混频器原理及电路20页PPT

2. 现象：
听到的声音：哨叫——干扰哨声
干扰的原因：组合频率干扰
qfs pfL = fI
pfL qfs = fI
pfL + qfs ：恒大于fL
pfL qfs ：无意义 -
25
3. 抑制方法：
组合频率分量电流振幅随 (p + q) 的增加而迅速减小，因 而，只有对应于 p 和 q 为较小值的输入有用信号才会产生明 显的干扰哨声，将产生最强干扰哨声的信号频率移到接收频 段之外，就可大大减小干扰哨声的有害影响。
变频器：
混频器：
优点：电路简单，节省元 件。
缺点：本振信号频率易受 输入信号频率的牵引，电 路工作状态无法使振荡和 混频都处于最佳情况，一 般工作频率不高。
-
优点：由于本振和混频由 不同器件完成，从而便于 同时使振荡和混频都处于 最佳状态，且本振信号频 率不易受牵引。
缺点：元件多，电路较复 杂。
5
为什么要变频？
此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、电调衰减 器、调制器等。
8
5
9
6
3
1
4
2
(a)
(b)
封装环形混频器- 的外形与电路
21
6.5 混频干扰
混频必须采用非线性器件，在产生所需频率 之外，还有大量的不需要的组合频率分量，一 旦这些组合频率分量的频率接近于中频有用信 号，就会通过中频放大器，经解调后，在输出 级产生串音、哨叫和各种干扰。
优点： 1、动态范围较大
2、组合频率干扰少
3、噪声较小
4、不存在本地辐射
5、电路结构简单
缺点： 无变频增益 -
16
6.4 二极管混频器
一、二极管平衡混频器

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gc 构 利U成ICCI用晶第体输 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u则t)I为压c集os电：UB极I(tt)电UE流IB(为t )ucLo(ts)It
+ u-c + uL -
VT
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
频率：其中 fI fL fc
fI
f
L
fL
cos
t
cos I t
ICI cos t cos I t
第6页/共18页
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
(c)
CL C
L
VT
+-uc u+-L (b) VT

晶体管混频器
- 工作原理：晶体管的放大特性和非线性特性用于混频。 - 激励信号源：使用激励信号源实现混频器的工作。
无源混频器电路应用
- 无源混频器电路的应用：用于将不同频率的信号混合。 - 电子通信设备中的应用：无源混频器在收发信机、无线电和雷达系统中广泛 应频率的信号进行混合。 - 无源混频器电路的特点：由被动元件组成，无放大元件。 - 适用范围与未来发展趋势：在电子通信领域具有广阔的应用前景。
《无源混频器电路》PPT 课件
探索无源混频器电路的原理、分类和应用。了解信号混频原理、器件工作原 理和电子通信设备中的应用。
什么是无源混频器电路
无源混频器电路是将不同频率的信号进行混合的电路。它由多个被动元件组成，没有放大元件。
定义
无源混频器电路将不同频率的信号进行混合，无放大元件。
结构
它由多个被动元件组成，如电容器、电感器和变压器。
无源混频器电路原理
- 信号混频原理：不同频率信号相加形成混频信号。 - 信号混频特征：混频信号包含原始信号频率的组合。
无源混频器电路分类
- 无源混频器的分类：管子混频器、二极管混频器、晶体管混频器。 - 管子混频器：系统分类和原理图。
二极管混频器
- 器件工作原理：利用二极管的非线性特性实现混频。 - 调制分析与实验结果：探索二极管混频器的调制原理和实验结果。

例：
两个（或多个）干扰信号，同时加到混频器输入端，由于混频器的非线性作用，干扰信号与本振信号相互混频，产生的组合频率分量若接近于中频，它就能须利地通过中频放大器，经检波器检波后产生干扰。把这种与两个（或多个）干扰信号有关的干扰，称为互调干扰。
抑制互调干扰措施同交调干扰。
作业：P219 5.29
一、输入信号与本振信号产生的组合频率干扰
P、q 为任意正整数
例如对中波广播：
则在接收机输出端产生1kHz的哨叫声
一、输入信号与本振信号产生的组合频率干扰
P、q 为任意正整数
由于 UIm>> UNm
j » 0
当 Urm>> Usm时
j » 0
一、输入信号与本振信号产生的组合频率干扰
P、q 为任意正整数
当转动接收机调谐旋钮时，哨声音调也跟随变化， 这是哨声干扰区分其他干扰的标志。
理论上，产生干扰的哨声的信号频率有无限个，但 实际上只有p、q较小时，才会产生明显的干扰哨声；又 接收机的接收频段是有限的，所以产生干扰哨声的组合 频率并不多。对于具有理想相乘特性的混频器，则不可 能产生哨叫干扰，所以，实用上应尽量采用理想相乘器。
输入信号本身引起
二、干扰信号与本振信号产生的组合频率干扰
将把有用信号与本振信号变换为中频的通道，称为主通道， 而把同时存在的其余变换通道称为寄生通道。
外来干扰与本振电压产生的组合频率干扰称为寄生通道干扰。
只有对应于P、q值较小的干扰信号，才会形成较强的寄生通道干扰，其中最强寄生通道干扰为中频干扰和镜像干扰。
交调干扰与干扰台频率无关，任何频率较强的干扰信号加到混频器输入端，都可能形成交调干扰。
抑制交调干扰措施：
提高混频前端电路的选择性，尽量减小干扰的幅度，是抑制交叉调制干扰的有效措施。 选用合适的器件和合适的工作状态，使混频器的非线性高次方项尽可能减小。 采用抗干扰能力较强的平衡混频器和模拟相乘器混频电路。

(3) 混频跨导 gc
在混频中，由于输入是高频信 号，而输出是中频信号，二者频 率相差较远，所以输出中频信号 通常不会在输入端造成反馈，电 容Cbc的作用可忽略。另外，gce一 般远小于负载电导GL，其作用也 可以忽略。由此可得到晶体管混 频器的转移等效电路如图所示
bb
b
C
+
+
vs
vbe gbe
Cbe
所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：
1. 晶体三极管混频器 它有一定的混频增益
2. 场效应管混频器 它交调、互调干扰少
3. 二极管平衡混频器和环形混频器 它们具有动态范围大 组合频率干扰少的优点
2)乘积型混频器
乘积型混频器由模拟乘法器 和带通滤波器组成 其实现模型如图所示 设输入信号为普通调幅波
函数表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法 来分析非线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定 量分析。
i = a0+a1v+a2v2+a3v3+……
2.变跨导分析法 在混频时，混频管可看着一个参数(跨导)在改变的线
性元件，即变跨导线件元件。
时变电导
变跨导分析法
v0 vs
由于信号电压Vsm很小，无论 它工作在特性曲线的哪个区域，都 可以认为特性曲线是线性的(如图上 ab、ab和ab三段的斜率是不同 的)。因此，在晶体管混频器的分析 中，我们将晶体管视为一个跨导随 本振信号变化的线性参变元件。
按器件分： 二极管混频器、 三极管混频器、 三极管变频器、 模拟乘法器混频器、 场效应管混频器、 场效应管变频器
按工作特点分： 单管混频、 平衡混频、 环型混频
从两个输入信号在时域上的处理过程看： 叠加型混频器、 乘积型混频器

3
LO-RF隔离度
LO-RF隔离度是指本振信号和射频信号
本振抑制度
4
之间的隔离程度。
本振抑制度是指混频器抑制本振信号的
能力。
5
拍频抑制度
拍频抑制度是指混频器抑制拍频信号的 能力。
第五章：混频器实验
实验装置
混频器实验通常需要使用特定的 实验装置和信号发生器。
操作步骤
混频器实验需要按照一定的步骤 进行，确保实验结果的准确性。
2 双晶体混频器电路设
计
双晶体混频器电路通常具 有更高的转换增益和更好 的本振抑制效果。
3 集成混频器电路设计
集成混频器电路具有体积 小、功耗低和可靠性高的 特点。
第四章：混频器性能指标
1
转换增益
转换增益是指混频器输入信号和输出信
端口匹配
2
号之间的功率差异。
端口匹配是指混频器输入和输出端口的频器实验结果进行分析，验 证混频器的性能指标。
第六章：混频器应用案例
航天器通信系统
混频器在航天器通信系统中 起到信号处理和频率变换的 关键作用。
葡萄酒品质检测
混频器可以用于葡萄酒品质 检测中的频率选择和信号处 理。
新能源电车智能充电系 统
混频器在新能源电车智能充 电系统中用于频率变换和充 电控制。
第二章：混频器的工作原理
简介
混频器将两个不同频率的信号进 行混合，产生新的频率差信号。
基本原理
混频器利用非线性元件的特性， 将输入信号进行非线性变换。
本振抑制
混频器通过抑制本振信号，避免 对输入信号的干扰。
第三章：混频器电路设计
1 单晶体混频器电路设
计
设计单晶体混频器电路时 需要考虑元件特性和稳定 性。

选择适宜的任务点和本振幅度，可以使得场效应管得到 最大的变频跨导，但又不会产生过大的失真
2021/7/25
.
18
减少输出中无用分量的方法
混频器中只需n=2的交叉乘积项中含有的和频或差频分量是 需求的，其他一切组合频率分量都是无用输出。为了阻止无用 输出，实践的混频器在以下几方面采取措施： 在输出端用滤波器取出需求的频率成分，抑制无用输出 在电路构造上采取一定的抵消、补偿等手段消除无用输出 改动非线性器件任务形状
第6章 混频器
.
频谱变换
调制：将音讯信号调制到载波上
调制
fC
解调
信息信号的频谱
f 已调信号的频谱
变频：将已调信号改动到另一个载频。根据改动前后的频率 高低，分成上变频和下变频
2021/7/25
上变频 下变频
.
f
2
变频的作用
改动载波的频率〔上变频、下变频〕，到达某个需 求的频率。
经过变频，可以实现对不同频率的输入信号以同一 个频率进展放大，从而满足对于增益、带宽、矩形 系数等一系列目的
iC (t) gm (t) vRF gm (t) VRF cosRFt
其中
gm (t)
io vi
io iQ (t )
称为时变跨导
2021/7/25
.
22
将时变跨导展开：
gm (t) g0 g1 cosLOt g2 cos 2LOt ...
其中：
gn
211ggm m(t()tc)dos((nLt)Lt)d (Lt)
(1
vgs VGS (off
)
)2
I DSS
(1
VGSQ
VL
cos Lt
VGS (off

当射频信号经过线性参变元件时，产生各种组合频 率分量，经LC选频网络选出中频，实现变频。
双极型晶体三极管混频器根本电路的交流通道 :
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.
VT
+- uc +- uL
(a)
CL
共基极混频电路：
VT
+-uc uL+(b)
C L
VT +- uc +- uL
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
uDSB 带通滤波器
uc
〔2〕检波
uDSB
乘法器 uc
〔3〕混频 uDSB
= uc
乘法器
2Ωma x
ωo
低通滤波器
uΩ
Ωmax
带通滤波器
uI
uL ωc
2 Ωmax
ωI=ωL-
ωL
ωC
ωI=ωL-ωc
混频器主要性能目的
1.混频增益
vR F
非线性 器件
带通滤 波器
vIF
vL
本机O振 荡器
混频器的普通构造框图
2 混频器任务原理 混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口网络。
uc (t)
uc
t
混频器 uI uL
uc的频谱
uL (t)
t
Fc-F fc fc+F
f uL的频谱
uI (t) t
uI的频谱
fI-F fI fI+F
f
有两个输入信号：
第六章小结
• 调角信号的根本概念，包括定义、表达式、频谱 构造、有效带宽及功率等参数。

V1 VHale Waihona Puke 和 jVRF 2
V 2 V2
VRF 2
平衡混频器
经过混合网络的端口2和端口3后，在RF和LO端口输出为
V
RF
VLO
V 2 1 1 VRF VRF 0 2 2 2 2 V2 V1 1 1 j jVRF jVRF jV 2 2 2 2
第一项是直流偏置，用隔直电容与IF输出断开，第二项是RF和LO输 入信号的复制，可有低通IF滤波器滤除，余下的第三项可用三角恒 等式改写为：
i (t )
' Gd [VRF cos RFt VLO cos LO t ]2 2 ' Gd 2 2 [VRF cos 2 RFt 2VRF VLO cos RFt cos LO t VLO cos 2 LO t ] 2 G' 2 2 d [VRF (1 cos 2RFt ) VLO (1 cos 2LO t ) 2VRF VLO cos(RF LO )t 2VRF VLO cos(RF LO )t ] 4
以上结果包含了几个新的信号分量，这些产物中只有IF是需要的
单端二极管混频器
怎样才能将IF信号取出呢 两个直流项用隔直电容阻断，而 用低通滤波器可以阻断
2RF、 2RF和RF LO
平衡混频器
平衡混频器可以使RF输入匹配和RF-LO的隔离得到改善。平衡混频器用两个 单端口混频器组合在一起
平衡混频器
设RF和LO电压为
vRF (t)=VRF cos RFt
和
vLO (t)=VLO cos LO t
加到两个二极管上的总RF和LO电压可表示为
v1 (t )
1 [VRF cos(RFt 90) VLO cos(LO t 180)] 2

未来混频器将向高性能和多功能方向发展，以满足通信、雷达、 电子战等领域的需求。
新材料与新工艺
随着新材料和工艺的发展，未来混频器将采用更先进的材料和工艺， 以提高性能和降低成本。
智能化与自动化
未来混频器将向智能化和自动化方向发展，能够自适应地完成信号 处理任务，提高系统的自动化水平。
THANKS
感谢观看
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
频率特性
01
02
03
频率范围
混频器能够处理的信号频 率范围，通常由电路元件 的物理特性决定。
频率响应
混频器对不同频率信号的 处理能力，通常用增益和 相位响应来表示。
频率稳定性
混频器在长时间内保持其 性能参数不变的能力，特 别是在温度和环境变化时。
按电路形式
可以分为单端式和平衡式混频器。单端式混频器只有一个信号输入端，而平衡式 混频器则有两个信号输入端，可以减小本振信号的泄露和干扰。
混频器的基本原理
工作过程
输入信号和本振信号分别加在混频器的非线性元件上，通过非线性效应产生新 的频率分量，经过滤波器选频后得到所需的输出信号。
主要参数
混频器的性能主要取决于其工作频率、噪声系数、动态范围、失真系数等参数。
场效应管混频器
场效应管混频器由两个场效应管组成，一个作为输入管， 一个作为输出管。输入信号通过输入管进入，经过混频器 内部电路的调制，产生一个输出信号。输出信号的频率与 输入信号的频率不同，实现了混频功能。
场效应管混频器的优点是线性范围宽、噪声低、动态范围 大。缺点是电路复杂、调试困难，适用于高频信号的处理 。
ERA
定义与作用
定义
混频器是一种将两个不同频率的信号 进行混合，产生第三个频率信号的电 子器件。

• 重要的模块用于放 大、混频和相应的 立体声解码软件。
总结与展望
本课程介绍了混频器的定义、单平衡混频器的作用和工作原理、电路结构、优缺点和实际应用。 期望能对大家有所帮助，感谢您的观看。
单平衡混频器实际应用
通信系统
• 单平衡混频器经常 用于平面射频电路 和通信系统中。
• 在多路收发信号开 始时，用于混频和 转频。
雷达系统
• 在雷达系统中，单 平衡混频器用于解 调和接收雷达信号。
• 使雷达系统的分辨 率更高，检测到具 有更高分辨率的目 标。
无线电制造
• 单平衡混频器也被 广泛用于生产无线 电和电视设备中。
接口
混频器通常具有多种输入和 输出接口，如XLR、1/4英寸 插口、RCA插孔等。
单平衡混频器的作用
混合信号
单平衡混频器可用于混 合两个频率不同的信号， 因此在电视和广播等领 域有着广泛的应用。
减少噪音
单平衡混频器可以通过 减少无用信号和噪音的 干扰，提高接收端电路 的信噪比。
放大信号
单平衡混频器还可以用 来放大和提高某些信号 的强度。
混频器的工作原理
1
三介质理论
混频器的工作基于三介质理论，包含本地振荡信号、输入信号和差分信号三个介 质。
2
非Байду номын сангаас性元件
通过使用非线性元件，如二极管或晶体管，混频器将输入信号增强和频移。
3
混频
最后一个阶段是混频，将本地振荡信号和处理后的输入信号合并，形成差分输出 信号。
单平衡混频器电路结构
平衡输入
单平衡混频器具有平衡输入 结构，通过两路相同的信号 同时输入，减少了噪声和歪 曲。
混频器单平衡混频器教学 课件PPT