高频课件 第6章混频器原理与组合频率干扰(4)

1,高频电子线路重点课程,无线电信号的发射,2,高频电子线路重点课程,无线电信号的接收,3,6.4混频,一、混频电路的组成,由混频器和本地振荡器两部分组成，是一种差频器件。把接收到的高频信号经过变为一个固定的中频fI，并保持原高频信号的特性（如调幅规律）不变。一般地：例如，AM调幅收音机中，变频就是将载波频率为5351605KHz的高频已调信号变成中频为465KHz的已调幅信号。,已调幅波,本地振荡,4,混频后得到固定的中频，可降低接收机的成本。理由：一个接收机，需能接收多个不同载频、不同距离的无线电信号；它必须做成多波段接收机，每个波段覆盖一个小的频率范围，所以，接收机覆盖的频谱范围应该很宽。在宽的频带内，放大器很难做到增益的平坦性。若将不同频道的信号变频到一个固定的频点（中频）上，增益好控制；接收机在接收不同频率的信号时，可使用相同的器件，降低成本。中频处理技术相当成熟，有利于电路的标准化，适应大规模生产。注：调幅收音机中频：465KHZ调频收音机中频：10.7MHZ电视机第一伴音中频：31.5MHZ第二伴音中频：6.5MHZ图像中频：38MHZ中频的使用，可使不同波段内的微弱信号得到足够的增益，并提高对有用信号的选择性。,5,二、混频电路的工作原理,任何含有平方项特性的非线性器件，都可以完成变频作用。,为简单，设输入到混频器的两个信号都是正弦波，且混频器的伏安特性为：,将,代入上式，则有：,经中心频率为,的带通滤波器后，就能取出中频成分：,电流i与已调波电压u的调制规律是完全相同的，不同的只是载波频率，从而完成了变频作用。,6,三、混频器的主要技术指标（P207）混频增益（包括电压增益和功率增益）电压增益：输出中频电压振幅UI与输入高频电压振幅Us之比。,功率增益：输出中频信号功率PI与输入高频信号功率PS之比。,7,选择性：接收有用信号，排除干扰信号的能力。主要是指：在满足通频带要求的前提下，排除邻近信道干扰的能力，取决于中频滤波网络的选频特性。噪声系数：混频器位处接收机前端电路，其噪声系数对整机的噪声系数影响极大；因此，要尽量降低混频器的噪声系数。措施：使用低噪声器件；采用模拟乘法器或具有平方律特性的非线性器件。失真：代表混频器非线性的伏安特性的幂级数项数越高，干扰就越多，非线性失真就越严重，可采用平方律器件或模拟乘法器。,8,四、混频、振幅调制、解调的相互关系都是三端口网络，两个输入端，一个输出端，使用同样的电子器件（高电平调幅与包络检波除外）。同属频谱的线性搬移电路，但并不改变已调波的频谱结构，只是改变了中心频率（注意，变频前后，上、下边频的位置交换了）。但由于频谱搬移的位置不同，其功能也就完全不同。,9,10,6.4混频器中的干扰,混频器是接收机的各级电路中产生干扰最多的一级。输入混频器的信号有：有用信号fs（载波频率为fC）、本振信号fL、干扰信号fn。这些信号中，两两之间，或三者之间组合，会产生各种干扰信号。这些干扰相当严重，必须克服它们。,11,一、组合频率干扰（仅与本身电台有关）,现象：有用信号与自身本振的组合频率接近中频，该频率与中频差拍检波，形成音频，产生干扰哨声。注意：该干扰只与本身电台有关，是自己对自己造成的干扰。,1.有用信号与本振的组合频率,设有用信号频率为（对应载波频率为fc），本振频率为，则其组合频率可表示为：,2.造成干扰的条件：,称为二阶组合频率干扰，称为三阶组合频率干扰，类推。,12,即：当有用信号的频率接近中频的整数倍时，可产生干扰哨声。,在设计发射电台时，要防止使用满足该式的有用信号频率。,式包括四种情况：,所以只两种情况成立，又,将此式代入上两式，有：,13,例1：设，。,3.抑制措施：将接收机的中频选在接收机频段外。如：中频段广播收音机的接收频率为5501605KHz，而中频为465KHz。,并进入检波器，差拍检波后，产生2KHz干扰哨声。,组合频率：进入中放进行放大,显然，可推得：为了防止有用信号与中频的n次谐波产生2020KHz的干扰哨声，在n次谐波的附近，有用信号的频率应满足：,和,因为2465930KHz930KHz，所以会产生组合频率干扰。其本振频率fL=932+465=1397KHz。根据造成本振频率干扰的条件：，当p1，q2时：,14,二、组合副波道干扰（与两个电台有关）,数学表达式为：,可分解成四个方程，但仅两个有效。,现象：干扰信号与有用信号本振频率的组合频率接近中频，该频率与中频差拍检波，形成音频，产生干扰哨声。,两个有效方程为：,根据,当两个电台的组合频率接近中频的整数倍时，会产生组合副波道干扰。如：两个电台，两载波分别为fC550KHz，fn1566KHz；由于156625504651,所以两电台之间存在副波道干扰。其包含两种特殊情况：,15,1.中频干扰,例如：为避免中频干扰，需使得中频落在接收波段之外。如中波调幅收音机的波段为5351605KHz，而固定中频；调频接收机波段为88108MHz，而。,当,时，干扰信号频率本身等于,或接近中频；它与中频信号一道进入中频放大器，在检波电路中差拍，形成音频，产生哨声。,16,2.镜像频率干扰,若则。根据有：,若两电台的频率之差为两倍的中频，会产生镜像干扰。在军事通信中，常采用高中频，可避免镜像干扰。,fL位于fs和fn的正中间，即：fs和fn关于fL对称。,17,三、交叉调制干扰,原因：由晶体管特性中的三次方或更高次非线性项引起。注意：从数学分析的过程中可以看到，交叉调制与本振频率、干扰频率都没有关系，完全由非线性器件的三次方以上高阶项造成的。因此，加强前端滤波性能，选择合适的器件或合适的工作状态，可大大减少交调干扰。克服措施：提高混频器前级电路的选择性，以减小干扰信号的幅值。合理选择工作点和本振信号的幅值，使混频器工作在弱非线性，使器件转移特性的三次以上项处于最小区域，最好使之工作在平方区域，或模拟乘法器构成混频器。,现象：收音机同时收到两个电台的节目。一台与二台载波是不同的；收一台（有用信号）时，二台（干扰）进入一台，并且一台清晰时二台也清晰，一台不清晰时二台也不清晰。即：好像干扰电台的调制转移到了有用信号的载波上。（是危害性较大的一种电台干扰形式）,18,四、互调干扰,称为二阶互调，称为三阶互调，类推。,原因：由高放、混频级中的二次、三次或更高次项产生。互调干扰在通信组网中值得重视、关注。,现象：与三个电台的信号有关。接收一台时，二台与三台的组合频率之差正好落在一台（或与一台载波接近），与一台有用信号一道进入接收机的中频系统，在检波器中差拍检波后，产生哨叫声。,原理：设有用信号频率fs，干扰信号频率为fn1、fn2，当满足下式时：,或：三个信号频率组合满足：,时，也会产生互调干扰。,会产生互调干扰。,19,例6.3：如果混频器的转移特性关系式为：,问会不会受到中频干扰和镜像干扰？会不会产生干扰电台所引起的交调和互调干扰，为什么？,答：（1）可能受到中频干扰，因为中频干扰与转移特性无关。（2)可能受到镜像干扰，因为镜像干扰与转移特性无关。（3）不会产生交调。因为交调干扰由晶体管的三次或更高非线性项产生，而表达式中无三次项。（4)会产生互调。因为互调干扰由晶体管的二次、三次或更高非线性项产生。,20,例6.4：湖北台频率f1774KHz，武汉台f21035KHz，问它们对某短波（fs212MHz，fI465KHz）收音机的哪些频率将产生互调干扰？,不落在212M区域，不产生互调。,落在212M区域，产生互调。,落在212M区域，产生互调。,落在212M区域，产生互调。,落在212M区域，产生互调。,落在212M区域，产生互调。,落在212M区域，产生互调。,以下谐波较小，可不考虑。以上频率落在212MHz波段内，故产生互调干扰。,不落在212M区域，不产生互调。,21,例6.5一超外差广播接收机，中频fI465KHz。在收听931KHz的电台时，发现除了正常信号外，还伴有音调约1KHz的哨叫声。而且如果转动收音机的调谐旋钮，此哨叫声还会变化。试分析：（1）此现象是如何引起的，属于哪种干扰？（2）在5351605KHz波段内，在哪些频率刻度上还会出现这种现象？（3）如何减小这种干扰？,解（1）根据题目给定数据，fs2fI，符合组合频率干扰表达式。此时，有用信号与本振频率的频率组合接近中频，其与中频信号一起进入中放电路，再加到检波器上，与中频差拍，形成音频，出现哨叫声（。（2）显然，当频率为929KHz时，也会出现1KH在的哨叫声。来源：2465KHz929KHz1KHz。3465KHz1395K，落在5351605波段内，则在1394KHz和1396KHz处，也会出现1KH在哨叫声。来源：3465KHz1394KHz1KHz（注：fS=1394,fL=1859,-1859+21394929）1396KHz3465KHz1KHz,（3）将接收机的中频选在接收机频段外。,22,例6.6超外差收音机中频fIfL-fs=465KHz。试分析下列现象：（1）当收听频率为550KHz的电台时，还能听到1480KHz电台的干扰。（2）接收1945KHz时，还能听到740KHz电台的干扰和哨叫声。（3）收听1395KHz时，可同时收到690KHz和810KHz信号，但不能单独收到其中一个台（如另外一台停播）的信号。,解（1）依题意，两电台频率之Hz为镜像干扰，是组合副波道干扰的一种特殊情况。,23,（2）,两个电台的组合频率接近中频的整数倍，所以是副波道干扰。,（3）,由于不能单独听到其中一个电台，所以是两个干扰信号产生的互调干扰。,原因：由高放、混频级中的二次、三次或更高次项产生。互调干扰在通信组网中值得重视、关注。,24,例6.7：某短波接收机在接收12MHz电台时，镜像干扰为15.2MHz，则中频频率为多少？,解：根据概念，当两电台的频率之差为两倍的中频时，出现镜像干扰，所以有：,25,25,626某超外差接收机中频fI=500kHz，本振频率fLfs.,解（1）依题意，7.5MHz信号最强，说明发射频率就是7.5MHz。而调谐到在6.5MHz和7.25MHz时，听到的信号是7.5MHz信号对其形成的干扰。（2）当调谐到6.5MHz时，有用信号频率fS=6.5MHz，干扰信号频率fn=7.5MHz。显然，fn-fS=0.5MHz=2fI,所以7.5MHz正好是6.5MHz的镜像干扰信号。,32,32,（3）在调谐到7.25MHz时，fS=7.25MHz，干扰信号频率fn=7.5MHz。由于