高频第6章混频器原理与组合频率干扰ppt课件.ppt

无线电信号的发射 1 无线电信号的接收 2 6 4混频 一 混频电路的组成 由混频器和本地振荡器两部分组成 是一种差频器件 把接收到的高频信号经过变为一个固定的中频fI 并保持原高频信号的特性 如调幅规律 不变 一般地 例如 AM调幅收音机中 变频就是将载波频率为535 1605KHz的高频已调信号变成中频为465KHz的已调幅信号 已调幅波 本地振荡 3 混频后得到固定的中频 可降低接收机的成本 理由 一个接收机 需能接收多个不同载频 不同距离的无线电信号 它必须做成多波段接收机 每个波段覆盖一个小的频率范围 所以 接收机覆盖的频谱范围应该很宽 在宽的频带内 放大器很难做到增益的平坦性 若将不同频道的信号变频到一个固定的频点 中频 上 增益好控制 接收机在接收不同频率的信号时 可使用相同的器件 降低成本 中频处理技术相当成熟 有利于电路的标准化 适应大规模生产 注 调幅收音机中频 465KHZ调频收音机中频 10 7MHZ电视机第一伴音中频 31 5MHZ第二伴音中频 6 5MHZ图像中频 38MHZ 中频的使用 可使不同波段内的微弱信号得到足够的增益 并提高对有用信号的选择性 4 二 混频电路的工作原理 任何含有平方项特性的非线性器件 都可以完成变频作用 为简单 设输入到混频器的两个信号都是正弦波 且混频器的伏安特性为 将 代入上式 则有 经中心频率为 的带通滤波器后 就能取出中频成分 电流i与已调波电压u的调制规律是完全相同的 不同的只是载波频率 从而完成了变频作用 5 三 混频器的主要技术指标 P207 混频增益 包括电压增益和功率增益 电压增益 输出中频电压振幅UI与输入高频电压振幅Us之比 功率增益 输出中频信号功率PI与输入高频信号功率PS之比 6 选择性 接收有用信号 排除干扰信号的能力 主要是指 在满足通频带要求的前提下 排除邻近信道干扰的能力 取决于中频滤波网络的选频特性 噪声系数 混频器位处接收机前端电路 其噪声系数对整机的噪声系数影响极大 因此 要尽量降低混频器的噪声系数 措施 使用低噪声器件 采用模拟乘法器或具有平方律特性的非线性器件 失真 代表混频器非线性的伏安特性的幂级数项数越高 干扰就越多 非线性失真就越严重 可采用平方律器件或模拟乘法器 7 四 混频 振幅调制 解调的相互关系 都是三端口网络 两个输入端 一个输出端 使用同样的电子器件 高电平调幅与包络检波除外 同属频谱的线性搬移电路 但并不改变已调波的频谱结构 只是改变了中心频率 注意 变频前后 上 下边频的位置交换了 但由于频谱搬移的位置不同 其功能也就完全不同 8 9 6 4混频器中的干扰 混频器是接收机的各级电路中产生干扰最多的一级 输入混频器的信号有 有用信号fs 载波频率为fC 本振信号fL 干扰信号fn 这些信号中 两两之间 或三者之间组合 会产生各种干扰信号 这些干扰相当严重 必须克服它们 10 一 组合频率干扰 仅与本身电台有关 现象 有用信号与自身本振的组合频率接近中频 该频率与中频差拍检波 形成音频 产生干扰哨声 注意 该干扰只与本身电台有关 是自己对自己造成的干扰 1 有用信号与本振的组合频率 设有用信号频率为 对应载波频率为fc 本振频率为 则其组合频率可表示为 2 造成干扰的条件 称为二阶组合频率干扰 称为三阶组合频率干扰 类推 11 即 当有用信号的频率接近中频的整数倍时 可产生干扰哨声 在设计发射电台时 要防止使用满足该式的有用信号频率 式包括四种情况 所以只两种情况成立 又 将此式代入上两式 有 12 例1 设 3 抑制措施 将接收机的中频选在接收机频段外 如 中频段广播收音机的接收频率为550 1605KHz 而中频为465KHz 并进入检波器 差拍检波后 产生2KHz干扰哨声 组合频率 进入中放进行放大 显然 可推得 为了防止有用信号与中频的n次谐波产生20 20KHz的干扰哨声 在n次谐波的附近 有用信号的频率应满足 和 因为2 465 930KHz 930KHz 所以会产生组合频率干扰 其本振频率fL 932 465 1397KHz 根据造成本振频率干扰的条件 当p 1 q 2时 13 二 组合副波道干扰 与两个电台有关 数学表达式为 可分解成四个方程 但仅两个有效 现象 干扰信号与有用信号本振频率的组合频率接近中频 该频率与中频差拍检波 形成音频 产生干扰哨声 两个有效方程为 根据 当两个电台的组合频率接近中频的整数倍时 会产生组合副波道干扰 如 两个电台 两载波分别为fC 550KHz fn 1566KHz 由于1566 2 550 465 1 所以两电台之间存在副波道干扰 其包含两种特殊情况 14 1 中频干扰 例如 为避免中频干扰 需使得中频落在接收波段之外 如中波调幅收音机的波段为535 1605KHz 而固定中频 调频接收机波段为88 108MHz 而 当 时 干扰信号频率本身等于 或接近中频 它与中频信号一道进入中频放大器 在检波电路中差拍 形成音频 产生哨声 15 2 镜像频率干扰 若则 根据有 若两电台的频率之差为两倍的中频 会产生镜像干扰 在军事通信中 常采用高中频 可避免镜像干扰 fL位于fs和fn的正中间 即 fs和fn关于fL对称 16 三 交叉调制干扰 原因 由晶体管特性中的三次方或更高次非线性项引起 注意 从数学分析的过程中可以看到 交叉调制与本振频率 干扰频率都没有关系 完全由非线性器件的三次方以上高阶项造成的 因此 加强前端滤波性能 选择合适的器件或合适的工作状态 可大大减少交调干扰 克服措施 提高混频器前级电路的选择性 以减小干扰信号的幅值 合理选择工作点和本振信号的幅值 使混频器工作在弱非线性 使器件转移特性的三次以上项处于最小区域 最好使之工作在平方区域 或模拟乘法器构成混频器 现象 收音机同时收到两个电台的节目 一台与二台载波是不同的 收一台 有用信号 时 二台 干扰 进入一台 并且一台清晰时二台也清晰 一台不清晰时二台也不清晰 即 好像干扰电台的调制转移到了有用信号的载波上 是危害性较大的一种电台干扰形式 17 四 互调干扰 称为二阶互调 称为三阶互调 类推 原因 由高放 混频级中的二次 三次或更高次项产生 互调干扰在通信组网中值得重视 关注 现象 与三个电台的信号有关 接收一台时 二台与三台的组合频率之差正好落在一台 或与一台载波接近 与一台有用信号一道进入接收机的中频系统 在检波器中差拍检波后 产生哨叫声 原理 设有用信号频率fs 干扰信号频率为fn1 fn2 当满足下式时 或 三个信号频率组合满足 时 也会产生互调干扰 会产生互调干扰 18 例6 3 如果混频器的转移特性关系式为 问会不会受到中频干扰和镜像干扰 会不会产生干扰电台所引起的交调和互调干扰 为什么 答 1 可能受到中频干扰 因为中频干扰与转移特性无关 2 可能受到镜像干扰 因为镜像干扰与转移特性无关 3 不会产生交调 因为交调干扰由晶体管的三次或更高非线性项产生 而表达式中无三次项 4 会产生互调 因为互调干扰由晶体管的二次 三次或更高非线性项产生 19 例6 4 湖北台频率f1 774KHz 武汉台f2 1035KHz 问它们对某短波 fs 2 12MHz fI 465KHz 收音机的哪些频率将产生互调干扰 不落在2 12M区域 不产生互调 落在2 12M区域 产生互调 落在2 12M区域 产生互调 落在2 12M区域 产生互调 落在2 12M区域 产生互调 落在2 12M区域 产生互调 落在2 12M区域 产生互调 以下谐波较小 可不考虑 以上频率落在2 12MHz波段内 故产生互调干扰 不落在2 12M区域 不产生互调 20 例6 5一超外差广播接收机 中频fI 465KHz 在收听931KHz的电台时 发现除了正常信号外 还伴有音调约1KHz的哨叫声 而且如果转动收音机的调谐旋钮 此哨叫声还会变化 试分析 1 此现象是如何引起的 属于哪种干扰 2 在535 1605KHz波段内 在哪些频率刻度上还会出现这种现象 3 如何减小这种干扰 解 1 根据题目给定数据 fs 2fI 符合组合频率干扰表达式 此时 有用信号与本振频率的频率组合接近中频 其与中频信号一起进入中放电路 再加到检波器上 与中频差拍 形成音频 出现哨叫声 注 1396 2 931 466 2 显然 当频率为929KHz时 也会出现1KH在的哨叫声 来源 2 465KHz 929KHz 1KHz 3 465KHz 1395K 落在535 1605波段内 则在1394KHz和1396KHz处 也会出现1KH在哨叫声 来源 3 465KHz 1394KHz 1KHz 注 fS 1394 fL 1859 1859 2 1394 929 1396KHz 3 465KHz 1KHz 3 将接收机的中频选在接收机频段外 21 例6 6超外差收音机中频fI fL fs 465KHz 试分析下列现象 1 当收听频率为550KHz的电台时 还能听到1480KHz电台的干扰 2 接收1945KHz时 还能听到740KHz电台的干扰和哨叫声 3 收听1395KHz时 可同时收到690KHz和810KHz信号 但不能单独收到其中一个台 如另外一台停播 的信号 解 1 依题意 两电台频率之差 1480 550 2 465KHz 为镜像干扰 是组合副波道干扰的一种特殊情况 22 2 两个电台的组合频率接近中频的整数倍 所以是副波道干扰 3 由于不能单独听到其中一个电台 所以是两个干扰信号产生的互调干扰 原因 由高放 混频级中的二次 三次或更高次项产生 互调干扰在通信组网中值得重视 关注 23 例6 7 某短波接收机在接收12MHz电台时 镜像干扰为15 2MHz 则中频频率为多少 解 根据概念 当两电台的频率之差为两倍的中频时 出现镜像干扰 所以有 24 25 6 26某超外差接收机中频fI 500kHz 本振频率fL fs 在收听人fs 1 501MHz的信号时 听到哨叫声 其原因是什么 试进行具体分析 设此时无其它外来干扰 解 依题意 产生干扰哨声时 有用信号的频率接近中频的3倍 可得 此现象属于组合频率干扰 当满足组合频率干扰表达式时 产生干扰 根据已知条件 得 本振频率fL fs fI 1501 500 1001kHz 可以找出符合的各项 p 2 q 1时 2fL fS 2002 1501 501kHz 产生3阶干扰p 4 q 3时 4fL 3fS 4004 4503 503kHz 产生7阶干扰 p 5 q 3时 5fL 3fS 5005 4503 502kHz 产生8阶干扰 p 7 q 5时 7fL 5fS 7007 7505 498kHz 产生12阶干扰等等 尤其是3阶干扰最为严重 25 26 原因 由于混频电路的非线性作用 有用信号和自身本振信号所产生的某些组合频率分量接近中频频率 对有用中频形成干扰 经检波后 差拍出音频频率 即干扰哨声 26 27 6 27试分析与解释下列现象 1 在某地 收音机接收到1090kHz信号时 可以收到1323kHz的信号 2 收音机接收1080kHz信号时 可以听到540kHz信号 3 收音机接收930kHz信号时 可同时收到690kHz和810kHz信号 但不能单独收到其中的一个台 例如另一电台停播 解 1 在535 1605KHz波段 接受机为中波调幅收音机 中频为465KHZ 依题意可得 2fn 2fs 2 1323 2 1090 466 即两电台的组合频率接近中频的整数倍 为组合副波道干扰 原因 有用信号本振频率fL 1090 465 1555kHz 根据产生组合副波道干扰数学表达式 可得 当p 2 q 2时 2fL 2fn 3110 2646 464 fI 因此断定这是4阶副波道干扰 该频率与中频差拍检波 形成1KHz的音频 产生1KHz的干扰哨声 27 28 接收到1080kHz信号时 同时可以收到540kHz的信号 由于1080 2 540 0 465 满足两电台的组合频率接近中频的整数倍 所以为组合副波道干扰 此时 有用信号的本振频率fL 1080 465 1545kHz 当p 1 q 2时 fL 2fn 1545 1080 465 fI 因此断定这是3阶组合副波道干扰 当接收有用信号时 还接收到两个另外电台的信号 但不能单独收到一个干扰台 而且这两个电台信号频率都接近有用信号并小于有用信号频率 2 810 690 930kHZ 根据互调干扰的判断条件 可知这是3阶互调干扰 由非线性器件的三次方以上高阶项造成的 28 29 6 28某超外差接收机工作频段为0 55 25MHz 中频fI 455kHZ 本振fL fs 试问该波段内的哪些频率上可能会出现较大的组合频率干扰 6阶以下 解 根据出现组合频率干扰时满足的表达式 出现干扰时 有用信号频率为 29 30 上述结果说明 一旦接收信号频率和中频确定后 形成干扰哨声的频率点也就确定了 而且最严重的是那些阶数较低的干扰 出现干扰时 有用信号频率为 出现干扰时 有用信号频率为 出现干扰