东华大学高频电子电路通信电子电路7-6

§7.5混频电路

本节我们将讨论下述几个问题

1.进行变频的原因，混频器的作用。

2.变频器的基本原理及数学分析。

3.晶体三极管变频电路的基本原理。

4.变频器的主要性能指标。

5.变频干扰。

§7.5.1 概述

定义：混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。

地位：超外差接收机的重要组成部分

（下变频）；

发射机的重要组成部分（上变频）。接收机中混频器的作用：将天线上感应的输入高频信号变换为固定的中频信号；

发射机中混频器的作用：将中频信号变

换为射频信号。

重要性：靠近天线，直接影响接收机的性能。

种类：

一般接收机中：三极管混频器。

②高质量通信接收机：二极管环形混

频器、双差分对平衡调制器混频器。

1. 混频器与变频器的差别

混频器和变频器的功能是一致的，都是

频率变换电路，是频谱线性搬移过程。其差别在于：混频电路中，本振信号由外部提供；

变频电路中，本振信号由电路自身产生。

变频器＝混频器+本机振荡器

↓↓

四端口网络六端口网络

因为二者功能相同，因此很多参考书不加区别。但严格意义上是有差别的。为什么要进行变频？

(1) 要实现宽带，有一定增益的高频放

大器非常困难，且要在频率很宽的范围内实现良好的选频特性也很困难。

例如，调幅收音机频率范围535～1605K，调频收音机的频率范围88－108MHz

要在整个频带内兼顾增益和选择性很

困难。相比之下，固定频率的中频放大器的增益和选择性都可以做得很好。(2) 在超外差接收机中，采用变频器，将接收到的射频信号变为固定的中频，在中频上放大信号，放大器的增益可以做得很高，选频特性可做得很好，且电

路结构简单。经中频放大后，输入到检波器的信号可达到伏特数量级。

混频达到的目的：将宽带的射频信号⇒固定的中频信号

⇒有利于兼顾选频和增益⇒提高接收机的灵敏度，也就是提高接收微弱信号

的能力。

知识点（了解）：

调幅收音机频率范围535～1605K，中频465KHz；

调频收音机的频率范围88－108MHz，中频为10.7MHz。

电视接收机也可采用超外差式方案，电视接收机视频信号中频为38MHz。音频信号的中频为6.5MHz。

微波接收机和卫星接收机的中频信号为70MHz或140MHz。

2.混频器的组成及变频作用

,)(),)(),I S L I L S I S L

I S I L S I S f f f i f f f f f f f f down converter ii f f f f f up converter =-=-<-=+>-及的关系

混频器取出二个输入信号的差频，即（高本振）或（低本振）这时，称为下变频用于接收机；

混频器取出二个输入信号的和频，即，;

这时，称为上变频用于发射机。变频（混频）的作用：改变输入信号的载波频率，保持调制规律不变。

下面给出调制信号为单频信号时混频

器功能示意图

)(t u S )(t u L

)(t u I

调制信号为音频信号时混频器功能示意图

结论：混频实现频谱的线性搬移，即频

谱结构不变，从载频附近搬移到中频附近。信号各频谱分量的相对位置（频率间隔）相对幅度（幅度的比例关系）不变。

3. 变频基本原理的数学分析－幂函数 如果在非线性器件上同时加上二个高

频信号)()(t u t u S L 和，只要使变频器工作于变频管输入特性曲线的弯曲部分，就会在其输出电流中产生新的频率成分。

非线性器件的电流可用幂级数来表示 2012()()(641)()()cos cos S L Sm S Lm L i a a u a u u u t u t V t V t ωω=+∆+∆+--∆+

+其中，＝＝

2

012222012222(641)[()()][()()](cos cos )()2

(cos 2cos 2)2

[cos()cos()]

S L S L Sm S Lm L Sm Lm Sm S Lm L Sm Lm S L S L i a a u t u t a u t u t a a a V t V t V V a V t V t a V V t t ωωωωωωωω--=++++=+++++++++-取的前三项 根据以上分析，由于非线性器件中伏安

特性的平方项，在)(),(t u t u L S 的共同作用

下，产生了新的频率成分：

差频分量)(L S ωω-；和频成分)(L S ωω+；

谐波成分L S ωω22， 若选择差频)(L S ωω-，则称为下变频 若选择和频)(L S ωω+，则称为上变频

注意：混频器后面一定要跟滤波器。

4.变频器的主要性能指标

衡量混频器性能优劣的主要指标有：变频增益，噪声系数，动态范围，失真干扰等。

1）变频增益（或变频损耗）

表征混频器将输入高频信号转换为输出中频信号的能力。

定义：混频器输出中频电压幅值Im V 与

输入信号电压幅值Sm V 的比值

Sm V V V A Im （6-4-2）

变频增益常以分贝表示。

用功率表示 )(lg 10dB P P G S I p =

以电压表示

Im c 20lg Sm V A V =（dB ） S I P P ,分别是输出的中频功率和输入高