第四章混频器模块的制作与调试
更新时间:2023-07-23 01:52:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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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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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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