《通信电子线路》第六章

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1、第六章第六章 混频器原理及电路混频器原理及电路 6.1 混频概述混频概述1.混频器的功能：混频器的功能：混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络有两个输入信号：有两个输入信号： 高频调制波高频调制波 )(ssfu本地振荡信号本地振荡信号 )(LLfu一个中频输出信号：一个中频输出信号：)(IIfu两个输入信号与输出信号之间的关系：两个输入信号与输出信号之间的关系： 的包络形状相同，频谱结构相同，只是填充频谱不同，即，其中心频率：的包络形状相同，频谱结构相同，只是填充频谱不同，即，其中心频率： su输输入入信信号号Iu与与输输出出信

2、信号号sLIfff 其中其中 输输出出高高中中频频输输出出低低中中频频sLsLIfffffuL (f L)混频 器us (f s)uI (f I)演示演示(1) 调幅调幅(DSB为例为例) u乘法器带通滤波器u DSBu o2maxo（2）检波）检波 u DSB乘法器低通滤波器u rumax（3）混频）混频 u DSB= u s乘法器u L带通滤波器u II I=L L-S SLs调幅，检波与混频之间的频谱变换关系调幅，检波与混频之间的频谱变换关系：I I=L L-S S2max 混频器是频谱的线性搬移电路，完成频谱线性搬移功能的关键是获得混频器是频谱的线性搬移电路，完成频谱线性搬移功能的关键

3、是获得两个输入信号的乘积项，具有这个乘积项，就可以实现所需的频谱线性两个输入信号的乘积项，具有这个乘积项，就可以实现所需的频谱线性搬移功能。搬移功能。 2max I I=L L-S S乘法器乘法器 带通滤带通滤 波器波器右图为混频器的一般结构框图。右图为混频器的一般结构框图。 如果设输入信号：如果设输入信号：已调波信号已调波信号 ttUusss coscos tUuLLL cos那么两信号的乘积项为：那么两信号的乘积项为： tttUUtttUUusLsLLsLsLsI)cos()cos(cos21coscoscos u Lu s 非线形非线形 元件元件 带通滤带通滤 波器波器 2. 混频器的基

4、本工作原理：混频器的基本工作原理：Lu LL-SL+SuI 本振信号本振信号uSS如果带通滤波器的中心频率为如果带通滤波器的中心频率为 sLI ,带宽带宽 max2 B则经带通滤波器的输出为：则经带通滤波器的输出为： ttUttUUttUUuIIILssLLsI coscoscoscos21)cos(cos21 可见输出中频信号的可见输出中频信号的 Iu包络形状没有变化，只是填充频率包络形状没有变化，只是填充频率由由 s 变化成变化成 IsL uI因为因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系数影响大。声系数影响大。 所以希望混

5、频级的所以希望混频级的 越小越好。越小越好。 FN(1)变频增益：变频增益： 变频电压增益变频电压增益: sIvUUAc 输输入入高高频频电电压压振振幅幅输输出出中中频频电电压压振振幅幅变频功率增益变频功率增益 :SIPPPGC (2)噪声系数噪声系数: 功功率率比比输输出出端端中中频频信信号号的的噪噪声声功功率率比比输输入入端端高高频频信信号号的的噪噪声声 00nsnisiFPPPPN3. 混频器的主要性能指标混频器的主要性能指标(3) 失真与干扰失真与干扰变频器的失真主要有变频器的失真主要有 :频率失真频率失真 非线性失真非线性失真(4)选择性选择性 在混频器中，由于各种原因总会混入很多与

6、中频频率接近的干扰信号在混频器中，由于各种原因总会混入很多与中频频率接近的干扰信号, 为了抑制不需要的干扰，要求中频输出回路具有良好的选择性，矩形系数趋为了抑制不需要的干扰，要求中频输出回路具有良好的选择性，矩形系数趋近于近于1。icic式式中中：femyg 为为定定常常的的跨跨导导，此此时时晶晶体体管管作作为为线线性性元元件件应应用用，无无变变频频作作用用。同同时时作作用用于于晶晶体体管管的的输输入入端端tUUuLLmBBB cos tUusbembe cos uBuBEic6.2 混频电路混频电路)(BEcufi .)(21)()(2 sBsBBcuufuufufiuBuBEicscoCu

7、tgtii)()( .2coscos)(21 tItIItiLcmLcmcoco .2coscos)(21 tgtggtgLLo tVtgtggtItIItissLLoLcmLcmcoC cos.)2coscos(.)2coscos()(2121 s L sL sL sL 2sL 2L 22.晶体三极管混频电路晶体三极管混频电路如右图所示，为晶体管混频器。如右图所示，为晶体管混频器。 由于由于时变偏置电压时变偏置电压 )()(tuUtuLBBB 如果如果 SLUU 则集电极电流为则集电极电流为 )()()(0tutgtiiscC uB（t）ic其中其中 )(tg为时变跨导，受为时变跨导，受 t

8、UtuLLL cos)( 的控制的控制,而输入信号为而输入信号为: ttUuSSS coscos 利用付里叶级数可将展开成利用付里叶级数可将展开成 :.3cos2coscos)(3210 tgtgtggtgLLL ttUtgtggtiiSSLLcC coscos.2coscos)(2100 如果输出回路的谐振频率为如果输出回路的谐振频率为 )(SLI ，而，而 max2 B，则，则选出的中频电流选出的中频电流 CIi为：为： ttIttUgttUgttUgiICIISCISSLSCI coscoscoscoscoscos21)cos(cos2111 其中其中 21ggc 称为变频跨导称为变频跨

9、导 输输入入高高频频电电压压振振幅幅输输出出中中频频电电流流振振幅幅 SCIcUIg在数值上等于时变跨导在数值上等于时变跨导 的一半的一半 .1g 仿照集电极回路的分析方法，三极管混频器仿照集电极回路的分析方法，三极管混频器的输入回路基极电流的输入回路基极电流iB与输入电压与输入电压us的关系也可近的关系也可近似写成似写成0( )BBisiig t u 其中，iB0为静态时变输入电流；gi(t)是时变输入电导，把它用傅氏级数展开01121( )coscos2iiiig tggtgt 由于混频器输入回路调谐于fs，因此分析混频器时仅考虑基极电流iB中的信号频率电流 000cossisismssm

10、ismig ug UtIg Uuss准 线 性放 大 器iuiIsmgsgioUsmIsgcUsmgocgLIiUim三极管混频器的电压增益为三极管混频器的电压增益为20ccVcocLLcPcLiggKggggKgg功率增益功率增益 混频跨导越大混频跨导越大,KVc、KPc越高。越高。gc大小与晶体管参数、大小与晶体管参数、本振电压幅度和静态偏置电压有关。本振电压幅度和静态偏置电压有关。 g(t)、gc与U1m的关系0tuBEuBEiCg(t)0tgcu11u12u13u1400U1m 由图可见：由图可见：gc与与U1m和和EB的关系是非的关系是非线性关系，线性关系，U1m和和EB过过大或过小

11、，大或过小，gc都较小，都较小，只有在一段只有在一段范围内范围内gc较较大。大。 g(t)、gc与EB的关系 0t000g(t)iCuBEuBEEBEB1EB2EB2gct KPc、NF与U1m的关系 010100 200 300502051015202530NFKPcU1m / mVKPc , NF /dBEC = 6 VIEQ = 1 mA00.11230.30.251015202530NFKPcIEQ / mAKPc , NF /dBU1m = 100 mVEC = 6 V0.5KPc、NF与IEQ的关系 如图为混频功率增益如图为混频功率增益KPc和噪声系数和噪声系数NF与与Ulm、与静