輸出電壓uo(t)2/4/202390五、混頻器的干擾超外差接收機結(jié)構(gòu)改善了接收機的性能，但是混頻器的使用又帶來了新的干擾問題?；祛l器中的非線性器件除了產(chǎn)生混頻所需要的組合頻率分量外(中頻)，還有大量的無用的組合頻率分量，一旦這些無用組合頻率分量接近中頻頻率，就會產(chǎn)生干擾。常見的混頻器干擾：干擾哨聲：信號與本振自身的組合干擾；副波道(寄生)干擾：外來干擾信號與本振的組合干擾；互調(diào)干擾：外來干擾信號之間相互作用形成的組合干擾；交調(diào)干擾：外來干擾與信號之間的交叉調(diào)制干擾；其它混頻干擾：阻塞和倒易混頻干擾。這一部分介紹混頻干擾的形成機理和擬制辦法。2/4/202391fc/fI：稱為變頻比；p+q：稱為干擾階數(shù)，階數(shù)越小，干擾越嚴重。假設(shè)fI=fL–fc，產(chǎn)生干擾哨聲的條件為：pfL–qfc=±fI1.干擾哨聲：由信號頻率fc和本振頻率fL經(jīng)過非線性器件的作用，產(chǎn)生了接近中頻頻率fI的組合頻率分量，對有用信號fI形成的干擾。設(shè)信號頻率為fc，本振頻率為fL。如果fI=fc–fL，產(chǎn)生干擾哨聲的條件為變?yōu)?/p>

2/4/202392舉例：已知調(diào)幅廣播fI=465kHz，假設(shè)某電臺頻率fc=931kHz，則本振頻率fL=fI+fc=465+931=1396kHz，變頻比fc/fI=2a.混頻器產(chǎn)生的組合分量見P242表6-1。b.混頻器產(chǎn)生的干擾哨聲 3階干擾：p=1，q=2，2fc－fL=466kHz 8階干擾：p=3，q=5，5fc－3fL=467kHz干擾哨聲的擬制方法：干擾哨聲是信號本身與本振的各次諧波組合而形成的，與外來干擾無關(guān)，所以不能靠提高前端電路的選擇性來擬制，只能通過減少干擾點的數(shù)目并擬制階數(shù)低的干擾。a．正確選擇中頻頻率的數(shù)值；b．正確選擇混頻器的工作狀態(tài)，減少無用組合頻率分量；c．采用合理的電路形式，從電路上抵消無用組合頻率分量。2/4/2023932副波道干擾：由外來干擾頻率和本振信號頻率的組合頻率分量形成的干擾。具體表現(xiàn)：接收機在接收有用信號時，還會收到一些無關(guān)的電臺，也就是串臺。副波道干擾的頻率約束關(guān)系：假設(shè)由天線回路引入的外來干擾電壓為uJ=UJcosωJt，頻率為fJ，中頻頻率fI=fL－fc。形成干擾的約束關(guān)系如下：2/4/202394最嚴重的副波道干擾是中頻干擾和鏡頻干擾。中頻干擾：當(dāng)干擾信號的頻率fJ≈fI時，由于前端電路選擇性不好，干擾信號經(jīng)過天線回路，送入混頻器，而混頻器相當(dāng)于一級放大器，這個干擾信號能夠順利通過各級中放，對有用信號產(chǎn)生干擾。中頻干擾的擬制方法：

a．提高前端電路的選擇性(包括天線回路和高放)；