第5章振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路

1、第5章 振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路 概述概述 為了有效地傳輸信息，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制是通訊系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),將需要傳送的基帶信號(hào)加到高頻信號(hào)上去的過程稱為調(diào)制。 按調(diào)制方式，調(diào)制分為幅度調(diào)制、角度調(diào)制（頻率調(diào)制和相位調(diào)制）。 按調(diào)制信號(hào)，調(diào)制可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制,但就調(diào)制的基本原理來說，特別是在載波調(diào)制形式上，模擬調(diào)制可以認(rèn)為是數(shù)字調(diào)制的理論基礎(chǔ)。 幅度調(diào)制根據(jù)信號(hào)的不同，分為普通調(diào)幅、抑制載波調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅和殘留邊帶調(diào)幅等類型。頻譜變換電路 頻譜變換電路：分為頻譜（線性）搬移電路和頻譜非線性變換電路。 頻譜（線性）搬移電路：能將有用信號(hào)的頻譜沿頻率軸進(jìn)行不失真搬移的電路，稱為頻譜搬

2、移電路。振幅調(diào)制、解調(diào)和混頻電路都屬于頻譜搬移電路，其頻譜搬移是利用電路中非線性器件的相乘作用來實(shí)現(xiàn)的。 頻譜非線性變換電路：角度調(diào)制與解調(diào)，將輸入信號(hào)頻譜進(jìn)行特定的非線性變換。 振幅調(diào)制電路的作用是：實(shí)現(xiàn)低頻調(diào)制信號(hào)對(duì)高頻載波振幅進(jìn)行控制，把調(diào)制信號(hào)的頻譜不失真地搬移到載頻的兩側(cè)，即實(shí)現(xiàn)將調(diào)制信號(hào)的信息“裝載”到高頻載波中，以滿足信息傳輸?shù)男枰?51 振幅調(diào)制的基本原理 用待傳輸?shù)牡皖l信號(hào)去改變高頻載波振幅的過程，稱為振幅調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)幅， 有普通調(diào)幅(AM)、抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB)和單邊帶調(diào)幅(SSD)三種。1普通調(diào)幅波(AM) AM調(diào)幅電路組成模型如圖51(a)所示。調(diào)幅信號(hào)表達(dá)式a

3、k：與調(diào)幅電路有關(guān)的常數(shù) ，即調(diào)幅靈敏度。AM調(diào)幅信號(hào)的波形及頻譜調(diào)幅系數(shù)普通調(diào)幅波的功率普通調(diào)幅波的功率 載波頻率 每個(gè)邊頻功率 調(diào)制信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)的平均功率 2. . . . . ( 6 - 8 )2c mo TUPR2211()221 .(6-9)4ccacmaoTm UPPRmP 2211()221 .(6-9)4ccacmaoTm UPPRmP 21=+.(6 -1 0 )2cco a vo To Tao TPPPPPmP 21=+.(6 -1 0 )2cco a vo To Tao TPPPPPmP AM調(diào)幅波的特點(diǎn) 1、調(diào)幅波的振幅在載波振幅上、下按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，即調(diào)幅波包

4、絡(luò)隨調(diào)制信號(hào)而變化； 2、調(diào)制信號(hào)的頻譜不失真地搬移到載頻的兩側(cè)； 3、調(diào)幅波中含有載頻、上邊頻和下邊頻； 4、調(diào)幅波頻帶寬BW=2F； 5、調(diào)幅發(fā)射機(jī)發(fā)送功率利用率低（小于0.3）。2雙邊帶調(diào)幅波(DSB) DSB調(diào)幅電路組成模型如圖所示。DSB調(diào)幅信號(hào)表達(dá)式DSB調(diào)幅信號(hào)的波形及頻譜DSB調(diào)幅波的特點(diǎn) 1、調(diào)幅波的振幅在零值上、下按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化，即調(diào)幅波的包絡(luò)正比于 2、調(diào)制信號(hào)通過零值時(shí)，調(diào)幅波高頻相位要反相180度； 3、調(diào)幅波中只含有上邊頻和下邊頻而沒有載頻分量，發(fā)送功率利用率高； 4、調(diào)幅波頻帶寬BW2F。3單邊帶調(diào)幅波(SSB) SSB調(diào)幅電路的組成模型如圖所示， 圖中帶通濾

5、波器中心頻率調(diào)諧在 SSB調(diào)幅信號(hào)的波形及頻譜或SSB調(diào)幅信號(hào)的特點(diǎn) 1、單頻調(diào)制時(shí)SSB調(diào)幅信號(hào)為等幅波，其包絡(luò)不直接反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律； 2、SSB調(diào)幅信號(hào)頻譜只含有一個(gè)邊頻，帶寬小，BW=F； 3、發(fā)送功率利用率高。52相乘器電路 1、非線性器件的相乘作用 (1)冪級(jí)數(shù)分析法20112212331212120()()()()()nnnnniaa uua uua uua uua uu1( )1()!Qnnnu EQnd f uafEndun12120()nnmn mmnmuuC uu1200nmn mmnnmmia C uu冪級(jí)數(shù)分析法 由上式可見，器件電流中出現(xiàn)了兩個(gè)電壓的相乘項(xiàng)2a

6、2u1u2：，它由特性中二次方項(xiàng)產(chǎn)生的，同時(shí)也出現(xiàn)了由高次方項(xiàng)產(chǎn)生的眾多無用相乘項(xiàng)。 一般來說，非線性器件的相乘作用是不理想的。2201122 1222 1233223 1323 123 12()(2)(33)iaa uua ua ua u ua ua ua u ua u u12p qpq 則組合頻率通式：p和q是包括零在內(nèi)的正整數(shù)。令u1=U1mcos1t， u2=U2mcos2t (p+q)為偶數(shù)的組合頻率分量，是由冪級(jí)數(shù)大于或等于(p+q)的各偶次方項(xiàng)產(chǎn)生的； (p+q)為奇數(shù)的組合頻率分量，是由冪級(jí)數(shù)中n大于或等于(p+q)的各奇次方項(xiàng)產(chǎn)生的。 P和q是包括0在內(nèi)的正整數(shù)，其中P=1，

7、q1的組合頻率分量 是有用相乘項(xiàng)產(chǎn)生的和頻和差頻，而其他組合頻率分量都是無用相乘項(xiàng)所產(chǎn)生的。顯然各組合頻率分量的強(qiáng)度都會(huì)隨P+q的增大而趨于減小。減少非線性器件產(chǎn)生的無用組合頻率分量的幾種措施 選用具有平方律特性的器件或選擇合適的工作點(diǎn)，使器件工作在特性接近于平方律的區(qū)段。 采用平衡電路，利用電路的對(duì)稱結(jié)構(gòu)來抵消失真分量。 合理設(shè)置輸入信導(dǎo)的大小，使器件土作在受大信號(hào)控制下的時(shí)變狀態(tài)。H (j)u1u2uoVDiDp=1，q=1的組合頻率分量(1,1=12)是有用相乘項(xiàng)產(chǎn)生的，而其它分量是不需要的?？赏ㄟ^濾波器取出。12211212( )12()1()()()2!1()!QQQQnnQif U

8、uuf Uuf Uu ufUu ufUu un2110111122112(),(),()2!QnnnQnnmnQnnnf Uua uf Uuna ufUuCa u（2）線性時(shí)變電路分析法在 上用泰勒級(jí)數(shù)展開1120112()()()()QQif Uuf Uu uI ug u u01110112111101121( )(cos)coscos2( )(cos)coscos2QmmmQmI uf UUtIItItg uf UUtggtgt01111111011111111(cos)21(cos)cos,1,2,3,1(cos)21(cos)cos,1,2,3,QkmQQkQIf UUt dtIf U

9、Utktdtkgf UUt dtgf UUtktdtk 是與U2無關(guān)的系數(shù)，但是它們都隨ul變化，即隨時(shí)間變化，因此，稱其為時(shí)變系數(shù)或稱時(shí)變參量。 是當(dāng)輸入信號(hào)U2 0時(shí)的電流，稱為時(shí)變靜態(tài)電流(或稱為時(shí)變工作點(diǎn)電流)，用 表示。 是增量電導(dǎo)在U2 0時(shí)的數(shù)值，稱為時(shí)變?cè)隽侩妼?dǎo)，用 表示。 上式表明，就非線性器件的輸出電流與輸入電壓之間的關(guān)系是線性的，類似于線性器件但它們的系數(shù)卻是時(shí)變的因此把這種器件的工作狀態(tài)稱為線性時(shí)變工作狀態(tài)，具有這種關(guān)系的電路稱為線性時(shí)變電路。 可見，在線性時(shí)變工作狀態(tài)下，非線性器件的作用不是直接將ul與u2相乘，而是由Ul控制的特定周期函數(shù) 與u2相乘。 p是包括零在

10、內(nèi)的正整數(shù)輸出頻率分量 其中 (或其中一個(gè)分量)為有用分量其他均為無用分量，這些無用分量的頻率均遠(yuǎn)離有用分量的頻率，故很容易用濾波器將其濾除因此，線性時(shí)變工作狀態(tài)適宜于實(shí)現(xiàn)頻譜搬移功能。如用于振幅調(diào)制，可令U1為載波，U2為調(diào)制信號(hào)。H (j)u1u2uoVDiDp=1，q=1的組合頻率分量(1,1=12)是有用相乘項(xiàng)產(chǎn)生的，而其它分量是不需要的。可通過濾波器取出。（3）開關(guān)分析法 開關(guān)工作是線性時(shí)變狀態(tài)的特例。0DDDpDDpg uuViuV11000DDDg uuiu 圖所示二極管電路中，當(dāng)U2為小信號(hào)，U1足夠大，使得二極管處于受U1控制的半周導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)， 此時(shí)二極管可用如圖(b)所

11、示的開關(guān)電路等效，圖中時(shí)變電導(dǎo)等于輸出電流中各頻率分量 控制信號(hào)U1和輸入信號(hào)U2的頻率分量。 控制信號(hào)U1頻率的偶次諧波分量。 （3）控制信號(hào)U1頻率的奇次諧波與輸入信號(hào)U2頻率的組合頻率分量。 可見，無用組合頻率分量進(jìn)一步減少。2二極管雙平衡相乘器 (1)二極管平衡相乘器 二極管平衡相乘器電路如圖所示。 二極管平衡相乘器電路如圖所示，圖中二極管性能一致，變壓器Tr1、Tr2均有中心抽頭，令N1=N2。U2為小信號(hào)，U1為大信號(hào)，可使二極管工作在開關(guān)狀態(tài)，略去負(fù)載的反作用，可得 可見，輸出電流中只含有 的奇次諧波的組合分量，其他組合頻分量均被抑制掉了。(2)二極管雙平衡相乘器 二極管雙平衡相

12、乘器由兩個(gè)二極管平衡相乘器組成，如圖所示。 四只二極管特性相同，變壓器Tr1、Tr2均有中心抽頭。U1為大信號(hào)，使二極管工作在開關(guān)狀態(tài)，U2為小信號(hào)。 當(dāng)U1為正半周時(shí)V1、V2導(dǎo)通，V3、V4截止；當(dāng)U1為負(fù)半周時(shí)， V3、V4導(dǎo)通V1、V2截止。略去負(fù)載的反作用，可得： 可見二極管雙平衡相乘器輸出電流中只含有 各奇次諧波與 的組合頻率分量，即只含有 為奇數(shù)的組合頻率分量，若 較高，則 及以上等組合頻率分量很容易被濾除，所以二極管雙平衡相乘器具有接近理想的相乘功能。53 振幅調(diào)制電路 振幅調(diào)制電路可分為低電平和高電平調(diào)幅電路兩大類。 在低功率級(jí)完成調(diào)幅的稱為低電平調(diào)幅，它通常用來實(shí)現(xiàn)雙邊帶和

13、單邊帶調(diào)幅。廣泛采用的有二極管環(huán)形相乘器和雙差分對(duì)集成模擬相乘器。 在功放級(jí)完成調(diào)幅的稱為高電平調(diào)幅，用于產(chǎn)生普通調(diào)幅波，通常在丙類諧振功放中進(jìn)行。1、低電平調(diào)幅電路 （1）雙差分對(duì)模擬相乘器調(diào)幅電路(2)二極管平衡與環(huán)形調(diào)幅電路 只要令二極管平衡相乘器和二極管雙平衡相乘器的U1為載波信號(hào)，U2為低頻調(diào)制信號(hào)，它們就構(gòu)成雙邊帶調(diào)幅電路。 一般要求載波信號(hào)Ucm大于低頻調(diào)制信號(hào)10倍以上并使二極管工作在開關(guān)狀態(tài)。為了減小載調(diào)，應(yīng)很好地設(shè)計(jì)和制作變壓器，挑選特性相同的二極管以及采取一些補(bǔ)償措施，以改善電路的對(duì)稱性。環(huán)形混頻器 若采用成品環(huán)形混頻器，考慮到混頻組件變壓器的低頻特性較差，調(diào)制信號(hào)一般都

14、加到兩變壓器的中心抽頭上，即加到I端口，載波信號(hào)加到L端口，雙邊帶調(diào)幅信號(hào)由R端口輸出。13 5724 68(a)T1VD4VD1VD2VD35678LO1F34RF12(b)T21 3 5 72 4 6 8(a)T1VD4VD1VD2VD35678LO1F34RF12(b)T2(3)單邊帶調(diào)幅電路 單邊帶調(diào)幅信號(hào)由雙邊帶調(diào)幅信導(dǎo)去掉一個(gè)邊帶后獲得，可采用濾波法和移相法。濾波法 濾波法電路組成模型如圖所示。 由于雙邊帶調(diào)幅信號(hào)上、下邊帶銜接處頻率間隔很小，對(duì)帶通濾波器要求很高，使得制作困難。實(shí)用中常采用先降低載頻，再進(jìn)行多級(jí)調(diào)制和濾波，最后獲得所需的單邊帶信號(hào)，從而降低了帶通濾波器的制作難度。

15、移相法 移相法實(shí)現(xiàn)電路模型如圖所示。 它采用兩只相乘器，一只用于直接對(duì)相乘，另一只用于對(duì)移相90后兩者相乘，兩只相乘器輸出信號(hào)相加或相減。就可以消去一個(gè)邊帶，而另一邊帶檀加后輸出。 移相法的優(yōu)點(diǎn)是省掉了濾波器，但這種方法要求在很寬的音頻范圍準(zhǔn)確地移相90。是很困難的。為了克服這一缺點(diǎn)，可將濾波法和移相法結(jié)合使用，形成了改進(jìn)型移相濾波法 高電平調(diào)幅通常在丙類諧振功率放大器中進(jìn)行，用來產(chǎn)生AM調(diào)幅波。它有基極調(diào)幅、集電極調(diào)幅等。2高電平調(diào)幅電路基極調(diào)幅 基極調(diào)幅是利用基極偏壓隨調(diào)制信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)的調(diào)幅。 由諧振功放靜態(tài)基極調(diào)制特性可知受調(diào)放大器只有工作在欠壓狀態(tài)時(shí)，輸出電壓才隨基極偏壓有近似線性變

16、化，所以基極調(diào)幅時(shí)應(yīng)選擇載波狀態(tài)在調(diào)制特性欠壓區(qū)線性段的中點(diǎn)，才可獲得失真比較小的調(diào)幅信號(hào)。 故基極調(diào)幅放大器效率比較低。集電極調(diào)幅 集電極調(diào)幅是將調(diào)制信號(hào)加到諧振勸放三極管酌集電極回路，使得放大器集電極電源電壓隨調(diào)制信號(hào)變化，而實(shí)現(xiàn)的調(diào)幅。 由集電極調(diào)制特性可知，當(dāng)c c較大時(shí)，放大器工作在欠壓狀態(tài)，輸出電壓c m隨c c的變化很??；當(dāng)c c較小時(shí)，放大器工作在過壓狀態(tài)，輸出電壓c m隨c c有近似線性的變化，所以集電極調(diào)幅受調(diào)放大器必須工作在過壓狀態(tài)。故集電極調(diào)幅放大器效率高，但需要較大的調(diào)制信號(hào)功率。54 振幅檢波電路 解調(diào)是調(diào)制的逆過程，從高頻調(diào)幅信號(hào)中取出原調(diào)制信號(hào)的過程稱為振幅解調(diào)

17、，也稱振幅檢波，簡(jiǎn)稱檢波。 1振幅檢波的基本原理 振幅檢波電路也是一種頻譜搬移電路，它的作用是將振幅調(diào)制信號(hào)頻譜不失真地搬回到零頻率附近。同步檢波電路模型工作原理 相乘器：用以實(shí)現(xiàn)頻譜的線性搬移 低通濾波器：用以濾除不需要的高頻分量。 同步信號(hào)：與被解調(diào)的調(diào)幅波載頻同頻同相的高頻等幅余弦波電壓稱為同步信號(hào)。 調(diào)幅波與同步信號(hào)相乘后的輸出信號(hào)的頻譜被不失真地搬移到載頻的兩邊，一邊搬到2倍載頻上，一邊搬到零頻率上。 經(jīng)低通濾波器濾除載頻為2倍載頻上的調(diào)幅信號(hào)，即可得到解調(diào)電壓輸出。 特點(diǎn)：可以解調(diào)任何調(diào)幅信號(hào)。包絡(luò)檢波電路 由于普通調(diào)幅信號(hào)中含有載頻分量，而且調(diào)幅波的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)成正比，所以可以

18、利用調(diào)幅波自身的載波分量作為同步信號(hào)，通過非線性器件的相乘作用直接進(jìn)行解調(diào)，稱為包絡(luò)檢波電路。 特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，使用廣泛。2二極管峰值包絡(luò)檢波電路 峰值包絡(luò)檢波要求高頻輸入信號(hào)的振幅大于0.5伏，所以又稱為大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器。電路組成 組成：由輸入回路、二極管v和RC低通濾波器組成 。 v為檢波二極管，采用高頻二極管，要求其正向?qū)娮杓罢驂航翟叫≡胶谩?RC為低通濾波器，用以濾除高頻信號(hào)，取出直流和低頻信號(hào)，要求 RL為檢波器實(shí)際負(fù)載電阻，要求RL R。 Cc為檢波器輸出耦合電容，用來隔除直流耦合低頻交流，以便在RI上產(chǎn)生解調(diào)低頻信號(hào)。11cRCRC5.5 混混 頻頻 混頻電路又稱變頻電

19、路，它的作用是將已調(diào)信號(hào)的載頻變換成另一載頻，而其調(diào)制類型及調(diào)制參數(shù)均保持不變。它也是頻譜搬移電路，在頻域中起著頻率的加、減作用。 常用的混頻電路有晶體管混頻、二極管混頻和雙差分對(duì)混頻電路等。 例如, 在超外差式廣播接收機(jī)中, 把載頻位于535 kHz1605kHz中波波段各電臺(tái)的普通調(diào)幅信號(hào)變換為中頻為465kHz的普通調(diào)幅信號(hào)。 把載頻位于88 MHz10.8MHz的各調(diào)頻臺(tái)信號(hào)變換為中頻為10.7MHz的調(diào)頻信號(hào)。 把載頻位于四十幾兆赫至近千兆赫頻段內(nèi)各電視臺(tái)信號(hào)變換為中頻為38 MHz的視頻信號(hào)。5.5.1 混頻的基本原理混頻的基本原理 混頻電路也是一種頻譜搬移電路，因而在電路組成上與

20、振幅調(diào)制和解調(diào)電路相似，同樣也是由具有相乘功能的非線性器件(或模擬相乘器)和帶通濾波器組成。 混頻電路的輸入是載頻為fc的高頻已調(diào)波信號(hào)us(t)和頻率為fL的本地正弦波信號(hào)(稱為本振信號(hào))uL(t), 輸出是中頻為fI的已調(diào)波信號(hào)uI(t)。通常取fI=fL-fc。 以輸入是普通調(diào)幅信號(hào)為例,若us(t)=Ucm1+ku(t)cos2fct, 本振信號(hào)為uL(t)=ULmcos 2fLt, 則輸出中頻調(diào)幅信號(hào)為uI(t)=UIm1+ku(t)cos 2fIt。 可見, 調(diào)幅信號(hào)頻譜從中心頻率為fc處平移到中心頻率為fI處, 頻譜寬度不變, 包絡(luò)形狀不變。 特點(diǎn): 混頻電路的輸入輸出均為高頻已

21、調(diào)波信號(hào)。 調(diào)幅電路是將低頻調(diào)制信號(hào)搬移到高頻段, 檢波電路是將高頻已調(diào)波信號(hào)搬移到低頻段, 而混頻電路則是將已調(diào)波信號(hào)從一個(gè)高頻段搬移到另一個(gè)高頻段。 混頻電路通常位于接收機(jī)前端, 不但輸入已調(diào)波信號(hào)很小, 而且若外來高頻干擾信號(hào)能夠通過混頻電路之前的選頻網(wǎng)絡(luò), 則也可能進(jìn)入混頻電路。 選頻網(wǎng)絡(luò)的中心頻率通常是輸入已調(diào)波信號(hào)的載頻。 混頻電路是廣播外差式接收機(jī)的重要組成部分當(dāng)在接收不同頻道信號(hào)時(shí)使本振頻率也跟隨輸入信號(hào)載頻而變化，始終保持中頻的恒定，從而使后級(jí)中頻放大器增益選擇性和穩(wěn)定性得到很大的改善，提高了接收機(jī)的接收靈敏度和選擇性。5.5.2混頻電路 采用二極管、晶體管及雙差分對(duì)模擬相乘

22、器可以構(gòu)成混頻電路。 在高質(zhì)量通信設(shè)備中以及工作頻率較高時(shí)(微波波段)常使用二極管平衡混頻器或環(huán)形調(diào)頻器，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、工作頻帶寬、組合頻率分量少、噪聲低，但它沒有混頻增益。使用中要求本振信號(hào)足夠大，以保證二極管工作在開關(guān)狀態(tài)。 隨著雙差分對(duì)集成模擬相乘器產(chǎn)品性能的不斷改善和提高，雙差分對(duì)混頻器應(yīng)用也越來越多。它的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)頻譜純凈、混頻干擾小，對(duì)本振信號(hào)大小無嚴(yán)格的限制，主要缺點(diǎn)是噪聲較大。 晶體管混頻電路也是常用的一種混頻電路，在廣播、電視、通信設(shè)備的接收機(jī)以及測(cè)旦儀器巾有較廣泛的應(yīng)用。它的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單要求的本振信號(hào)幅度較小，并有一定的混頻增益。 實(shí)際電路中，晶體管通常工作在線性

23、時(shí)變狀態(tài)，由于場(chǎng)效品體管的轉(zhuǎn)移特性具有二次特性，所以場(chǎng)效晶體管混頻電路有增益高、噪聲低、組合頻率分量少、動(dòng)態(tài)范圍大、工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。二極管環(huán)型混頻器的原理電路 晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 中波AM收音機(jī)的變頻電路 FM收音機(jī)變頻電路 5.5.4混頻干擾 混頻電路中的非線性器件對(duì)于實(shí)現(xiàn)頻譜搬移這一功能是必不可少的。 但是另一方面, 其非線性特性不但會(huì)產(chǎn)生許多無用的組合頻率分量, 給接收機(jī)帶來干擾, 而且會(huì)使中頻分量的振幅受到干擾, 這兩類干擾統(tǒng)稱為混頻干擾。它們都會(huì)使有用信號(hào)產(chǎn)生失真。 由于以上兩個(gè)特點(diǎn), 混頻電路的干擾來源比其它非線性電路要多一些。 分析這些干擾產(chǎn)生的具體原因, 提出減

24、小或避免干擾的措施, 是混頻電路討論中的一個(gè)關(guān)鍵問題。 混頻器產(chǎn)生的混頻干擾主要有信號(hào)與本振的組合頻率干擾、外來干擾與本振的組合頻率干擾、交調(diào)干擾和互調(diào)干擾等。 (1)信號(hào)與本振的組合頻率干擾 有用信號(hào)與本振信號(hào)在混領(lǐng)器中由于非線性器件的作用，除了產(chǎn)生了有用的中頻信號(hào)外，還產(chǎn)生了許多無用但接近于中頻頻率的組合頻率分量而形成的干擾，在接收機(jī)輸出端產(chǎn)生哨叫聲，故又稱為干擾哨聲。 (2)外來干擾與本振的組合頻率干擾 外來干擾信導(dǎo)與本振信導(dǎo)加入混頻器后，由于非線性器件的作用，產(chǎn)生了接近于中頻頻率的組合頻率分量而形成干擾。這種干擾表現(xiàn)為中臺(tái)和哨叫聲，其中員嚴(yán)重的干擾是中頻干擾和鏡像干擾。 頻率等于或接近

25、于中頻的干擾信導(dǎo)加入混頻器后所產(chǎn)生的于擾稱為中頻干擾；頻率以人為鈾與允相對(duì)稱的干擾信導(dǎo)，加入混頻器后所產(chǎn)生的干擾，稱為鏡像干擾。 (3)交叉調(diào)制干擾 有用信號(hào)和干擾信號(hào)同時(shí)加入混頻器，由混頻器非線性特性的高階項(xiàng)形成的干擾。 其現(xiàn)象是接收有用信號(hào)電臺(tái)時(shí)，同時(shí)聽到干擾臺(tái)聲音，若對(duì)信號(hào)臺(tái)頻率失諧，干擾臺(tái)聲音隨之減弱，并隨信號(hào)臺(tái)聲音的消失而消失。 (4)互調(diào)干擾 兩個(gè)(或多個(gè))干擾信號(hào)同時(shí)加到混領(lǐng)器，它們同時(shí)與本振信號(hào)相互混領(lǐng)產(chǎn)生的組合頻率分量接近于中領(lǐng)，在接收機(jī)輸出端產(chǎn)生哨叫聲或雜亂的干擾聲，這種干擾稱為互調(diào)干擾o (5)減小或避免混頻干擾的措施 選擇合適的中頻，提高混頻級(jí)前端電路的選擇性，以減小進(jìn)

26、入混頻器的外來干擾采用具有平方律特性的混頻器件。 混頻電路的輸入除了載頻為fc的已調(diào)波信號(hào)us和頻率為fL的本振信號(hào)uL之外, 還可能有從天線進(jìn)來的外來干擾信號(hào)。 外來干擾信號(hào)包括其它發(fā)射機(jī)發(fā)出的已調(diào)波信號(hào)和各種噪聲。 假定有兩個(gè)外來干擾信號(hào)un1和un2, 設(shè)其頻率分別為fn1和fn2。 us、uL和un1、un2以下分別簡(jiǎn)稱為信號(hào)、本振和外來干擾。 假定混頻電路中的非線性器件為晶體管, 其轉(zhuǎn)移特性為: i=a0+a1u+a2u2+a3u3+a4u4+ u=us+uL+un1+un2=Uscos2fct+ULcos2fLt +Un1cos2fn1t+Un2cos 2fn2t 晶體管輸出的所有

27、組合頻率分量為: f=|pfLqfcrfn1sfn2|, p、 q、 r、 s=0, 1, 2, 在這些組合頻率分量中, 只有p=q=1, r=s=0對(duì)應(yīng)的頻率分量fI=fL-fc才是有用的中頻, 其余均是無用分量。 若其中某些無用組合頻率分量剛好位于中頻附近, 能夠順利通過混頻器內(nèi)中心頻率為fI的帶通濾波器, 就可以經(jīng)中放、檢波后對(duì)有用解調(diào)信號(hào)進(jìn)行干擾, 產(chǎn)生失真。 另外, 由冪級(jí)數(shù)分析法可知, p、q、r、 s值越小所對(duì)應(yīng)的組合頻率分量的振幅越大, 相應(yīng)的無用組合頻率分量產(chǎn)生的干擾就越大。p、q、 r、 s值較大所對(duì)應(yīng)的組合頻率分量的干擾可忽略。 那么, 滿足這兩個(gè)條件的無用組合頻率分量有

28、哪些呢?它們的來源又是什么呢? 下面以音頻調(diào)幅信號(hào)為例, 對(duì)混頻干擾的幾種不同形式和來源進(jìn)行討論, 最后給出了解決措施。1. 信號(hào)和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾信號(hào)和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾 有用信號(hào)與本振信號(hào)在混領(lǐng)器中由于非線性器件的作用，除了產(chǎn)生了有用的中頻信號(hào)外，還產(chǎn)生了許多無用但接近于中頻頻率的組合頻率分量而形成的干擾，在接收機(jī)輸出端產(chǎn)生哨叫聲，故又稱為干擾哨聲。 先不考慮外來干擾的影響。 若信號(hào)和本振產(chǎn)生的組合頻率分量滿足 |pfLqfc|=fIF 式中F為音頻, 則此組合頻率分量能夠產(chǎn)生干擾。 例如, 當(dāng)fc=931 kHz, fL=1396 kHz, fI=465kHz時(shí), 對(duì)應(yīng)于p=1

29、, q=2的組合頻率分量為: |1396-2931|=466(kHz)=465(kHz)+1(kHz) 466 kHz的無用頻率分量在通過中放后, 與中頻為465 kHz的調(diào)幅信號(hào)一起進(jìn)入檢波器中的非線性器件, 會(huì)產(chǎn)生1kHz的差拍干擾, 經(jīng)揚(yáng)聲器輸出后類似于哨聲, 故稱這種干擾為干擾哨聲。 2 一個(gè)外來干擾和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾一個(gè)外來干擾和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾 外來干擾信導(dǎo)與本振信導(dǎo)加入混頻器后，由于非線性器件的作用，產(chǎn)生了接近于中頻頻率的組合頻率分量而形成干擾。這種干擾表現(xiàn)為中臺(tái)和哨叫聲，其中員嚴(yán)重的干擾是中頻干擾和鏡像干擾。 頻率等于或接近于中頻的干擾信導(dǎo)加入混頻器后所產(chǎn)生的于擾稱

30、為中頻干擾；頻率以人為鈾與允相對(duì)稱的干擾信導(dǎo)，加入混頻器后所產(chǎn)生的干擾，稱為鏡像干擾。 若外來干擾和本振產(chǎn)生的無用組合頻率分量滿足 |pfLrfn1|=fI, p、 r=0, 1, 2, 則也會(huì)產(chǎn)生干擾作用。 通常將這類組合頻率干擾稱為寄生通道干擾, 其中中頻干擾和鏡頻干擾兩種寄生通道干擾由于對(duì)應(yīng)的p、 r值很小, 故造成的影響很大, 需要特別引起重視。 1) 中頻干擾。 當(dāng)p=0, r=1時(shí), fn1=fI, 即外來干擾頻率與中頻相同。例如中頻為465kHz, 則同樣頻率的外來干擾即為中頻干擾的來源。 2) 鏡頻干擾。 當(dāng)p=r=1時(shí), fn1=fL+fI。因?yàn)閒c=fL-fI, 所以fn1

31、與fc在頻率軸上對(duì)稱分列于fL的兩旁, 互為鏡像, 故稱fn1為鏡像頻率(簡(jiǎn)稱鏡頻)。 例如fI=465 kHz, fc=1MHz,則鏡頻為1930kHz。若外來干擾中含有1930kHz的鏡頻, 就會(huì)產(chǎn)生鏡頻干擾。 3 兩個(gè)外來干擾和本振產(chǎn)生的互相調(diào)制干擾兩個(gè)外來干擾和本振產(chǎn)生的互相調(diào)制干擾 若兩個(gè)外來干擾能夠進(jìn)入混頻電路, 并且和本振共同產(chǎn)生的組合頻率分量滿足 |fLrfn1sfn2|=fI 則也會(huì)產(chǎn)生干擾作用, 通常稱為互相調(diào)制干擾(簡(jiǎn)稱互調(diào)干擾)。 其中r=1, s=2和r=2, s=1 兩個(gè)組合頻率分量影響最大, 由于r+s=3, 故稱為三階互調(diào)干擾。顯然, 其中兩個(gè)外來干擾頻率與載頻

32、的關(guān)系分別為: -fn1+2fn2=fc 2fn1-fn2=fc 經(jīng)分析可知, 這兩個(gè)組合頻率分量均是從四次方項(xiàng)a4u4中產(chǎn)生, 振幅分別是 a4Un1U2n2UL和 a4U2n1Un2UL。 例如fI=465kHz, 若在接收fc=16 MHz的調(diào)幅信號(hào)時(shí), 如果有兩個(gè)頻率分別為159MHz和158MHz的外來干擾也能通過選頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入混頻電路, 就會(huì)產(chǎn)生三階互調(diào)干擾。 實(shí)際上, 互調(diào)干擾的產(chǎn)生與有沒有信號(hào)無關(guān), 只取決于滿足式的外來干擾能否進(jìn)入混頻電路。 4 外來干擾和信號(hào)、外來干擾和信號(hào)、 本振產(chǎn)生的交叉調(diào)制干擾本振產(chǎn)生的交叉調(diào)制干擾 若設(shè)u=us+uL+un, 在輸出電流表達(dá)式中, 偶次

33、方項(xiàng)均會(huì)產(chǎn)生中頻分量, 其中四次方項(xiàng)a4u4產(chǎn)生的中頻分量為3a4UsU2nULcos 2(fL-fc)t。 顯然, 這個(gè)中頻分量與二次方項(xiàng)a2u2產(chǎn)生的有用中頻分量a2UsULcos2(fL-fc)t不同, 因?yàn)樗恼穹鞘芡鈦砀蓴_un的振幅Un控制的。 若Un是交變信號(hào), 則此中頻分量就會(huì)如同一個(gè)干擾迭加在有用中頻分量上。通常稱這種干擾為交叉調(diào)制干擾(簡(jiǎn)稱交調(diào)干擾)。 其中由四次方項(xiàng)產(chǎn)生的稱為三階交調(diào)干擾。雖然四次以上偶次方項(xiàng)也會(huì)產(chǎn)生交調(diào)干擾, 但影響較弱。交調(diào)干擾的特點(diǎn) 一是當(dāng)信號(hào)消失, 即us=0, 則它也消失； 二是能否產(chǎn)生交調(diào)干擾與外來干擾的頻率無關(guān), 只取決于此外來干擾能否順利通

34、過混頻電路之前的選頻網(wǎng)絡(luò)。 顯然, 能產(chǎn)生交調(diào)干擾和互調(diào)干擾的外來干擾頻率都靠近信號(hào)載頻。 例如, 混頻電路之前的選頻網(wǎng)絡(luò)帶寬為10 kHz, 若fc=560 kHz, 則位于555 kHz565kHz范圍內(nèi)的外來干擾都可能產(chǎn)生三階交調(diào)干擾。5 包絡(luò)失真和強(qiáng)信號(hào)阻塞干擾包絡(luò)失真和強(qiáng)信號(hào)阻塞干擾 若設(shè)u=us+uL, 則在輸出電流表達(dá)式中, 電壓偶次方項(xiàng)均會(huì)產(chǎn)生中頻分量。 其中二次方項(xiàng)產(chǎn)生的振幅為a2UsUL, 四次方項(xiàng)產(chǎn)生的振幅為 a4(U3LUs+ULU3s)。 可見, 實(shí)際中頻分量振幅并非與信號(hào)振幅Us成正比。Us越大, 失真越嚴(yán)重。因?yàn)閁s就是已調(diào)波的包絡(luò), 所以稱此為包絡(luò)失真。 若Us

35、太大, 包絡(luò)失真太嚴(yán)重, 使晶體管進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū), 則無法將調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來, 通常稱這種現(xiàn)象為強(qiáng)信號(hào)阻塞干擾。 6 減小或避免混頻干擾的措施減小或避免混頻干擾的措施 從以上分析可知, 產(chǎn)生混頻干擾的根本原因是器件的非線性特性。 混頻干擾又可分成兩類, 一類是由于非線性特性產(chǎn)生了眾多無用組合頻率分量而引起的, 另一類是由于非線性特性產(chǎn)生了一些受外來干擾控制或與調(diào)制信號(hào)不成線性關(guān)系的有用頻率分量而引起的。 針對(duì)混頻干擾產(chǎn)生的具體原因, 可以采取以下三個(gè)方面的措施來減小或避免。選擇合適的中頻。如果將中頻選在接收信號(hào)頻段之外, 可以避免中頻干擾和最強(qiáng)的干擾哨聲。比如對(duì)于535kHz1605kHz

36、的中波波段, 中頻選為465kHz, 則產(chǎn)生中頻干擾的465 kHz外來干擾無法通過混頻電路之前的選頻網(wǎng)絡(luò)。來源于p=0, q=1分量最強(qiáng)的干擾哨聲要求fc與fI的差值在音頻范圍內(nèi), 這個(gè)條件在整個(gè)中波波段都不會(huì)滿足。尤其是采用高中頻(中頻高于接收信號(hào)頻段), 還可以避免鏡頻干擾和其它一些寄生通道干擾。 (3)提高混頻電路之前選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性, 減少進(jìn)入混頻電路的外來干擾, 這樣可減小交調(diào)干擾和互調(diào)干擾。對(duì)于鏡頻可采用陷波電路將它濾掉。(4) 采用具有平方律特性的場(chǎng)效應(yīng)管、 模擬乘法器或利用平衡抵消原理組成的平衡混頻電路或環(huán)形混頻電路, 可以大大減少無用組合頻率分量的數(shù)目, 尤其是靠近有用頻譜

37、的無用組合頻率分量, 從而降低了各種組合頻率干擾產(chǎn)生的可能性。6.7 實(shí)例介紹實(shí)例介紹 6.7.1HA11440內(nèi)部的視頻檢波器內(nèi)部的視頻檢波器 HA11440是日本日立公司生產(chǎn)的彩色電視機(jī)圖像中放集成電路, 主要包括三級(jí)圖像中頻放大、同步視頻檢波、視頻放大、AFT鑒相等幾個(gè)模塊。 其中視頻檢波器模塊如圖6.7.1所示。 視頻檢波器模塊組成和工作原理如下： V58V61和R78R83組成射隨式恒壓源電路, 分別為V49、V50和V44V46提供一個(gè)基極偏壓。 V44V46組成三個(gè)恒流源, 分別由每管的集電極輸出。 V54V57和V41、V43、V45共七個(gè)管子組成雙差分模擬乘法器同步檢波電路,

38、 R61和R62是負(fù)反饋電阻。V46V51六個(gè)管子組成差分放大限幅電路, 其中V47、 V49和V48、V50是一個(gè)共射共基電路對(duì), V51是射隨式恒壓源。 自圖像中放輸出的圖像中頻調(diào)幅信號(hào)分成兩路, 一路經(jīng)V42、V43射隨后從V47、V48的基極輸入差分放大限幅電路, 、 腳之間外接的LC諧振回路從輸出等幅信號(hào)中提取38 MHz中頻信號(hào)后, 分別經(jīng)V52、V53射隨后從V54V57的基極輸入檢波電路； 另一路分別經(jīng)V40、V42射隨后, 從V41、V43的基極輸入檢波電路。 視頻檢波負(fù)載電阻是R76、R77, 從檢波電路中V54、V55集電極輸出的視頻信號(hào)經(jīng)HA11440內(nèi)部的視頻放大器放大后, 再由外接的低通濾波器取出。 6.7.2MC3361B中的混頻電路中的混頻電路 美國(guó)Motorola公司生產(chǎn)的MC3361B是低功耗FM解