高频电子线路之频谱搬移

1、 引言引言一、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：tt)coscosv(vv(t)tcosvvtco

2、svvmcmmcmc按定义，调幅波：调制信号：载波信号： ,vvtt)coscos(1vv(t)cmmcm调幅系数，mm波形图见书171页图412：要使波形不失真，则m1频谱分析讨论：1.已调幅信号中含有三个频率：2.频谱宽度：3.矢量图：以载频w为参考的矢量，上下边频以相对于载频 角频率旋转，合成矢量图由时间t决定。4.抑制载波的双边带调制dsb：载波不含我们要的信息，要传送的信息全在边频中，所以虑除调幅波中的w载频分量为dsb。)tcos(v21)tcos(v21tcosvv(t)cmcmcmmm和、2 上、下边频合成后在0点处载波可能会有180度的相位突变。5.由于上、下两个边频关于中心

3、频率对称，故我们还可以发射单边带ssb。6.在时域特性上，如能实现两个信号相乘，就能实现调制。7.在频域特性上，是将边带频谱搬移到w的两边。)cos()cos(21ttmvvcmdsb)cos(21)cos(21tmvvtmvvcmssbcmssb或四、调幅波的功率1.载波功率：rvpcmout221 2.上边频功率：3.双边带功率：4.总功率：当vcm一定时，m增加，p总增加，但pout不变，所以pssb增加。要使输出不失真，m1。如果m下降，pout等比例增加，取m为0.3时，pout=0.955p总。但载波中不含我们要的信息，我们要的信息在边频信号中。5.抑制载波信号的双边带调幅dsb：

4、克服简单调幅能量的使用不合理现象，但调幅波接收简单。outcmcmssbpmrmvrvmp22241)(81)2(21outssbdsbpmpp2212outoutdsbpmppp）（总2211 五、实现模型1.am调制的实现2.双边带调制的实现3.单边带调制的实现滤波法：dsb调制滤波器实际上行不通，因为上、下边频之间间隔为2f=b，相对间隔b/fc太小，滤波器实现不了。解决方案：实用电路中，为便于滤波器的制作，通常不 直接在工作频率上进行调制和滤波，而是提 高相对间隔，即使fc下降。相移法：抵消不需要的边频带)(cos)(1cos双边带，调制调制信号：载波信号：tvvvammvvtvvmx

5、xcmy sinsincoscos21)cos(21sinsincoscos21)cos(21ttttmvvtmvvttttmvvtmvvcmssblcmssblcmssbhcmssbh下边频：上边频：移相法的优点是省去了边带滤波器，但要把无用边带完全抑制掉，必须满足下列两个条件:(1)两个调制器输出的振幅应完全相同(2)移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的2相移。 v 4.2 振幅调制电路 前章的集电极、基极调制电路是高电平调幅，电路简单，无需提高功率；本节介绍的调制电路是低电平调幅：强调调制线性问题。 常用的低电平调幅电路有：平衡调幅电路、乘积调幅（差分对调幅）和环形调幅。4.2.1

6、差分模拟乘法器差分模拟乘法器一、原理电路：t1，t2构成差分对管，t3为之提供恒流源。二、分析：其中要求vy是正值，因为vy0，二极管导通，vi对电容c充电;若vd0，则二极管截止，电容c对r放电。 ucu1u2uiu3ucu4tuaub0通断断通(a)(b)(c)t00 0tuouoiduav1.加入等幅波时检波器的工作过程：高频信号正半周期，vi向c充电， （rd很小，充电时间短）crd高频信号负半周期或vivsm， 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，)(cos)()(110ttkvgtkvgtilllmdlld +vs-+vl-本振信号开

7、关工作原理igdgd*vlmvgdg(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：sdsvtkgvtgti)()()(1)()()(10slldsvvtkgvtgtiidlsrrvii22dlsrrviii22 d1d4d2 d3+vl_+vl_1*2:11:1*2+vs_+vs_二

8、极管双平衡混频器 所以，流过rl上的总电流：)(22)()2(22211tkrrvtkttkrrviiildlsldlsiiik2(wlt)双向开关函数，将k2进行傅立叶分解：.3cos34cos42cos2ttrrtvilldlssm 最终得到了wl和ws这两个频率的乘积形式，其中中频分量：），（slidlismrrtvii2cos4信源上流过的电流：2222)()2(2211dlsidlsldlsrrivrrrvtkttkrrviiiiii所以等效负载电阻： 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。ldb

9、lpplislg10)(，率额定输出中高频信号功额定输入高频信号功率 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

10、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。

11、 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

12、。sifppqf1 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，

13、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。)(1ilnfpfrf 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

14、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，

15、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：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