高频-第6章--混频器原理与组合频率干扰(4)优秀PPT.ppt

1 无线电信号的发射无线电信号的发射2 无线电信号的接收无线电信号的接收36.4 6.4 混混 频频一、混频电路的组成一、混频电路的组成 由混频器和本地振荡器两部分组成，是一种由混频器和本地振荡器两部分组成，是一种差频差频器件。器件。把接收到的把接收到的高频高频信号经过变为一个固定的信号经过变为一个固定的中频中频fI，并保持原，并保持原 高频信号的特性（如调幅规律）不变。一般地：高频信号的特性（如调幅规律）不变。一般地：例如，例如，AM调幅收音机中，变频就是将调幅收音机中，变频就是将载波频率载波频率为为 535535 1605KHz1605KHz的高频已调信号变成中频为的高频已调信号变成中频为465KHz465KHz的已调幅信号。的已调幅信号。已调幅波已调幅波本地振荡本地振荡4 混频后得到固定的中频，可降低接收机的成本。理由：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，一个接收机，需能需能接收接收多个多个不同不同载频载频、不同、不同距离距离的无线电信号；的无线电信号；它它必须必须做成做成多波段多波段接收机，每个接收机，每个波段波段覆盖一个小的频率范围，覆盖一个小的频率范围，所以，接收机所以，接收机覆盖覆盖的频谱范围的频谱范围应该应该很宽。很宽。在宽的频带内，放大器很难做到增益的平坦性。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，增若将不同频道的信号变频到一个固定的频点（中频）上，增 益益好好控制；接收机在接收不同频率的信号时，可使用相同的控制；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。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：生产。注：调幅收音机中频：465KHZ 调频收音机中频：调频收音机中频：10.7MHZ 电视机第一伴音中频：电视机第一伴音中频：31.5MHZ 第二伴音中频：第二伴音中频：6.5MHZ 图像中频：图像中频：38MHZ 中频的使用，可使不同波段内的中频的使用，可使不同波段内的微弱微弱信号信号得到足够的增益，得到足够的增益，并提高对有用信号的选择性。并提高对有用信号的选择性。5二、混频电路的工作原理二、混频电路的工作原理任何含有任何含有平方项平方项特性的非线性器件，都可以完成变频作用。特性的非线性器件，都可以完成变频作用。为简单，为简单，设设输入到混频器的两个信号都是正弦波，且混频器输入到混频器的两个信号都是正弦波，且混频器的的伏安伏安特性为特性为：将将 代入上式，则有：代入上式，则有：经中心频率为经中心频率为的的带通滤波器带通滤波器后，就能取出后，就能取出中频中频成分：成分：电流电流 i 与已调波电压与已调波电压 u 的调制规律是完全相同的，不同的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。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（三、混频器的主要技术指标（P207P207）混频增益混频增益（包括（包括电压增益电压增益和和功率增益功率增益）电压增益：输出中频电压振幅电压增益：输出中频电压振幅UI与输入高频电压振幅与输入高频电压振幅Us之比之比 。功率增益：输出中频信号功率功率增益：输出中频信号功率P PI I与输入高频信号功率与输入高频信号功率P PS S之比。之比。7 选择性：选择性：接收有用信号，排除干扰信号的能力。接收有用信号，排除干扰信号的能力。主要是指：在满足主要是指：在满足通频带通频带要求的前提下，排除要求的前提下，排除邻近邻近信道信道干扰干扰的的 能力，取决于中频能力，取决于中频滤波滤波网络的网络的选频选频特性。特性。噪声系数噪声系数 ：混频器位处接收机前端电路，其噪声系数对整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：系数。措施：使用低噪声器件；使用低噪声器件；采用模拟乘法器或具采用模拟乘法器或具 有平方律特性的非线性器件。有平方律特性的非线性器件。失真：失真：代表混频器非线性的代表混频器非线性的伏安特性伏安特性的的幂级数幂级数项数越高，干扰项数越高，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。器。8四、混频、振幅调制、解调的相互关系四、混频、振幅调制、解调的相互关系 都是都是三端口网络三端口网络，两个输入两个输入端，端，一个输出端一个输出端，使用同样的电，使用同样的电 子器件（高电平调幅与包络检波除外）。子器件（高电平调幅与包络检波除外）。同属频谱的线性同属频谱的线性搬移电搬移电路路，但并不改变已调波的频谱结构，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 交换了交换了）。）。但但由于频谱由于频谱搬移搬移的位置不同的位置不同，其功能其功能也也就完全不同。就完全不同。9106.4 6.4 混频器中的干扰混频器中的干扰 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：有用信号输入混频器的信号有：有用信号 f fs s（载波频率为（载波频率为fC）、）、本振信号本振信号 f fL L、干扰信号、干扰信号 f fn n。这些信号中，两两之间，。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。严重，必须克服它们。11一、组合频率干扰一、组合频率干扰（仅与本身电台有关）（仅与本身电台有关）现象：现象：有用信号与有用信号与自身自身本振的组合频率接近中频，该频率与本振的组合频率接近中频，该频率与 中频中频差拍差拍检波，形成音频，产生干扰哨声。检波，形成音频，产生干扰哨声。注意：注意：该干扰只与该干扰只与本身本身电台有关，是自己对自己造成的干扰。电台有关，是自己对自己造成的干扰。1.1.有用信号与本振的组合频率有用信号与本振的组合频率 设有用信号频率为设有用信号频率为 （对应载波频率为（对应载波频率为fc），），本振频率为本振频率为 ，则其组合频率可表示为：，则其组合频率可表示为：2.2.造成干扰的条件：造成干扰的条件：称为二阶组合频率干扰，称为二阶组合频率干扰，称为称为三阶组合频率干扰，类推。三阶组合频率干扰，类推。12即：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。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：式包括四种情况：所以只两种情况成立，又所以只两种情况成立，又将此式代入上两式，有：将此式代入上两式，有：13例例1 1：设设 ，。3.3.抑制措施：抑制措施：将接收机的中频选在接收机频段外。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如：中频段广播收音机的接收频率为5501605KHz，而中频为而中频为465KHz。并进入检波器，并进入检波器，差拍差拍检波后，产生检波后，产生2KHz干扰哨声。干扰哨声。组合频率：组合频率：进入中放进行放大进入中放进行放大,显然，可推得：为了防止显然，可推得：为了防止有用信号有用信号与中频的与中频的n次谐波次谐波产生产生 2020KHz的干扰哨声，在的干扰哨声，在 n 次次谐波谐波的附近，有用信号的附近，有用信号 的的频率频率应满足：应满足：和和 因为因为 2465930KHz 930KHz，所以会产生组合频率干扰。，所以会产生组合频率干扰。其本振频率其本振频率 fL=932+465=1397KHz。根据造成本振频率干扰的。根据造成本振频率干扰的 条件：条件：，当，当p1，q2时：时：14二、组合副波道干扰二、组合副波道干扰（与两个电台有关）（与两个电台有关）数学表达式为：数学表达式为：可分解成四个方程，但仅两个有效。可分解成四个方程，但仅两个有效。现象：现象：干扰信号干扰信号与有用信号与有用信号本振本振频率的组合频率接近中频，频率的组合频率接近中频，该频率与中频该频率与中频差拍差拍检波，形成音频，产生干扰哨声。检波，形成音频，产生干扰哨声。两个有效方程为：两个有效方程为：根据根据 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。波道干扰。如：两个电台，两载波分别为如：两个电台，两载波分别为 fC550KHz，fn1566KHz；由于；由于156625504651,所以两电台之间存在副所以两电台之间存在副波道干扰。波道干扰。其包含两种特殊情况：其包含两种特殊情况：151.1.中频干扰中频干扰 例如：为避免中频干扰，需使得中频落在接收波段例如：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之外。如中波调幅收音机的波段为5351605KHz，而固而固定中频定中频 ；调频接收机波段为；调频接收机波段为88108MHz，而而 。当当时，时，干扰干扰信号频率本身等于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。波电路中差拍，形成音频，产生哨声。162.2.镜像频率干扰镜像频率干扰若若 则则 。根据。根据 有：有：若两电台的频率之差为两倍的中频，会产生镜像干扰若两电台的频率之差为两倍的中频，会产生镜像干扰。在在军事军事通信中，常采用通信中，常采用高中频高中频 ，可避免，可避免镜像干扰镜像干扰。fL位于位于fs 和和 fn 的正中的正中间，即：间，即：fs 和和 fn 关于关于fL对称对称。17三、交叉调制干扰三、交叉调制干扰原因原因：由晶体管特性中的由晶体管特性中的三次方三次方或或更高次更高次非线性项引起。非线性项引起。注意：注意：从数学分析的过程中可以看到，交叉调制与本振频率、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，完全干扰频率都没有关系，完全由非线性器件的由非线性器件的三次方三次方以上以上 高阶项高阶项造成的。因此，加强造成的。因此，加强前端前端滤波性能，选择合适的滤波性能，选择合适的 器件器件或合适的或合适的工作状态工作状态，可大大减少交调干扰。，可大大减少交调干扰。克服措施：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。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，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。最好使之工作在平方区域，或模拟乘法器构成混频器。现象现象：收音机同时收到两个电台的节目。：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（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）用信号的载波上。（是危害性较大的一种电台干扰形式）18四、互调干扰四、互调干扰 称为二阶互调，称为二阶互调，称为三阶互调，类推。称为三阶互调，类推。原因原因：由高放、混频级中的二次、三次或更高次项产生。：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。互调干扰在通信组网中值得重视、关注。现象现象：与三个电台的信号有关。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（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。的中频系统，在检波器中差拍检波后，产生哨叫声。原理：原理：设有用信号频率设有用信号频率fs，干扰信号频率为，干扰信号频率为fn1、fn2，当满足下式时：，当满足下式时：或：三个信号频率组合满足：或：三个信号频率组合满足：时，也会产生互调干扰。时，也会产生互调干扰。,会产生互调干扰。会产生互调干扰。19例例6.3：如果混频器的转移特性关系式为：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？引起的交调和互调干扰，为什么？答：答：（1）可能受到中频干扰，因为中频干扰与转移特性无关。）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。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）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。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。更高非线性项产生。20例例6.4：湖北台频率：湖北台频率f1774KHz，武汉台，武汉台f21035KHz，问它们，问它们对某短波（对某短波（fs212MHz，fI465KHz）收音机的哪些频率将）收音机的哪些频率将产生互调干扰？产生互调干扰？解：若满足解：若满足，则产生互调。，则产生互调。不落在不落在212M区域，不产生互调。区域，不产生互调。落在落在212M区域，产生互调。区域，产生互调。落在落在212M区域，产生互调。区域，产生互调。落在落在212M区域，产生互调。区域，产生互调。落在落在212M区域，产生互调。区域，产生互调。落在落在212M区域，产生互调。区域，产生互调。落在落在212M区域，产生互调。区域，产生互调。以下谐波较小，可不考虑。以下谐波较小，可不考虑。以上频率落在以上频率落在2 212MHz12MHz波段内，故产生互调干扰。波段内，故产生互调干扰。不落在不落在212M区域，不产生互调。区域，不产生互调。21例例6.5 一超外差广播接收机，中频一超外差广播接收机，中频fI465KHz。在收听。在收听931KHz的的 电台时，发现除了正常信号外，还伴有音调约电台时，发现除了正常信号外，还伴有音调约1KHz的哨叫声。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：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？）此现象是如何引起的，属于哪种干扰？（2）在）在5351605KHz波段内，在哪些频率刻度上还会波段内，在哪些频率刻度上还会出现这种现象？出现这种现象？（3）如何减小这种干扰？）如何减小这种干扰？解解（1）根据题目给定数据，根据题目给定数据，fs2fI，符合符合组合频率干扰组合频率干扰表达式。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（差拍，形成音频，出现哨叫声（注注13962931466）。）。（2）显然，当频率为显然，当频率为929KHz时，也会出现时，也会出现1KH在的哨叫声。在的哨叫声。来源：来源：2465KHz929KHz1KHz。3465KHz1395K，落在，落在5351605波段内，则在波段内，则在 1394KHz和和1396KHz处，也会出现处，也会出现1KH在哨叫声。在哨叫声。来源：来源：3465KHz1394KHz1KHz （注：（注：fS=1394,fL=1859,-1859+21394929）1396KHz3465KHz1KHz（3 3）将将接收机的中频选在接收机频段外。接收机的中频选在接收机频段外。22例例6.6 超外差收音机中频超外差收音机中频fIfL-fs=465KHz。试分析下列现象：。试分析下列现象：（1）当收听频率为当收听频率为550KHz的电台时，还能听到的电台时，还能听到1480KHz电台的干扰。电台的干扰。（2）接收接收1945KHz时，还能听到时，还能听到740KHz电台的干扰和哨叫声。电台的干扰和哨叫声。（3）收听收听1395KHz时，可同时收到时，可同时收到690KHz和和810KHz信号，但不信号，但不 能单独收到其中一个台（如另外一台停播）的信号。能单独收到其中一个台（如另外一台停播）的信号。解解（1）依题意，两电台频率之差）依题意，两电台频率之差14805502465KHz 为为镜像干扰镜像干扰，是，是组合副波道干扰组合副波道干扰的一种特殊情况。的一种特殊情况。550KHz1480KHz23（2 2）两个电台的组合频率接近中频的整数倍，所以是两个电台的组合频率接近中频的整数倍，所以是副波道干扰副波道干扰。（3 3）由于不能单独听到其中一个电台，所以是两个干扰信号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。产生的互调干扰。原因原因：由高放、混频级中的二次、三次或更高次项产生。：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。互调干扰在通信组网中值得重视、关注。24例例6.7：某短波接收机在接收：某短波接收机在接收12MHz电台时，镜像干扰为电台时，镜像干扰为15.2MHz，则中频频率为多少？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：镜像干扰，所以有：25256 626 26 某超外差接收机中频某超外差接收机中频f fI=500 kHz=500 kHz，本振频率，本振频率f fL Lfffs s.解（解（1）依题意，）依题意，7.5MHz信号最强，说明发射频率就是信号最强，说明发射频率就是7.5MHz。而调谐到在而调谐到在6.5 MHz和和7.25 MHz时，听到的信号是时，听到的信号是7.5MHz 信号对其形成的干扰。信号对其形成的干扰。（2）当调谐到）当调谐到6.5 MHz时，有用信号频率时，有用信号频率 fS=6.5 MHz，干扰干扰 信号频率信号频率fn=7.5MHz。显然，。显然，fn-fS=0.5 MHz=2fI,所以所以 7.5MHz正好是正好是6.5 MHz的的镜像干扰信号镜像干扰信号。3232（3）在调谐到）在调谐到7.25 MHz时，时，fS=7.25 MHz，干扰信号频率干扰信号频率 fn=7.5MHz。由于。由于 2fn-2fS=15-14.5=10.5 MHz，显然，显然，这是这是4阶阶组合副波道干扰组合副波道干扰。33336 630 30 设变频器的输入端除有用信号（设变频器的输入端除有用信号（f fS S=20 MHz=20 MHz）外，还作）外，还作用着两个频率分别为用着两个频率分别为f fN1N1=19.6 MHz=19.6 MHz，f fN2N2=19.2 MHz=19.2 MHz的电的电压。已知中频压。已知中频f fI=3 MHz=3 MHz，问是否会产生干扰？干扰的性，问是否会产生干扰？干扰的性质如何？质如何？解解：由由于于有有两两个个干干扰扰信信号号，而而且且这这两两个个干干扰扰信信号号的的频频率率都都接接近近并并小小于于有有用用的的信信号号频频率率。所所以以可可能能会会产产生生互互调调干干扰扰。因因为为2fN1-fN2=19.6219.2=20MHz，因因此此将将产产生生3阶阶互互调干扰。调干扰。