高频课件第四章43——授课老师贾志成.ppt

* 第 4 章　振幅调制、解调与混频电路 4.3　混频电路 4.3.1　通信接收机中的混频电路 4.3.2　三极管混频电路 4.3.3　混频失真 4.3　混频电路 混 频 地位：超外差接收机的重要组成部分。 　　作用：将天线上感生的输入高频信号变换为固定的中频信号。 重要性：靠近天线，直接影响接收音机的性能。 种类： ① 一般接收机中：三极管混频器。 　　② 高质量通信接收机：二极管环形混频器、双差分对平衡调制器混频器。 4.3.1　通信接收机中的混频电路 一、主要性能指标 1．混频增益 　　定义：混频器的输出中频信号电压 Vi(或功率PI)对输入信号电压 Vs(或功率 PS)的比值，用分贝表示(与混频损耗 Lc 类似) 或 2．噪声系数 　　定义：输入信号噪声功率比 (PS/Pn)i 对输出中频信号噪声功率比 (PI/Pn)o 的比值，即 　　接收机的噪声系数主要取决于它的前端电路，若无高频放大器，主要由混频电路决定。 3．1 dB 压缩电平(PI1dB ) 图 4-3-1　1 dB 压缩电平 当 PS 较小时， PI 随 PS 线性增大，混频增益为定值； 当 PS 较大时， PI 随 PS 增大趋于缓慢。 　　定义：比线性增长低 1 dB 时所对应的输出中频功率电平，称 1dB 压缩电平，用 PI1dB 表示。 意义：PI1dB 所对应的 PS 是混频器动态范围的上限电平。 4．混频失真 　　来源： 　　① 接收机输入端存在的干扰信号； 　　② 混频器件非线性，使输出电流包含众多无用组合频率分量，若某些靠近中频，则中频滤波器无法将它们滤除，叠加在有用中频信号上，引起的失真称为混频失真。 5．隔离度 　　混频器各端口之间在理论上应相互隔离，确保任一端口上的功率不会窜到其他端口上。 实际上，总有极少量功率在各端口之间窜通。 　　定义：本端口功率与其窜通到另一端口的功率之比(用分贝表示)。 意义：用来评价窜通大小的性能指标。 　　危害：在接收机中，本振端口功率向输入端口的窜通危害最大。为保证混频性能，加在本振端口的本振功率都比较大，当它窜通到输入信号端口时，就会通过输入信号回路回到天线上，产生本振功率的反向辐射，严重干扰邻近接收机。 二、二极管环形混频器和双差分对混频器 高性能接收机 混频器种类 1．二极管环形混频器 　　已有系列产品，以二极管开关工作所需本振功率电平的高低分类： Level7、Level17、Level23 ，所需的本振功率分别为 7 dBm(5 mW)，17 dBm(50 mW)，23 dBm(200 mW)。 　　本振功率电平越高，相应的 1 dB 压缩电平也就越高，混频器的动态范围就越大。 　　优点：频带宽、噪声低、混频失真小、动态范围大。 　　缺点：无混频增益、端口间的隔离度较低。 2．双差分对平衡混频器(AD831) 图 4-3-2　AD831 的内部组成及构成混频器的外接电路 　　组成：双差分对平衡调制器、输出低噪声放大器、本振驱动。 特点：工作频率达 500 MHz 以上；混频增益高；输入端只需电压激励，不需匹配网络，使用方便；设有本振驱动放大器，为保证开关工作所需的本振功率小；且端口间隔离度高。反向辐射小。 缺点：噪声系数较大，动态范围小。 4.3.2　三极管混频电路 一、作用原理 1．原理电路 图 4-3-3　三极管混频器 L1C1 ： 输入信号回路，调谐在 fc L2C2 ：输出中频回路，调谐在 fI 　　本振电压 vL = VLmcos?Lt 接在基极回路中，VBB0 为基极静态偏置电压。 vBE = VBB0 + vL + vS 2．工作原理 　　将 VBB0 + vL 作为T的等效基极偏置电压，用 vBB(t) 表示，称为时变基极偏置电压，当输入信号电压 vS = Vsmcos?ct 很小，满足线性时变条件时，三极管集电极电流为 iC ? f(vBE) ? IC0(vL) + gm(vL) vS iC ? f(vBE) ? IC0(vL) + gm(vL) vS 在时变偏压vBB(t)作用下，gm(vL) 的傅里叶级数展开式为 gm(vL) = gm(t) = g0 + gm1cos?Lt + gm2cos2?Lt + ??? 　　其中，基波分量 gm1cos?Lt 与输入信号电压 vS 相乘 gm1cos?Lt Vsmcos?ct = gm1Vsm[cos(?L - ?c)t + cos(?L + ?c)t] 令 ?I = ?L - ?c，得中频电流分量为 iI = IImcos?It = 其中 称为混频跨导，定义为输出中频电流幅值 IIm 对输入信号电压幅值 Vsm 之比，其值等于 gm(