混频器原理

若 UL Uc
+
uc -
u+-c
2C 2L
u+-c VD2
+ RL uI
_
则输出电压 :
+ uL -
uI RL gd S(t )uc (t )
+ uL - T3

RL
gd

1 2

2

cos L t

2
3
cos 3Lt

.
.
.U
c
(
t
)
cos

c
t
仿真
如果输出中频滤波器的中心频率为: I (L c ) B 2 max
显然当变频比一定时，并能找到对应的整数p, q时，就会形成自身组 合干扰。
例：调幅广播接收机的中频 fI 465Kz ，某电台发射频率 fc 931Kz
当接收该电台广播时，接收机的本振频率 fL fI fc 1396Kz
由于变频比
fc
fI

931 465
2
可推算出：当 p 1 ，q 2
，可得
2 fc fL 2 931 1396 466KHz
2.外干扰信号与本振的组合频率干扰（副波道干扰）
设串台干扰信号为 un( fn ) ，它与本振信号的组合频率为： pfL qfn
其中 p, q=0,1,2,3…. 。如果选频器所选择的正常中频信号为: fI fL fc 则可能形成的副波道干扰为： pfL qfn f I
cos t
cosI t
uI
UI cos tcosI t
ωc ωL- ωc
仿真
ωL ωL+ ωc
3. 振幅调制、检波与混频器的相互关系
(1) 调幅(DSB为例)
uΩ
乘法器
带通滤波器
uDSB
uo
2Ωmax
（2）检波
ωo
uDSB
乘法器
低通滤波器
uΩ
休息1休息2
仿真1
（3）混频 uDSB
= uc
谐振阻抗为RL ，则输出电压
uI (t )

4 π
gd RLUc (t ) cos(L
c )t

4

gd RLUc (t )cosI t

U I (t )cosI t
而环形混频器的输出是平衡混频器输出的2倍。且减少了输出
信号频谱中组合频率分量,即减少了混频器所特有的组合频率干扰。
其中2变. 晶频体跨导三：极管混频器
uc(f c)
uo( pfL qfc )
非线形元件
中频滤波器
uI(f I)
un(f n)
B
uL(f L) 如果设输入信号为 uc ( fc ) ,本振频率信号为 uL( fL )
fI
则通(3过)交非叉线调性制元干件扰的：信有号用u信o 号pufLc(fcq)fc 与，干其扰中信p号, qun (0f,n1),2
5.5 混频器原理及电路
一 混频概述 二 混频电路 三 混频器的干扰
返回
5.5 混频器原理及电路
返回 休息1休息2
5.5.1 混频器原理
1. 混频器的变频作用
混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络
uc (t)
uc (fc)
混频器 uI (fI) uI (t)
t
uc的频谱
fc+F fc fc+F
p正确选择中频1，尽量p减少阶p数较1低的干扰 q正( 确f I 选 择fc混) 频q器f的I 工q作f点c ，减q少组f I合频率分量 其所中以采 如有f用平c f合衡fI c称理电为的路qp变电，频路环p1比形形f。式电I ，路从，电乘f路法c 上器f I 抵。消qp一些p1组合频率，

输入端高频信号/ 噪声功率比 输出端中频信号/ 噪声功率比
Pn0
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
频率失真
变频器的失真主要有 : 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
cos t
cos ( L
c )t

1 2
g1U c
cos
t
cos I t
ICI cos t cos I t
双极型晶体三极管混频器基本电路的交流通道 : 共射极混频电路 ：本振信号由基极串联方式注入 本振信号由射极注入
共基极混频电路：
VT +-uc +-uL
(a) VT
+-uc +-uL
iC ico(t )
go g1 cosLt g2 cos 2Lt g3 cos 3Lt ... Uc cost cosct
如果输出回路的谐振频率为 I (L c ) ，而 B 2 max
选出的中频电流 iCI 为：
iCI

1 2
g1U c
分右量图，为其F幅E值T混正频比器于原Uc理(t电)为路:
设输k4入 已IUDG2S调SSU(of制fL) U信c (t号) ：uc= Uc(t)cosωct
ED
uI
CL
其通中过，漏Uc极(t)=LCU负cm载(1+回m路ac选osΩ频t后) ，输出的中
通频uL频本I电C带振回压k4B电路为R=L压2调:cΩou谐s，L(=在回UL 中L路co频的cs)ωωt谐IL=振tIUωD阻G2SLSS-U(抗oωffL)c为或RLRωULIc=。(tω)cco-sωLI， uc
可gc 构利U成ICC用I晶第体输 输4管入 出 章混高 中所频频 频述器电 电的。压 流时振 振变幅 幅跨导12电g1路， 由中u如I于频果时输12Ug变出L1R偏电LU置U压cc(电则ut)I为压c集os电：UB极I(tt)电UE流IB(为t )ucLo(ts)It
+ u-c + uL -
变频iC (混ic频o(t)增) 益g(Atu)u为c (：t )
VT
UB(t) EB
ic
C L
EC
其u中cAgu(t) 为UUUcI时c((ttc))变os跨12 t导g1R，cLo受s ucLt(t) UL cos Lt 的控制,而输入信为:
利用付里叶级数可将展开成 :
g(t ) go g1 cos Lt g2 cos 2Lt g3 cos 3Lt ...
iD
uGS
Rg
uL
Rs
栅—源间的电压uGS为： uGS=UGSQ+uc-uL= UGSQ+Uc(t)cos ωct -ULcos ωLt
转移特性为平方律关系，即 ：
iD

IDSS (1
uGS UGS(off )
)2
式中，UGS（off）为FET管的夹断电压，IDSS为漏极饱和电流 。
4. 模拟乘法器混频电路

c
)t

cos ( L

c
)t
如果带通滤波器的中心频率为
uL 乘法器
uL
2Ωmax
ωI= ωL- ωc 带通滤 uI 波器
返回
I L c ,带宽 B 2max uc
则经带通滤波器的输出为：
uI

1 2
U
cU
L
cos
t
cos
(
L
c )t
uL

1 2 UcU L
ωc
uo 乘法器
uL
ωL
Ωmax
带通滤波器
uI
2 Ωmax ωI=ωL-ωC
仿真2 仿真3
ωI=ωL-ωc 返回
5.5.2 混频器主要性能指标
(1)变频增益： 变频电压增益:
Au

输出中频电压振幅 输入高频电压振幅

UI Us
(2)噪声系数:
变频功率增益
:
GP

PI Pc
Pc Fn PI Pni
而这些组合频率的混信频号产中生只的要干和扰中。频频率 fI fL fc 相同或接近，
都会(和4)互有调用干信扰号：一指起两被个选或出多，个并信送号到同后时级作中用放在，混经频放器大后解调输出而引 起串音，啸叫和各输种入干端扰，，经从混而频影产响生有的用组信合号分的量正而常形工成作的。干扰。
一般(5混)阻频塞器干存扰在下列干扰：
的频谱线性搬移功能。 混频器的一般结构框图
非线形
uc
元件
带通滤 波器
设输入已调波信号：uc Uc cos tcos ct
本振信号: uL U L cos ct 那么两信号的乘积项为：
uI UcU L cos tcos ct cos Lt
uc

1 2
UcU L
cos
t cos ( L
f
有两个输入信ห้องสมุดไป่ตู้：
uL (fL)
uL (t)
uL的频谱
t
t
uI的频谱
fI+F fI fI+F
f
高频调制波 uc ( fc ) 本地振荡信号 uL( fL )
fc
fL f
一个中频输出信号：uI ( fI )
两个输入信号与输出信号之间的关系：输入信号us 与输出信号uI
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
UI (t )cosI
仿真
混频增益Au为 :
Au

UI (t) Uc (t )

nRPUL Iox Rx Ry
休息 1 休息 2
三 混频器的干扰
由于混频器是依靠非线性元件来实现变频，而通过非线性元件 的信号将含有许多频率成份 pfL qfc , (p , q=0,1, 2,3,….)
注意如点果: 中频 fI fL fc ，则除 fL fc 的中频被选出外，还
有((21可))自减能身少fc选组这出合种qp其干干f它L扰扰的与的q1组外方f合I来法频干：率扰：无即关，q不pffcL能靠pqff提Lc 高ff前II 级电pfL路的qf选c 择性fI来抑制。
频率：其中 fI fL fc
fI


f
L
fL

fc fc
输出低中频 输出高中频
是获2由可混.得见混频两c输器频变个出是化器输中频成入的频谱信信基的号L号线本的u性工乘cI的搬积作包移项I原络电，形理路具状，：有没完这有成个变频乘化谱积，线项只性，是搬就填移可充功以频能实率的现关所休息键需1休息2
由1于.信组合号频与率本与振中信频号差 的1K自Hz身，经组检合波干后扰可（产生干1扰KH哨z的声哨）声. （三阶干扰）.
另外设，输当入p高=3频, q信=5号时的，载可频得为：u5c(fcf)c， 3本fL振信46号7KuHLz( fL ),，也则可以通过中频
通经道过而混形频成器干后扰产。生（的8阶频干率扰为）。pfL qfc ，其中 p,q=0,1,2,…
BG314构成的混频电路 ，如果本振电压uL、高频信号电压uc分 别从4、9脚输入，BG314的输出端2、14脚间接LC谐振回路。
设输入已调高频信号:
uc= Uc(t)cos ωct 本振电压:uL=ULcos ωLt LC回路的谐振频率ωI= ωL-ωc， 其带宽B≥2Ω，回路谐振阻抗 为RP,，变压比为n=N2／N1， 输出中频信号电压uI为:
+15V
8.2 kΩ 8.2 kΩ
EC=15V
10kΩ
2kΩ
uL 4
Rwx 8
Rwy
uc 9
5 6 10 11
3.3 kΩ
1
BG314 2
(MC1595)
C
N1 N2
uI
L
2kΩ 10kΩ
-15V
12
3
10kΩ
6.8 kΩ
14 13 7
13kΩ
-EE=-15V
uI

nRPUL Iox Rx Ry
Uc (t )cosI
(c)
CL C
L
VT
+-uc u+-L (b) VT
C L
+-uc u+-L (d)
C L
恒流区内3的F漏ET极混电频流电为路:
B态却式Ji范在DT中(F混t围短)，E频也波TkI混1器D较、k、S3频少大 超[kU2k器得、。 短c21[(的Ut多k因 波)c32c转、，(o此 接ts)移k故2， 收4为U特其c尽机tL2常性互]管中U数是调k获FL22E。平c[失得UoTs可方c真混了2(t见律低)频广Lct，o，。]器泛si输FD的k应c(Et4出t[变用)Tc中oU电混频。sL含(流频c增Lo有中器s益差的容L比ct频)]组许tB(J合ω的cToc频-输混sω(率入频LL)分电信器 量流号低c )比动t，]
(1(6)干)倒扰易哨混声频：接收的射频信号uc ( fc ) 与本振信号 uL( fL )
的自身组合干扰，即
pfL
qfc
fI

1 B
2
(2)副波道干扰：外来干扰信号 un( fn ) 与本振信号 uL( fL )
的组合频率产生的干扰
pfL
qfn
fI

1B 2
性，矩形系数趋近于1。
5.5.3 实用混频电路 1. 二极管混频器
高质量通信设备中以及工作频率较高时，常使用
优点：噪声低，电路简单，组合分量少。
休息 1 休息 2
平衡型混频器 环形混频器
例1.二极管平衡混频器
T1
VD1
T2
设输入信号 uc (t ) Uc (t ) cos ct
本振信号 :uL(t ) U L cos Lt