高频电子线路之频谱搬移.ppt

4.1 4.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型 4.24.2 振幅调制电路振幅调制电路 4.34.3 谐振检波电路解调谐振检波电路解调 4.44.4 同步检波电路同步检波电路 4.54.5 混频电路混频电路 第第4 4章章 频谱搬移频谱搬移 引言 一、非线性电子线路的三大功能： 功放、高频振荡（OSC）、频率变换 二、频率变换电路：调制、解调、混频和倍频 1.频谱搬移电路：振幅调制与解调，混频（AM、DM、 MIX） 2.频谱非线性变换电路：频率调制与解调 三、频率变换的基本问题 已知输入电压V，求通过非线性器件某个频率分量 的电流。 四、分析方法：解析法 v 4.1 频谱搬移电路的组成模型 一、定义：按要传递信息的变化规律改变高频振荡振幅 的过程。 二、类型： 按频谱分：AM（调幅）、DSB（双边带）、SSB（单边 带）、VSB（残留边带） 按输出功率高低分：高电平、低电平 三、调幅波的频谱 表达式： 波形图见书171页图412：要使波形不失真，则m0，二极管导通，Vi 对电容C充电;若VdVSm， VLmVTh大信号应用时，二极管D相 当于开关。对于响应电流i来说： 由VL单独激励时， +Vs-+Vl- 本振信号 开关工作原理 i gd gd*Vlm V gd g(t)导通 截 止 相当于工作在乙类状态 大信号时, 二极管工作在线性区 在VL激励的前提下，VS激励产生的电流 因为VLVS，我们认为g(t)与VS无关，仅由本振信 号决定，即加上VS后，g(t)没有变化，仍以VL的变化来 决定D导通还是截止。 所以 VL与VS同时作用时，电流： 2.二极管双平衡混频器： 电路图 VL正半周期，D2，D3导通： VL负半周期，D1，D4导通： D1 D4 D2 D3 + Vl _ + Vl _ 1*2:11:1*2 + Vs _ + Vs _ 二极管双平衡混频器 所以，流过RL上的总电流： K2(wLt)双向开关函数，将K2进行傅立叶分解： 最终得到了wL和wS这两个频率的乘积形式，其中 中频分量： 信源上流过的电流： 3.混频损耗 L恒大于1，L越大，混频损耗越大。 如果把电路图改画成书201页图4217的形式， 所以双平衡混频器又叫环形混频器。 4.5.3 混频器的干扰 混频电路中的非线性器件对于实现频谱搬移这一功 能是必不可少的部分。但是另一方面，其非线性特性不 但会产生许多无用的组合频率分量，给接收机带来干扰 ，而且会使中频分量的振幅受到干扰，这两类干扰统称 为混频干扰。它们都会使有用信号产生失真。由于以上 两个特点，混频电路的干扰来源比其它非线性电路要多 一些。分析这些干扰产生的具体原因，提出减小或避免 干扰的措施，是混频电路讨论中的一个关键问题。 混频电路的输入除了载频为fS的已调波信号Vs和频 率为fL的本振信号VL之外，还可能有从天线进来的外来 干扰信号。外来干扰信号包括其它发射机发出的已调波 信号和各种噪声。 假定有两个外来干扰信号Vn1和Vn2，设其频率分别 为fn1和fn2。则晶体管输出的所有组合频率分量为： f=|pfLqfsrfn1sfn2|，p、 q、 r、 s=0, 1, 2, 在这些组合频率分量中，只有p=q=1，r=s=0对应的 频率分量fI=fL-fs才是有用的中频，其余均是无用分量。 若其中某些无用组合频率分量刚好位于中频附近，能够 顺利通过混频器内中心频率为fI的带通滤波器，就可以 经中放、检波后对有用解调信号进行干扰，产生失真。 另外，由幂级数分析法可知，p、q、r、 s值越小所对应 的组合频率分量的振幅越大，相应的无用组合频率分量 产生的干扰就越大。 下面对混频干扰的几种不同形式和来源进行讨论， 最后给出了解决措施。 一、组合频率的干扰 先不考虑外来干扰的影响。混频器输出的电流中组 合频率为：fpq=|pfLqfs|，则此组合频率能产生干扰 例如，当fs=931 kHz，fL=1396 kHz，fI=465kHz时， 对应于p=1，q=2的组合频率分量为： |1396-2931|=466(kHz)=465(kHz)+1(kHz) 466kHz的无用频率分量在通过中放后，与中频为 465kHz的调幅信号一起进入检波器中的非线性器件， 会产生1kHz的差拍干扰，经扬声器输出后，类似于哨 声，故称这种干扰为干扰哨声。 分析产生的条件： 只有当 时，才有干扰产生。 清除（或减弱）干扰信号： 1.选取合理的混频电路及合适的工作状态，尽可能减小 组合频率分量。 2.合理选择中频，将最大干扰信号抑制到频带外面去， 只有接收机频带内信号，才可能产生干扰哨声。 只有p，q值较小时，干扰才明显。 二、寄生通道干扰 若外来干扰和本振产生的无用组合频率分量满足： |pfLrfn |=fI，p、 r=0、1、2、 则也会产生干扰作用。通常将这类组合频率干扰称为寄 生通道干扰，其中中频干扰和镜频干扰两种寄生通道干 扰由于对应的p、r值很小，故造成的影响很大，需要特 别引起重视。 1.产生干扰条件： ，一般只研究p、q较 小的情况。 2.中频干扰 当p=0且r=1时，fn=fI，即外来干扰频率与中频相同 。例如中频为465kHz，则同样频率的外来干扰即为中 频干扰的来源。 3.镜频干扰 当p=r=1时， fn=fL+fI。因为fS=fL-fI, 所以fn与fS在频 率轴上对称分列于fL的两旁, 互为镜像, 故称fn为镜像频 率(简称镜频) 例如fI=465 kHz，fS=1MHz，则镜频为1930kHz。若外 来干扰中含有1930kHz的镜频，就会产生镜频干扰。 4.抑制措施 对中频干扰：尽可能提高混频前各级选择性，减小三极 管变频特性中g0项。 对镜像干扰：提高混频前各级选择性，提高中频频率。 三、交叉调制干扰与互相调制干扰 1.交调干扰： 当混频器的输入端同时作用着有用信号VS和干扰信 号Vn时，混频器除了对某些特定频率的干扰形成寄生通 道干扰外，还会对任意频率的干扰信号产生交叉调制失 真。 这种失真是将干扰信号的包络交叉地转移到输出中 频信号上去的一种非线性失真，故将它称为交叉调制失 真，简称交调失真。 交调的产生与干扰台的频率无关，抑制措施： 提高混频前端高频放大电路选择性。 选用合适的器件和工作状态，使混频器高次方项尽 可能少。 2.互调干扰： 若两个外来干扰能够进入混频电路，并且和本振 共同产生的组合频率分量满足： |fLrfn1sfn2|=fI 则也会产生干扰作用，通常称为互相调制干扰(简称互 调干扰)。其中r=1，s=2和r=2，s=1 两个组合频率分量 影响最大，由于r+s=3，故称为三阶互调干扰。 例如若在接收fS=1.2MHz的调幅信号时，如果有两 个频率分别为600KHz和900KHz的外来干扰也能通过选 频网络进入混频电路，就会产生三阶互调干扰。 对于互调干扰，抑制措施同交调干扰一样。 本章小结： 1.三种调幅方式（普通调幅、双边带调幅和单边带调幅 ）对于相同调制信号产生的已调波信号的时域波形不一 样，频谱不一样，带宽不完全一样，调制与解调的实现 方式与难度不一样，适用的通信系统也不一样。 2.混频虽然与调幅、检波同属于线性频谱搬移过程，在 工作原理上基本相同，但在参数和电路设计上须认真考 虑混频干扰的影响，采取措施尽量避免或减小混频干扰 的产生及引起的失真。 3.从时域上看，两信号相乘是实现线性频谱搬移的最直 接方法，所以模拟乘法器是进行调幅、检波和混频的最 常用器件。具有相乘功能的双差分电路也是最常见的。 4. 二极管峰值包络检波器由于电路简单而被广泛采用。 但要注意，它只适用于普通调幅信号的检波，而且要正 确选择元器件的参数，以免产生惰性失真与底部切割失 真。 5.同步检波（乘积检波）需要一个与发射端载频同频同 相（或固定相位差）的同步信号。对于普通调幅、双边 带调幅和残留边带调幅，可以从接收已调波中直接提取 同步信号；而对于单边带调幅，则必须在发射端另外