第9章 变频电路 高频电子线路 课件
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高频电子线路资料课件
高频电子线路基础知识
```
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PART 03
高频电子线路分析方法
频域分析方法
PART 05
高频电子线路中的调制与 解调
调制的原理与分类
调制原理
调制是利用基带信号控制高频载 波的参数，将信息转化为高频信 号的过程。
调制分类
按照调制信号的性质，调制可分 为模拟调制和数字调制；按照载 波参数，调制可分为幅度调制、 频率调制和相位调制。
调频与调相
调频
调频是通过改变载波的频率来传递信 息，调频信号的带宽较宽，抗干扰能 力强，但信号的稳定性较差。
高频电子线路基础知识
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高频电子线路基础知识
01
```
02
```
03
the first time you see them, you feel like you’re the first time you see them, however, they are noticing that they are noticing that children also make use of this technique.
高频电子线路基础知识
中国在理解人类语言的儿童，他们的
还原
所传送信息
3. 传输信道（无线信道、有线信道）
下面主要介绍无线信道
电磁波谱
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电 磁波，按波长或频率的不同顺序排列起来，称做电磁波谱． 可见光 无线电波 微波 红外线 X射线 紫外线 射线 f/HZ /m
104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 -4 10-6 10-8 10-10 104 102 100 10-2 10
本书涉及的频率范围：几百kHz ~ 几百MHz 例：300KHz～300MHz 对应波长 1000m ～1m
无线电频谱
课程性质：
电子、通信类专业的重要专业基础课。 与相关课程之间的关系：
先修课程：电路分析、模拟电子线路、信号与系统。 电路（是基础） 模拟电子线路（低频电路） 信号与系统（分析工具）
100～1000m
300～3000KHz
中频 (MF)
高频 (HF)
地波，天波
广播，通信， 导航
广播， 中距离通信 移动通信，电视广播， 调频广播，雷达导，航 等 通信，中继通信，卫星 通信，电视广播，雷达 中继通信，雷达，卫星 通信 微波通信，雷达
10～100m
3～30MHz
天波，地波
1～10m
30～300MHz
信 道 解 码
同 步
保 密 解 码
压 缩 解 码
信 宿
信源编码
噪 声
信源解码
发送端
接收端
数字通信系统模型
（3）按传输媒介（信道）的物理特征可分为： 有线通信系统和无线通信系统
有线(包括光纤)通信系统——利用导线(光导 纤维) 传送信息； 无线通信系统——利用电磁波传送信息； 在无线模拟通信系统中，信道便是指自由空间。
高频电子电路绪论PPT课件
反馈控制电路：自动增益控制、自动频率控制、锁 相环。
无线通信系统的类型
按照无线通信系统中关键部分的不同特性, 有以下 一些类型:
（1） 按照工作频段或传输手段分类, 有中波通信、 短波通信、 超短波通信、 微波通信和卫星通信等。 所谓工作频率, 主要指发射与接收的射频（RF）频 率。 射频实际上就是“高频”的广义语, 它是指适 合无线电发射和传播的频率。 无线通信的一个发展 方向就是开辟更高的频段。
（2） 按照通信方式来分类, 主要有（全）双工、 半双工和单工方式。
（3） 按照调制方式的不同来划分, 有调幅、 调频、 调相以及混合调制等。
（4） 按照传送的消息的类型分类, 有模拟通信和数
字通信, 也可以分为话音通信、 图像通信、 数据通 信和多媒体通信等。
各种不同类型的通信系统, 其系统组成和设备 的复杂程度都有很大不同。 但是组成设备的基本电 路及其原理都是相同的, 遵从同样的规律。
无线电波 105
紫外线
红外线
1015
1010 可见光
X射线 宇宙射线
1020
1025
/m
f/Hz
3×10 3
3×10 －2
3×10 －7
(3.8～7.8)×10－7
3×10 －12 3×10 －17
图 1 — 4 电磁波波谱
无线电波只是一种波长比较长的电磁波, 占据的
频率范围很广。 在自由空间中, 波长与频率存在以下
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
由上面的例子可以总结出无线通信系统的基本组成,
（1）高频振荡器 （2）放大器 （3）混频或变频 （4）调制与解调
从中也可看出高频电路的基本内容应该包括:
无线通信系统的类型
按照无线通信系统中关键部分的不同特性, 有以下 一些类型:
（1） 按照工作频段或传输手段分类, 有中波通信、 短波通信、 超短波通信、 微波通信和卫星通信等。 所谓工作频率, 主要指发射与接收的射频（RF）频 率。 射频实际上就是“高频”的广义语, 它是指适 合无线电发射和传播的频率。 无线通信的一个发展 方向就是开辟更高的频段。
（2） 按照通信方式来分类, 主要有（全）双工、 半双工和单工方式。
（3） 按照调制方式的不同来划分, 有调幅、 调频、 调相以及混合调制等。
（4） 按照传送的消息的类型分类, 有模拟通信和数
字通信, 也可以分为话音通信、 图像通信、 数据通 信和多媒体通信等。
各种不同类型的通信系统, 其系统组成和设备 的复杂程度都有很大不同。 但是组成设备的基本电 路及其原理都是相同的, 遵从同样的规律。
无线电波 105
紫外线
红外线
1015
1010 可见光
X射线 宇宙射线
1020
1025
/m
f/Hz
3×10 3
3×10 －2
3×10 －7
(3.8～7.8)×10－7
3×10 －12 3×10 －17
图 1 — 4 电磁波波谱
无线电波只是一种波长比较长的电磁波, 占据的
频率范围很广。 在自由空间中, 波长与频率存在以下
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
由上面的例子可以总结出无线通信系统的基本组成,
（1）高频振荡器 （2）放大器 （3）混频或变频 （4）调制与解调
从中也可看出高频电路的基本内容应该包括:
高频第9章 变频电路
2
gc=(0.4～0.5)
晶体三极管混频器
二、等效电路
对于晶体三极管混频器，由于本振电压为大信号，对输 入信号为小信号来说，非线性器件被看成时变网络，这样就 可采用小信号分析法。因而，混频器可用图示电路等效。由 于混频器的输入回路调谐于ωs，输出回路调谐于ωI，混频 器等效电路中的输入电容和输出电容分别合并到输入回路和 输出回路中去得出了等效电路。等效电路中的各参量均可根 据定义和混合π等效电路求出。
信号与本振的组合频率干扰
当信号与本振信号同时输给混频器时，由于混频器的非 线性特性，在其输出电流中，除了有需要的中频(fL-fs)外， 还有一些谐波频率和组合频率。例如，2fL，2fs，3fL，3fs， 2fs-fL，3fs-fL，2fL-fs，3fL-fs…如果在这些组合频率中有 接近中频fI=fL-fs的组合频率，它就会通过中频放大器与正 常的中频fI一道进行放大，并加到检波器上。通过检波器的 非线性作用，这个近于中频的组合频率与中频fI产生差拍检 波，输出差频信号，这个差频信号是音频，通过终端扬声器 以哨叫声的形式出现并形成干扰。
的特点是电路简单，有一定的变频增益，要求本振电压 的幅值较小，约在50～200mV之间。
晶体三极管混频器
一、工作原理
混频器原理性电路
晶体三极管混频器
晶体三极管混频器的原理性电路如图所示，在发射结上 作用有三个电压，即直流偏置电压Vbb、信号电压us和本振 电压uL。一般情况下。本振电压振幅ULm＞＞ Usm，也 就是本振电压为大信号，而输入信号电压为小信号。在一个 大信号uL和一个小信号us同时作用于非线性器件时，晶体 管可近似看成小信号的工作点随大信号变化而变化的线性元
因为时变跨导g(t)是随Ie(t)周期变化的，而Ie(t)又 是随本振电压变化，其关系是非线性的。所以，时变 跨导g(t)是一个较为复杂的函数，通过对g(t)的积分求 出g1是比较复杂的。在实际工作中经常采用经验公式
gc=(0.4～0.5)
晶体三极管混频器
二、等效电路
对于晶体三极管混频器，由于本振电压为大信号，对输 入信号为小信号来说，非线性器件被看成时变网络，这样就 可采用小信号分析法。因而，混频器可用图示电路等效。由 于混频器的输入回路调谐于ωs，输出回路调谐于ωI，混频 器等效电路中的输入电容和输出电容分别合并到输入回路和 输出回路中去得出了等效电路。等效电路中的各参量均可根 据定义和混合π等效电路求出。
信号与本振的组合频率干扰
当信号与本振信号同时输给混频器时，由于混频器的非 线性特性，在其输出电流中，除了有需要的中频(fL-fs)外， 还有一些谐波频率和组合频率。例如，2fL，2fs，3fL，3fs， 2fs-fL，3fs-fL，2fL-fs，3fL-fs…如果在这些组合频率中有 接近中频fI=fL-fs的组合频率，它就会通过中频放大器与正 常的中频fI一道进行放大，并加到检波器上。通过检波器的 非线性作用，这个近于中频的组合频率与中频fI产生差拍检 波，输出差频信号，这个差频信号是音频，通过终端扬声器 以哨叫声的形式出现并形成干扰。
的特点是电路简单，有一定的变频增益，要求本振电压 的幅值较小，约在50～200mV之间。
晶体三极管混频器
一、工作原理
混频器原理性电路
晶体三极管混频器
晶体三极管混频器的原理性电路如图所示，在发射结上 作用有三个电压，即直流偏置电压Vbb、信号电压us和本振 电压uL。一般情况下。本振电压振幅ULm＞＞ Usm，也 就是本振电压为大信号，而输入信号电压为小信号。在一个 大信号uL和一个小信号us同时作用于非线性器件时，晶体 管可近似看成小信号的工作点随大信号变化而变化的线性元
因为时变跨导g(t)是随Ie(t)周期变化的，而Ie(t)又 是随本振电压变化，其关系是非线性的。所以，时变 跨导g(t)是一个较为复杂的函数，通过对g(t)的积分求 出g1是比较复杂的。在实际工作中经常采用经验公式
《高频电子线路》PPT课件
uo(t)
uΩ(t)
Δuc
uo(t)=uΩ(t)+UDC
包含了直流及低频调制分量。
峰值包络检波器的应用型输出电路
+ （a） ui
-
VD
Cd
+
+UDC -
+
C uo R
RL uΩ
-
-
（b）
+ ui
-
VD
Rφ
+
C uo R Cφ
-
t
UDC t
+ UDC -
图(a)：电容Cd的隔直作用，直流分量UDC被隔离，输出信号为解调恢复后 的原调制信号uΩ，一般常作为接收机的检波电路。 图(b)：电容Cφ的旁路作用，交流分量uΩ(t)被电容Cφ旁路，输出信号为直 流分量UDC，一般可作为自动增益控制信号（AGC信号）的检测电路。
rd C R
②对高频载波信号uc来说，电容C的容抗
1 R ，电容C相当于短
cC
路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。
理想情况下，RC低通滤波网络所呈现的阻抗为分析
+ uD -
当输入信号ui(t)为调幅波时，那么载波正半 +
周时二极管正向导通，输入高频电压通过二 ui
☺调幅解调的分类
振幅调制
AM调 制DSB调制
SSB调制
包络检波 解调
同步检波
峰值包络检波 平均包络检波 叠加型同步检波 乘积型同步检波
☺调幅解调的方法
1. 包络检波
调幅波
t 调幅波频谱
非线形电路
ωc-Ω ωc ωc+Ω ω
低通滤波器
包络检波输出
t 输出信号频谱
高频电子线路课件
1
匹配技术
学习如何设计有效的匹配网络，使信号能够最大程度地传输或接收。
2
陷波和滤波技术
掌握高频电路中常用的陷波和滤波技术，确保信号的准确性和质量。
3
功率分配与放大
了解功率分配和放大电路的设计原则，确保信号的稳定性和效率。
高频电子元件介绍
电阻、电容、电感
晶体管与集成电路
解释高频电子线路中常见的电阻、 电容和电感元件的特性和应用。
高频电子线路课件
欢迎来到高频电子线路课件！在本课程中，我们将深入探讨高频信号的特征、 高频电路设计的基本原则以及常用的高频电子元件。让我们开始这段令人兴 奋的旅程吧！
课程简介
理论与实践
深入浅出地介绍高频电子线路的 基本概念和原理，并通过实例演 示加深理解。
应用研究
仿真技术
探索高频电子线路在通信、雷达、 无线电等领域的实际应用和相关 研究进展。
介绍晶体管和集成电路的基本原 理和应用，重点关注高频电路中 的应用案例。
谐振器和滤波器
探索谐振器和滤波器的工作原理， 以及它们在高频电子线路中的重 要作用。
常用的高频电路拓扑结构
放大器电路
讲解放大器电路的主要拓扑结构，以及它们的特 点和应用。包括B类放大器和C类放大器。
调制与解调电路
深入研究调制与解调电路的设计和功能，探索其 在通信技术中的重要性。
3 敏感度和稳定性分析
深入探讨高频电路的敏感度和稳定性分析方法，确保电路的稳定可靠运行。
高频电路设计的过一个实际的通信系统案例，分析和优化其中的高频电路设计。
2
雷达系统设计
以雷达系统为例，探讨高频电路在无线电频谱中的应用，并优化其性能。
3
无线电天线设计
《高频电子线路》课件
《高频电子线路 》PPT课件
目录
• 高频电子线路概述 • 高频电子线路基础知识 • 高频电子线路中的信号传输 • 高频电子线路中的放大器 • 高频电子线路中的滤波器 • 高频电子线路中的混频器与变频
器
01
高频电子线路概述
高频电子线路的定义与特点
总结词
高频电子线路是研究高频信号传输、处理和应用的电子线路。其特点包括信号频率高、频带宽、信号传输速度快 、信号失真小等。
02
高频电子线路基础知识
高频电子线路的基本元件
电阻器
用于限制电流，调节电 压，起到分压、限流的
作用。
电容器
用于存储电荷，实现信 号的滤波、耦合和旁路
。
电感器
用于存储磁场能量，实 现信号的滤波、选频和
延迟。
晶体管
高频电子线路中的核心 元件，用于放大和开关
信号。
高频电子线路的基本电路
01
02
03
04
混频器与变频器的应用实例
混频器的应用实例
在无线通信中，混频器常用于将信号从低频转换为高频，或者将信号从高频转 换为低频。例如，在接收机中，混频器可以将射频信号转换为中频信号，便于 后续的信号处理。
变频器的应用实例
在雷达系统中，变频器可以将发射信号的频率改变，从而实现多普勒测速或者 目标识别。在电子对抗中，变频器可以用于干扰敌方雷达或者通信系统。
传输。
音频系统中的扬声器驱动电路
02
利用音频放大器将音频信号放大后驱动扬声器，实现声音的重
放。
测量仪器中的前置放大器
03
利用电压或电流放大器将微弱信号放大后传输至后续电路，实
现信号的处理和分析。
05
高频电子线路中的滤波器
目录
• 高频电子线路概述 • 高频电子线路基础知识 • 高频电子线路中的信号传输 • 高频电子线路中的放大器 • 高频电子线路中的滤波器 • 高频电子线路中的混频器与变频
器
01
高频电子线路概述
高频电子线路的定义与特点
总结词
高频电子线路是研究高频信号传输、处理和应用的电子线路。其特点包括信号频率高、频带宽、信号传输速度快 、信号失真小等。
02
高频电子线路基础知识
高频电子线路的基本元件
电阻器
用于限制电流，调节电 压，起到分压、限流的
作用。
电容器
用于存储电荷，实现信 号的滤波、耦合和旁路
。
电感器
用于存储磁场能量，实 现信号的滤波、选频和
延迟。
晶体管
高频电子线路中的核心 元件，用于放大和开关
信号。
高频电子线路的基本电路
01
02
03
04
混频器与变频器的应用实例
混频器的应用实例
在无线通信中，混频器常用于将信号从低频转换为高频，或者将信号从高频转 换为低频。例如，在接收机中，混频器可以将射频信号转换为中频信号，便于 后续的信号处理。
变频器的应用实例
在雷达系统中，变频器可以将发射信号的频率改变，从而实现多普勒测速或者 目标识别。在电子对抗中，变频器可以用于干扰敌方雷达或者通信系统。
传输。
音频系统中的扬声器驱动电路
02
利用音频放大器将音频信号放大后驱动扬声器，实现声音的重
放。
测量仪器中的前置放大器
03
利用电压或电流放大器将微弱信号放大后传输至后续电路，实
现信号的处理和分析。
05
高频电子线路中的滤波器
高频电子线路课件9-1剖析
三，变频器的技术指标
（一）变频增益
1，变频电压增益Auc：Auc
U Im(输出中频电压振幅 U sm (输入高频电压振幅
) )
2,变频功率增益Apc
：Apc
PI (输出中频信号功率 Ps (输入高频信号功率
) )
（二） 选择性：滤波器选取中频fI滤除不需要频率
的能力
（三）噪声系数：作为接受机的最前端，变频器的 噪声系数必须很小。
iC f [VBB uL (t)] f [VBB uL (t)]us (t)
[IC0 Ic1m cosLt Ic2m cos2Lt ...] [g0 g1 cosLt g2 cos2Lt ...]U sm cosst
IC0 Ic1m cosLt Ic2m cos2Lt ...
2,当输入为调角波 us (t) U sm cos[st m f sin t] 时， 输出电压仍为调角波 uI (t) U Im cos[It m f sin t]
（三）变频电路的时域、频域表示法： 以调幅波为例：
从频域可知，变频电路是线性频谱搬移电路。
二，变频电路的组成
1,输入回路： 选取中心频
则iI
U sm
g1 2
cos(It m cos t)
5， 混频器的变频跨导：
定义：gc
I Im (输出中频电流振幅) Usm (输入高频电压振幅)
g1 2
U
sm
U sm
g1 2
g1是时变跨导 g(t){即f [VBB uL (t)]}的基波分量
二，晶体三极管混频器的等效电路
1,由于本振电压为大
（四）失真和干扰：要求非线性器件尽可能少产生 不需要的频率分量。
第二节 三极管混频器
《高频电路教案》课件
《高频电路教案》PPT课件第一章：高频电路概述1.1 高频电路的定义与特点1.2 高频电路的应用领域1.3 高频电路的基本组成部分1.4 高频电路的研究方法第二章：高频电路中的信号与频谱2.1 信号的分类与特性2.2 频率与周期2.3 频谱与频带2.4 调制与解调第三章：高频电路中的元件与器件3.1 电阻、电容、电感元件3.2 滤波器与耦合器3.3 放大器与振荡器3.4 混频器与解调器第四章：高频放大器与振荡器的设计与分析4.1 高频放大器的设计与分析4.2 高频振荡器的设计与分析4.3 放大器与振荡器的性能指标4.4 放大器与振荡器的应用场景第五章：高频电路的测量与调试5.1 高频信号的发生与接收5.2 测量仪器与设备5.3 高频电路的调试方法5.4 高频电路的故障排除第六章：高频电路中的滤波器设计与应用6.1 滤波器的基本原理与分类6.2 低通、高通、带通、带阻滤波器的设计6.3 滤波器的频率响应与截止特性6.4 滤波器在无线通信中的应用第七章：调制解调技术7.1 调制与解调的基本概念7.2 调幅、调频、调相与解调技术7.3 调制解调器的组成与工作原理7.4 调制解调技术在通信系统中的应用第八章：无线通信系统8.1 无线通信的基本原理与技术8.2 无线传输的频段与标准8.3 无线通信系统的组成与工作方式8.4 无线通信技术在现代通信中的应用第九章：高频电路的噪声与干扰9.1 噪声的来源与分类9.2 噪声的数学描述与计算9.3 干扰的类型与抑制方法9.4 高频电路的抗干扰设计与优化第十章：高频电路的现代设计与仿真10.1 高频电路的计算机辅助设计10.2 电路仿真软件的使用与操作10.3 高频电路的实例设计与仿真10.4 高频电路的实验与验证重点和难点解析一、高频电路的定义与特点难点解析：理解高频电路与低频电路的区别，掌握高频电路的特殊设计与分析方法。
二、高频电路中的信号与频谱难点解析：区分不同类型的信号，理解调制解调的基本原理及其在通信中的应用。
《高频电子线路基础》课件
总结
1 高频电子线路基础知 2 高频电子线路设计的 3 未来高频电子线路发
识回顾
挑战和机遇
展趋势
加深对高频电路的理解， 对未来的学习和工作有所 裨益。
快速发展的电子科技给高 频电子线路的设计带来了 挑战，同时也带来了新的 机遇。
如5G技术的发展、智能化 等新技术的快速发展，将 给高频电子线路的研究和 应用带来更多的机遇和挑 战。
频率、周期、波长、相位、
统。
达、测量等领域的应用广
振荡等是高频电子线路需
泛。
要了解的参数。
高频电路分析方法
S参数法和Y参数法
用于分析耦合器、功分器等网络。
变换器法和矢量分析法
用于分析振荡器等非线性网络。
模拟仿真法和实验测量法
用于验证和研究线路性能、参数等。
常用高频电子元件
1
滤波器和衰减器
2
用于调整和削弱特定频率的信号。
3
振荡器和混频器
4
用于产生或混合高频信号。
传输线和射频缆
典型高频传输线包括同轴电缆、微带线 和矩形波导。
放大器和变频器用于将信号的Fra bibliotek度和频率变化。
高频电子线路设计
常见高频电子线路设计 流程
设计流程包括需求分析、原 理设计、参数计算、PCB设 计等。
常见高频电子线路设计 技巧
选择合适元件、考虑阻抗匹 配和信号损耗等。
常见高频电子线路仿真 工具
例如ADS、CST和HFSS等仿真 工具。
高频电子线路应用
通信系统中的高频电子线路
用于卫星通讯系统、微波通讯网络等。
星载雷达高频电子线路
用于军事、气象、资源勘探等领域的雷达系统。
高频电子天线设计
高频电子线路18 112页PPT文档
第9章 数字调制与解调电路
uPK(t)
带 通 滤 波
载 波 提 取
低 通 滤 波
uc(t)
取 样 s(t) 判 决
位 同 步 信 号
图9.3.3 PSK信号同步检波
第9章 数字调制与解调电路
9.3.2 差分相移键控DPSK
差分相移键控（Differential Phase Shift Keying）克 服了“相位模糊”带来的的缺点， 具有广泛的应用场 合。
设载波为uc（t）=cosωct， 数字基带信号仍为
s(t) ang(t nTs)
， 则相移键控（Phase Shift
Keying，n 简称PSK）信号为
uPK(t)n bng(tnTs)cosct (9.3.1)
第9章 数字调制与解调电路
其中 bn=
-1 当an=0时， 出现概率为P 1 当an=1时， 出现概率为1-P
第9章 数字调制与解调电路
与模拟调制相同， 数字调制仍然是用数字调制信 号（或称为数字基带信号）去分别控制正弦载波的振 幅、 频率或相位三个参量。 但是， 由于数字信号仅有 高、 低电平两个离散状态， 因此可以用正弦载波的某 些离散状态来表示相应的数字信息“1”或“0”， 例如 载波的有或无， 两种载波频率的跳变或载波两种相位 的跳变等等。 数字调制的三种基本类型仍然是振幅调 制、 频率调制和相位调制， 而每种基本类型又包括多 种实现方式。
（9.2.2） 其中， fs=1/Ts=ωs/2π， 门函数g（t）的频谱即其傅 氏变换为
G(f ) Ts(sinfTfsTs )
第9章 数字调制与解调电路
可见， Ps（f）中前一项含有直流分量和连续交流 分量， 后一项是离散直流分量。 ASK信号uAK（t）的 双边功率频谱密度表达式为
w第9章 变频电路.ppt
uI gc RLU sm (1 ma cos t) cos I t
特点：干扰频率成分较晶体三极管少
高频电路 二、双栅绝缘栅场效应管混频器
特点：
1、栅漏间电容很 小，适用于超高频 段混频
2、G1、G2间阻抗 大，本振、信号之 间影响小
3、干扰成分少
高频电路
第四节 二极管混频电路
特点：
电路简单、
高频电路
第九章 变频电路
（非线性电路）
高频电路
第一节 概述
变频电路的位置、目的
高频电路
一、变频电路的功能
变频电路是一种频率变换电路。它的功能是将已调波（调幅、 调频、调相波）的载波频率变换为固定的中频载波频率，而 保持其调制规律不变。
输入uS
时域 频率
输出uI
高频电路
二、变频器的组成
混频器
高频电路
us
2
uI
)
i2
gd K (Lt)(uL
us
uI 2
)
i i1 i2 gd K (Lt)(us uI )
us U sm cosst, uI U Im cosI t i 高i1频电i2 路 gd K (Lt)(us uI )
gd
1 2
2
c os Lt
2
3
c os3 Lt
2
5
c os5 Lt
当uL (t) U Lm cosLt时，
f Vbb uL (t)、f Vbb uL (t)如何变？
ic f Vbb uL (t) f Vbb uL (t)us (t)
Q 高uL频(t电) 路U Lm cosLt
f Vbb uL (t)和f Vbb uL (t)是角频率为L的周期性函数
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12
一个大信号和一个小信号同时作用 于非线性元件
FP
第九章变频电路
高频电子线路
二、 晶体三极管混频器的时变参量分析
1、混频器的时变参量表示式
因为： 正向传输特性
ube Vbb U Lm cos Lt U sm cosst
ic f (ube、uce )
因为uce对ic的影响远小于 ube对ic的影响，于是： ic
uc (t) uI (t)
uc (fc)
t
混频器 uL (fL)
uI (fI)
t
uc的频谱
uL (t) t
uI的频谱
fc+F fc fc+F
f uL的频谱 fc fL f
fI+F fI fI+F
f
有两个输入信号： 高频调制波 uc ( f c ) 本地振荡信号 uL ( f L )
一个中频输出信号： uI ( f I )
晶体三极管混频器的参数随着管子的工作状态变化而变化。工作状 态是由直流偏压和本振电压的幅值来决定。 选择晶体三极管混频器的原则：变频功率增益大和噪声系数小。
变频功率增益 Apc和噪声系数 NF与ULm和IEQ的关系的实验结果如图所示。 ULm在100mV左右，IEQ在0.3~0.7mA为宜。
E
I eQ
FP
6
第九章变频电路
高频电子线路
混频器
③输入信号us与本振信号 uL通过非线性器件后会产生很多新 的频率分量。其通过带通滤波器可选出其中之一，称其为中 频频率。若带通滤波器取 fI=fL+fs称高中频。若带通滤波器取 fI=fL-fs称低中频。
f L fc fI f L fc
1 iI g1U sm (1 ma cos t ) cos I t 2
16
FP
第九章变频电路
高频电子线路
4、混频器的变频跨导gc
变频跨导是输出中频电流振幅IIm与输入高频信号振幅 Usm之比，即：
gc
I Im U sm
1 g1 2
在数值上变频跨导是时变跨导g(t)的基波分量的一半，可以通过 g(t)的 基波分量g1来求变频跨导：
7
输出低中频 输出高中频
FP
第九章变频电路
高频电子线路
三、 混频器的基本工作原理
混频器是频谱的线性搬移电路，实现所需的频谱线性搬移功能。 输入已调波：uc Uc cost cosc t 本振信号: uL U L cosLt 两信号的乘积项：
uI U cU L cost cos c t cos L t 1 U cU L cost cos( L c )t cos( L c )t 2
f Vbb uL (t ) Ic0 Ic1m cos Lt Ic 2m cos2Lt
f Vbb uL (t ) g (t ) g0 g1 cos Lt g2 cos 2Lt
式中，Ic0、Ic1m、Ic2m、g0、g1、g2分别为ube =Vbb +uL(t)时集电极电流中的 直流、基波、二次谐波分量的幅值及跨导的平均分量、基波和二次谐 波分量的幅值。
10
FP
第九章变频电路
高频电子线路
第二节 晶体三极管混频器
一、晶体三极管混频器的工作原理
晶体三极管混频器的原理电路 Vbb为直流偏置电压，us为输入信号，uL为本振信号。集电极回 路调谐于中频ωI。
11
FP
第九章变频电路
高频电子线路
电路的输入条件是： us = Usm cosωst 为小信号
uL = ULm cosωLt 为大信号 ULm>> Usm
f (ube )
因为us的值很小，在us的变化范围内正向传输特性是线性的。所以， 可以将函数 ic=f (ube) 在时变偏压 Vbb + uL(t)上展开成泰勒级数，则
பைடு நூலகம்
1 ic f Vbb uL (t ) f Vbb uL (t ) us (t ) f Vbb u L (t ) u s2 (t ) 2
电路条件
平衡混频器原理电路
(1) 本振电压uL足够大，晶体二极管工作在受uL控制的开关状态。 (2) 输入回路的次级调谐于ωs；输出回路的初级调谐于ωI。相当于 两个带通滤波器。
24
FP
第九章变频电路
高频电子线路
原理分析
1．开关工作状态下，流过二极管D1、D2的电流 u u I u u i1 gd k Lt uL s ; i2 gd k Lt uL s I 2 2 2．在无带通滤波的条件下，流过输出回路的电流为
f I f L fc
输入信号uc与输出信号ui的包络形状相同，频谱结构相同， 只是中心频率不同：
5
FP
第九章变频电路
高频电子线路
二、变频器的组成
变频器是由混频器和本机振荡器两部分组成。
混频器
①混频器是由输入回路、非线性器件和带通滤波器组成 ②非线性器件用于频率变换 常用的非线性器件
晶体三极管 二极管 场效应管 差分对管 模拟乘法器 ……
第九章 变频电路
主要内容
概述
晶体三极管混频
二极管混频器
模拟乘法器混频器
混频器的干扰与失真
3
FP
第九章变频电路
高频电子线路
第一节 概述
一、变频电路的功能
1、变频电路的功能是将已调波的载频变换成固定的中频 频率，而保持其调制规律不变。
时域表示法
频域表示法
4
FP
第九章变频电路
高频电子线路
2、混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络。
第九章 变频电路
哈尔滨工业大学
2009.12
第九章变频电路
高频电子线路
无线电发送与接收设备组成
话 筒 音频 放大器 调制器 变频器 激励放大 输出功 率放大
载波 振荡器 天线开关 扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
无线通信系统的基本组成
2
FP
第九章变频电路
高频电子线路
混频器的四种组态
19
FP
第九章变频电路
高频电子线路
(a) us为共射组态，输入阻抗 高，变频增益大。uL是基极注 入，输入电抗大，易于起振。 但两者相互影响大，可能产生 频率牵引。 （b）对uL相当于共基，起振 不易，但两者相互影响小。
us为共射组态(uL基极注入)
us为共射组态(uL射极注入)
（c）、（d）us为共基组态输 入阻抗小，变频增益小；但高 频特性好，上限频率高。
因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系数 影响大。 所以希望混频级的 Fn 越小越好。 3、失真与干扰 变频器的失真主要有 : 频率失真 非线性失真
4、选择性 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 形系数趋近于1。
g1
g (t ) cos
1
L
tdLt
1 1 g c g1 2 2
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g (t ) cos td t
L L
FP
第九章变频电路
高频电子线路
三、 晶体三极管混频器的等效电路
◆ 由于本振电压为大信号，对于输 入信号us为小信号来说可以等效为时 变参量的线性电路。 ◆ 输入回路调谐于ωs，输出回路调 谐于ωI，等效电路各参量可根据定义 和混合π等效电路求出。 变频电压增益 变频功率增益
15
FP
第九章变频电路
高频电子线路
3、通过带通滤波器取出中频
若中频频率取差频ωI=ωL-ωS，则混频后通过带通滤波器输出中频电流为：
iI U sm
g1 cos(L s )t 2
其振幅为I1m=g1Usm /2 。表明中频电流振幅与高频输入信号振幅Usm成正比。 若输入信号为调幅波，Usm(1+macosΩt)cosωst，则输出中频电流为：
三级管的集电极电流 ic 是在Vbb， uL和us的共同作用下产生的。 晶体三极管在 Vbb，uL和us的作用 下工作于非线性状态。 由于 us很小，可以认为晶体管的 工作点在Vbb+uL的作用下发生变化 在每一个工作点，对us来说都是工 作于线性状态，只不过不同的工作 点其线性参量不同。这种随时间变 化的参量称为时变参量。
高频电子线路
四、具体电路和工作状态的选择
1、晶体三极管混频器的四 种组态
根据输入信号us可构成共 射和共基两组态。而对本 振电压的注入可分从基极 注入和发射极注入两种组 态，因此有四种组态。
us为共射组态(uL基极注入)
us为共射组态(uL射极注入)
us为共基组态(uL射极注入)
us为共基组态(uL基极注入)
gc U Im Auc U sm g 0c g L
混频器等效电路
2
PI g c g L Apc PS g 0 c g L gic
2 gc 4 gic g0c
FP
当gL=goc时，输出回路匹配，变频功率增益最大。
Apc max
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第九章变频电路
uc
非线性 元件
uL
带通滤 波器
2Ωmax ω I= ω L- ω c
uc
乘法器
uL
带通滤 波器
uI
如果带通滤波器的中心频率为 I L c ,带宽 B 2 max 则经带通滤波器的输出为：
一个大信号和一个小信号同时作用 于非线性元件
FP
第九章变频电路
高频电子线路
二、 晶体三极管混频器的时变参量分析
1、混频器的时变参量表示式
因为： 正向传输特性
ube Vbb U Lm cos Lt U sm cosst
ic f (ube、uce )
因为uce对ic的影响远小于 ube对ic的影响，于是： ic
uc (t) uI (t)
uc (fc)
t
混频器 uL (fL)
uI (fI)
t
uc的频谱
uL (t) t
uI的频谱
fc+F fc fc+F
f uL的频谱 fc fL f
fI+F fI fI+F
f
有两个输入信号： 高频调制波 uc ( f c ) 本地振荡信号 uL ( f L )
一个中频输出信号： uI ( f I )
晶体三极管混频器的参数随着管子的工作状态变化而变化。工作状 态是由直流偏压和本振电压的幅值来决定。 选择晶体三极管混频器的原则：变频功率增益大和噪声系数小。
变频功率增益 Apc和噪声系数 NF与ULm和IEQ的关系的实验结果如图所示。 ULm在100mV左右，IEQ在0.3~0.7mA为宜。
E
I eQ
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第九章变频电路
高频电子线路
混频器
③输入信号us与本振信号 uL通过非线性器件后会产生很多新 的频率分量。其通过带通滤波器可选出其中之一，称其为中 频频率。若带通滤波器取 fI=fL+fs称高中频。若带通滤波器取 fI=fL-fs称低中频。
f L fc fI f L fc
1 iI g1U sm (1 ma cos t ) cos I t 2
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4、混频器的变频跨导gc
变频跨导是输出中频电流振幅IIm与输入高频信号振幅 Usm之比，即：
gc
I Im U sm
1 g1 2
在数值上变频跨导是时变跨导g(t)的基波分量的一半，可以通过 g(t)的 基波分量g1来求变频跨导：
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输出低中频 输出高中频
FP
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高频电子线路
三、 混频器的基本工作原理
混频器是频谱的线性搬移电路，实现所需的频谱线性搬移功能。 输入已调波：uc Uc cost cosc t 本振信号: uL U L cosLt 两信号的乘积项：
uI U cU L cost cos c t cos L t 1 U cU L cost cos( L c )t cos( L c )t 2
f Vbb uL (t ) Ic0 Ic1m cos Lt Ic 2m cos2Lt
f Vbb uL (t ) g (t ) g0 g1 cos Lt g2 cos 2Lt
式中，Ic0、Ic1m、Ic2m、g0、g1、g2分别为ube =Vbb +uL(t)时集电极电流中的 直流、基波、二次谐波分量的幅值及跨导的平均分量、基波和二次谐 波分量的幅值。
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第二节 晶体三极管混频器
一、晶体三极管混频器的工作原理
晶体三极管混频器的原理电路 Vbb为直流偏置电压，us为输入信号，uL为本振信号。集电极回 路调谐于中频ωI。
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第九章变频电路
高频电子线路
电路的输入条件是： us = Usm cosωst 为小信号
uL = ULm cosωLt 为大信号 ULm>> Usm
f (ube )
因为us的值很小，在us的变化范围内正向传输特性是线性的。所以， 可以将函数 ic=f (ube) 在时变偏压 Vbb + uL(t)上展开成泰勒级数，则
பைடு நூலகம்
1 ic f Vbb uL (t ) f Vbb uL (t ) us (t ) f Vbb u L (t ) u s2 (t ) 2
电路条件
平衡混频器原理电路
(1) 本振电压uL足够大，晶体二极管工作在受uL控制的开关状态。 (2) 输入回路的次级调谐于ωs；输出回路的初级调谐于ωI。相当于 两个带通滤波器。
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FP
第九章变频电路
高频电子线路
原理分析
1．开关工作状态下，流过二极管D1、D2的电流 u u I u u i1 gd k Lt uL s ; i2 gd k Lt uL s I 2 2 2．在无带通滤波的条件下，流过输出回路的电流为
f I f L fc
输入信号uc与输出信号ui的包络形状相同，频谱结构相同， 只是中心频率不同：
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FP
第九章变频电路
高频电子线路
二、变频器的组成
变频器是由混频器和本机振荡器两部分组成。
混频器
①混频器是由输入回路、非线性器件和带通滤波器组成 ②非线性器件用于频率变换 常用的非线性器件
晶体三极管 二极管 场效应管 差分对管 模拟乘法器 ……
第九章 变频电路
主要内容
概述
晶体三极管混频
二极管混频器
模拟乘法器混频器
混频器的干扰与失真
3
FP
第九章变频电路
高频电子线路
第一节 概述
一、变频电路的功能
1、变频电路的功能是将已调波的载频变换成固定的中频 频率，而保持其调制规律不变。
时域表示法
频域表示法
4
FP
第九章变频电路
高频电子线路
2、混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络。
第九章 变频电路
哈尔滨工业大学
2009.12
第九章变频电路
高频电子线路
无线电发送与接收设备组成
话 筒 音频 放大器 调制器 变频器 激励放大 输出功 率放大
载波 振荡器 天线开关 扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
无线通信系统的基本组成
2
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第九章变频电路
高频电子线路
混频器的四种组态
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第九章变频电路
高频电子线路
(a) us为共射组态，输入阻抗 高，变频增益大。uL是基极注 入，输入电抗大，易于起振。 但两者相互影响大，可能产生 频率牵引。 （b）对uL相当于共基，起振 不易，但两者相互影响小。
us为共射组态(uL基极注入)
us为共射组态(uL射极注入)
（c）、（d）us为共基组态输 入阻抗小，变频增益小；但高 频特性好，上限频率高。
因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系数 影响大。 所以希望混频级的 Fn 越小越好。 3、失真与干扰 变频器的失真主要有 : 频率失真 非线性失真
4、选择性 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 形系数趋近于1。
g1
g (t ) cos
1
L
tdLt
1 1 g c g1 2 2
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g (t ) cos td t
L L
FP
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高频电子线路
三、 晶体三极管混频器的等效电路
◆ 由于本振电压为大信号，对于输 入信号us为小信号来说可以等效为时 变参量的线性电路。 ◆ 输入回路调谐于ωs，输出回路调 谐于ωI，等效电路各参量可根据定义 和混合π等效电路求出。 变频电压增益 变频功率增益
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FP
第九章变频电路
高频电子线路
3、通过带通滤波器取出中频
若中频频率取差频ωI=ωL-ωS，则混频后通过带通滤波器输出中频电流为：
iI U sm
g1 cos(L s )t 2
其振幅为I1m=g1Usm /2 。表明中频电流振幅与高频输入信号振幅Usm成正比。 若输入信号为调幅波，Usm(1+macosΩt)cosωst，则输出中频电流为：
三级管的集电极电流 ic 是在Vbb， uL和us的共同作用下产生的。 晶体三极管在 Vbb，uL和us的作用 下工作于非线性状态。 由于 us很小，可以认为晶体管的 工作点在Vbb+uL的作用下发生变化 在每一个工作点，对us来说都是工 作于线性状态，只不过不同的工作 点其线性参量不同。这种随时间变 化的参量称为时变参量。
高频电子线路
四、具体电路和工作状态的选择
1、晶体三极管混频器的四 种组态
根据输入信号us可构成共 射和共基两组态。而对本 振电压的注入可分从基极 注入和发射极注入两种组 态，因此有四种组态。
us为共射组态(uL基极注入)
us为共射组态(uL射极注入)
us为共基组态(uL射极注入)
us为共基组态(uL基极注入)
gc U Im Auc U sm g 0c g L
混频器等效电路
2
PI g c g L Apc PS g 0 c g L gic
2 gc 4 gic g0c
FP
当gL=goc时，输出回路匹配，变频功率增益最大。
Apc max
18
第九章变频电路
uc
非线性 元件
uL
带通滤 波器
2Ωmax ω I= ω L- ω c
uc
乘法器
uL
带通滤 波器
uI
如果带通滤波器的中心频率为 I L c ,带宽 B 2 max 则经带通滤波器的输出为：