第四章混频器模块的制作与调试

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4.2混频器模块的制作与测试 混频器模块的制作与测试

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无线电通信电路测试与设计 无线电调幅接收机

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图1.51 无线电调幅接收机的组成框图

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为什么要变频？ 为什么要变频？1)工作稳定性好 波段工作时其质量指标一致性好 工作稳定性好, 工作稳定性好增益，加大放大倍数。 提高 增益，加大放大倍数。 接收机增益会受频率高低影响， 接收机增益会受频率高低影响，一致性差 高频增益过高，容易引起自激。频率越高，越不稳定。 高频增益过高，容易引起自激。频率越高，越不稳定。

2)提高接收机的选择性 提高接收机的选择性 3)变频可提高接收机的灵敏度 变频可提高接收机的灵敏度变频器: 它的根本任务是把高频信号变换成固定中频。而由于中频频率(我国采用465千赫)较变换前的高频信号 千赫) 变频器 它的根本任务是把高频信号变换成固定中频。而由于中频频率(我国采用 千赫 广播电台的频率) 所以任何电台的信号都能得到相等的放大量。另外，中频的放大量容易做得比较高， (广播电台的频率)低，所以任何电台的信号都能得到相等的放大量。另外，中频的放大量容易做得比较高， 而不易产生自激，所以超外差式收音机可以做得灵敏度很高。由于外来电台必须经过“变频” 而不易产生自激，所以超外差式收音机可以做得灵敏度很高。由于外来电台必须经过“变频”变成中频频率 才能通过中频放大回路，所以可以提高收音机的选择性。 才能通过中频放大回路，所以可以提高收音机的选择性。

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变频的缺点： 变频的缺点： 容易产生镜像干扰、 容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰

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1.混频器的作用 混频器的作用-----变频 混频器的作用 变频变频( 变频(Frequency Conversion)就是把高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率。 )就是把高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率。在通信与电子技术中，频率(或频谱)变换是非常重要的概念。调制、解调与变频电路都属 在通信与电子技术中，频率(或频谱) 变换是非常重要的概念。调制、 于频率(或频谱)变换电路。 于频率(或频谱)变换电路。 所谓频率变换，是指输出信号的频率与输入信号的频率不同，而且满足一定的变换关系。 所谓频率变换，是指输出信号的频率与输入信号的频率不同，而且满足一定的变换关系。

调制(Modulation) 调制 低频信号

加载

高频振荡信号

RF

低

高

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RF 解调(Demodulation)

解调

无线电通信电路测试与设计取出

高频载波信号

低频信号

高

低

变频( Conversion) 变频(Frequency Conversion) 高频已调信号 中频信号 RF

频率变化 包络形状不变

高

中

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频率变换电路是线性的还是非线性的? 频率变换电路是线性的还是非线性的

频率变换电路分为:(1)频谱搬移 频谱搬移 频谱结构未变

线性频谱搬移uo Am 频率变化 输出包络形状不变

ui Am

非线性电路

RFfi f fo

f

将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移， 将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移，搬移前后各频率分量的相 电路都是这类电路。 对大小和频谱内部结构保持不变，调幅、检波和变频电路都是这类电路 对大小和频谱内部结构保持不变，调幅、检波和变频电路都是这类电路。

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RF频谱非线性变换

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频谱结构改变

Am ui f 非线性电路 uo

Am

f

将输入信号频谱进行特定的非线性变换，调频和鉴频、 将输入信号频谱进行特定的非线性变换，调频和鉴频、调相和鉴相等电 路属于频谱非线性变换电路。 路属于频谱非线性变换电路。 但无论如何只要是频率变换就是非线性电路

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如何实现混频? 如何实现混频混频电路(变频电路 属于线性频谱搬移电路 混频电路 变频电路)属于线性频谱搬移电路 变频电路

RF由图可以看出，经过变频， 由图可以看出，经过变频，输出的中频调幅波与输 入的高频调幅波的包络形状完全相同。唯一的差别 入的高频调幅波的包络形状完全相同。 是载波由高频fc变为中频 I;或从频谱来看 变为中频fI;或从频谱来看， 是载波由高频 变为中频 I;或从频谱来看，变频 仅把已调波的频谱不失真地由高频位置移到中频位 而频谱的内部结构并没有发生变化。因此， 置，而频谱的内部结构并没有发生变化。因此，变 频是频谱搬移电路。 频是频谱搬移电路。

(b)变频后

(a)变频前

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混频信号频谱的搬移及处理FS (ω )天线接收 的电视信号

F0 (ω) (本振)

ω0 ωS中频区

ωS高频区

ω0RF

ω

中频放大器比高频放大器容易实现， 中频放大器比高频放大器容易实现，且更稳定 电子信息学院

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先混再选

535K

中 频

高中频 低中频

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465K

1000K

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常用的中频: 常用的中频

图像中频38M、伴音为31.5M 、伴音为 图像中频

调幅收音机的中频为465KHZ 调幅收音机的中频为 调频收音机的中频为10

.7MHZ 调频收音机的中频为

中频为38MHZ 中频为 微波接收机及卫星接收机的 RF 中频为70MHZ或140MHZ 中频为 或

535-1605KHz

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混频器的组成与分类本地振荡器产生本振信号u ; 本地振荡器产生本振信号 0(t);非线性器件将输入的高频信 和本振信号u 进行混频 以产生新的频率； 进行混频， 号us(t)和本振信号 0(t)进行混频，以产生新的频率；带通滤 和本振信号 波器则用来从各种频率成分中取出中频信号 中频信号。 波器则用来从各种频率成分中取出中频信号。

二极管混频器、 二极管混频器、 晶体管混频器、 晶体管混频器、 场效应管混频器 模拟乘法器混频器等图4.2.3 混频器的组成框图

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混频器可根据所用非线性器件的不同分为二极管混频器、 二极管混频器、 晶体管混频器、 晶体管混频器、 场效应管混频器 模拟乘法器混频器 变容管混频器等

混频器又可根据工作特点的不同， 混频器又可根据工作特点的不同，分为单管混频器、 单管混频器、 平衡混频器、 平衡混频器、 环形混频器、 环形混频器、 差分对混频器 参量混频器等。 参量混频器等。

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混频器的性能指标: 混频器的性能指标变频增益(conversion 变频增益(conversion gain) 变频器中频输出电压振幅Vim与高频输入信 之比，称为变频电压增益或变频放大系数，表示如下： 号电压振幅Vsm之比，称为变频电压增益或变频放大系数，表示如下： 变频电压增益 变频功率增益

Vim A vc = V smA pc

变频增益高对提高接收机的灵敏度有利。 变频增益高对提高接收机的灵敏度有利。

中频输出信号功率 = 高频输入信号功率

Pi Ps

失真(distortion)和干扰(interference) 失真(distortion)和干扰(interference) (distortion)和干扰 RF 失真有频率失真(线性失真)与非线性失真。由于非线性还会产生组合频率、 失真有频率失真(线性失真)与非线性失真。由于非线性还会产生组合频率、 交叉调制与互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。这些是变频器产生的特有干扰。 交叉调制与互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。这些是变频器产生的特有干扰。 选择性(selectivity) 接收有用信号(中频) 选择性(selectivity) 接收有用信号(中频),排除干扰信号的能力决定于 中频输出回路的选择性是否良好。 中频输出回路的选择性是否良好。 噪声系数 变频器的噪声系数对接收设备的总噪声系数影响很大，应尽量降低。 变频器的噪声系数对接收设备的总噪声系数影响很大，应尽量降低。 这就要求很好地选择所用器件和

工作点电流。 这就要求很好地选择所用器件和工作点电流。

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混频器的工作原理us =Usm cosωst

uo =U0m cosω0t

RF在实际应用中混频器可用于将高频已调波变换成中频已调波，也可能将高频信号变为频率更高但固定的高中频信号。这时.同样 在实际应用中混频器可用于将高频已调波变换成中频已调波，也可能将高频信号变为频率更高但固定的高中频信号。这时. 只是把已调高频信号的载波频率变为更高的高中频，但调制规律保持不变。 只是把已调高频信号的载波频率变为更高的高中频，但调制规律保持不变。在频谱上也只是把已调波的频谱从高频位置移到高中频 位置，各频谱分量的相对大小和相互间距离并不发生变化。输出的中频可以取本振信号频率与输入信号频率的差频， 位置，各频谱分量的相对大小和相互间距离并不发生变化。输出的中频可以取本振信号频率与输入信号频率的差频，也可以取它们 的和频。 的和频。

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一般非线性器件: 一般非线性器件设混频器的伏安特性为

i = b0 + b1v + b2v + b3v + ......2 3

非线性

假定输入到混频器的两个信号都是正弦波则将代入上式 假定输入到混频器的两个信号都是正弦波

v = vs + v 0 = Vsmcosωst + V 0mcosω 0t即得2 1 i = b0 + b1Vsmcosωst + b1V 0mcosω 0t + b 2Vsm 2 ω ω RF 2 2 2 1 1 1 + b 2Vsm cos2ωst + b 2V0m + b 2V0m cos2ω 0t 2 2 2 + b 2VsmV 0m[cos(ω 0 ωs)t + cos(ω 0 + ωs)ts , 0,

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2 ω0 , 2 ωs , ω0 ± ωs

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iω0 - ωs

ω0 + ωs

ωs ω0频谱图

ωRF

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带通滤波器中心频率设置为: 带通滤波器中心频率设置为

ω0 ω s

带宽为基带带宽: 带宽为基带带宽

1. vs

= Vsmcosωst

i = b 2VsmV 0mcos(ω 0 ω s)t = g C vsm cos(ω0 RF s ) ωgc = I imVsm

变频跨导

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2.

以上假设vs是正弦波的情况。如果 是调幅波 是调幅波， 以上假设 是正弦波的情况。如果vs是调幅波， 是正弦波的情况

vs = Vsm (1+ma cos t)cosω stii = b2U smU 0 m (1 + ma cos t ) cos(ω0 ωs )t = b2U smU 0 m (1 + ma cos t ) cos ω g t

ii = g c U sm (1 + m a cos t ) cos ω g tAvc = Vim ii Re = Vsm Vsm

Auc = g c R e

凡是伏安特性的幂级数展开式中含有二次方项的非线性器件，都具有相乘的作用， 凡是伏安特性的幂级数展开式中含有二次方项的非线性器件，都具有相乘的作用， 当然也都可以实现频谱搬移。 当然也都可以实现频谱搬移。

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b2V2---平方项 平方项---V1V2 乘积项 和频与差频 乘积项----和

频与 和频与差频 平方项电子信息学院

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这样，就完成了变频作用。 这样，就完成了变频作用。且为线性频谱搬移

(a)变频前 )

RF(b)变频后 )

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混频电路具体实现 (1)晶体管混频器 晶体管混频器晶体管混频器的变频增益较高，因而在中短波接收机和测量仪器中广泛采用。 晶体管混频器的变频增益较高，因而在中短波接收机和测量仪器中广泛采用。图4.2.4为 晶体管混频器的原理性电路。 晶体管混频器的原理性电路。图4.2.4 (a)中，本振电压 0和信号电压 s都加在晶体管的基 中 本振电压v 和信号电压v 极与发射极之间，利用基极与发射极之间的非线性特性来实现变频。实际上，晶体管混 极与发射极之间，利用基极与发射极之间的非线性特性来实现变频。实际上， 频器电路有多种形式。按照晶体管的组态和本振电压注入点的不同， 频器电路有多种形式。按照晶体管的组态和本振电压注入点的不同，有如图4.2.4所示的 四种基本电路。 四种基本电路。

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图4.2.4 晶体管混频器的电路组态

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