高频课件第四章4.5——授课老师贾志成

第4章
振幅调制、解调 与混频电路
参量混频电路
4.5
4.5.1 非线性电容器件的能量转换原的电子线路(功率 放大、振荡及频率变换等)，称为参量电路，参量混频电路 是其中一种。 参量电路是一种高效率、低噪声的电子线路。 非线性电抗元件有非线性电容和非线性电感两大类。 采用变容二极管的参量电路具有结构简单、工作频率 高的特点，它是目前广泛采用的一类参量电路。
则有
f1
而
f1

m = n =



mPm ,n nPm ,n + f2 = 0 4-5-4 mf 1 + nf 2 m = n = mf 1 + nf 2
m = n=

mPm ,n mPm ,n mPm ,n 0 = f1 + mf 1 + nf 2 n= m = mf 1 + nf 2 m =0 mf 1 + nf 2
组合频率分量： fm,n = mf1 + nf2 设 Pm,n 是通过非线性电容器件、频率为 fm,n 的平均 功率，并设外电路提供给非线性电容的功率为正，非线性 电容提供给外电路的功率为负。 因此，通过非线性电容器 件的总功率为零。
m = m =




Pm ,n
mf 1 + nf 2 = 0 两边乘以 mf 1 + nf 2
转换效率
Pn = =1 P1
输入功率全部转换为倍频功率。 参量倍频器是高效倍频器，特别适宜于高次倍频。
2．参量混频和参量放大 如图 4-5-3 所示，参量混频器的电路中
f1 = fc，
上边带混频器 fI = fc + fL
f2 = fL
图 4-5-3 参量混频器的电路模型
f1 = fc， f2 = fL， fI = fc + fL 相应的 门 雷 罗威关系式
解出：PL > 0，PI < 0，Pc < 0。
非线性电容获得本振功率，分别转换为中频功率和信 号功率。 非线性电容向信号支路提供功率，起到正反馈作用， 可能出现工作不稳定情况。 本振功率转换为中频功率的增益 fL fc PI fI = = PL fL fL 本振功率转换为信号功率的增益
两个增益的比值 fL fc PI / PL fI = = Ps / PL fc fc
Ps fc = PL fL
fL fc PI fI = = PL fL fL Ps fc = PL fL fL fc PI / PL fI = = Ps / PL fc fc
要增大对中频功率的转换就要 fI 对 fc 的比值。 参量放大器 参照下边带混频分析。
4.5.2 参量混频电路
参量混频电路分为并联 型和串联型。 并联型参量混频电路如 图 4-5-5(a)所示。 串联型参量混频电路如 图 4-5-5(b)所示。 电压激励的要求： 滤波网络的各端口均能实现阻抗匹配，且滤波网络具 有理想的滤波特性，以使不同频率的能量限制在各自得回 路，避免被其他回路吸收。
f1
其中

m = n=

0


mPm ,n mPm ,n mPm ,n 0 = f1 + mf 1 + nf 2 n= m = mf 1 + nf 2 m =0 mf 1 + nf 2
mPm ,n mP m , n mP m , n m mf 1 + nf 2 = n m =0 mf 1 nf 2 = n m =0 mf 1 + nf 2 n = = = = 负频率是没有实际意义的，负频率是傅里叶级数用指 数函数展开的结果。实际上，某一频率分量的平均功率就 是相应的正、负频率分量平均功率之和，而正、负频率分 量的平均功率又相等（Pm,n = Pm,n）
于是，根据式（4-5-4）有
mPm ,n nPm ,n 2 f1 + 2 f2 =0 n = m = 0 mf 1 + nf 2 m = n = 0 mf 1 + nf 2
可以证明，要保证上式在 f1 和 f2 为任意正值时均能成立， 就必须要求上式中的两项各自都等于零 ，即
所以
同样
f1
m = n =



mPm ,n mPm ,n = 2 f1 mf 1 + nf 2 n = m = 0 mf 1 + nf 2
nPm ,n nPm ,n f2 = 2 f2 m = n = mf 1 + nf 2 m = n = 0 mf 1 + nf 2
P0,1 P1,1 P PI + = L + =0 f2 f1 + f 2 fL fL + fc
转换增益
fL + fc PI fI = = Ps fc fc
fI 越大于 fc，转换增益就越大。 下边带混频器 fI = fL fc
相应的门雷-罗威关系式
P1,0 P1, 1 Ps PI + = =0 f1 f1 f 2 fc fL fc P0,1 P1,1 PL PI + = + =0 f2 f 2 f1 fL fL fc
P1, 0 P1,1 Ps PI + = + =0 f1 f1 + f 2 fc fL + fc P0 ,1 P1,1 PL PI + = + =0 f2 f1 + f 2 fL fL + fc 式中，PL > 0，Pc > 0，PI < 0。
P1,0 P1,1 Ps PI + = + =0 f1 f1 + f 2 fc fL + fc
1．参量倍频 倍频器的电路模型参见图 4-5-2。参量电路只有频率 为 f 的输入信号源和频率为 nf 的负载两条支路。 图中：f1 = f，f2 = 0
图 4-5-2 倍频器的电路模型
相应的门雷-罗威关系式
相应的门雷-罗威关系式
P1 nPn + =0 f nf
式中，P1 — 频率为 f 的输入功率； Pn — C 向负载提供的功率。
4.5.1 非线性电容器件的能量转换原理
一、门雷-罗威(Menley-Rowe)关系式
门雷-罗威关系式是描述各组合频率分量之间能量转
换关系，适用于特性
v = f(q) 或 q = F(v) 为单调变化的任何理想无耗的非线性电容器件。
参量电路模型参见图 4-5-1，图中 vs1(t)、vs2(t) — 激励电压源； R1、R2、 · — 负载电阻； · · fi — 理想滤波器。
例
单管并联电流型参量混频电路如图 4-5-6 所示。
例 示。
串联电压型双管推挽参量混频电路如图 4-5-7 所
mPm ,n 0 n mf + nf = 0 m = = 1 2 nPm ,n m mf + nf = 0 n=0 = 1 2

上式即门雷-罗威关系式。它表明理想无耗的非线性电容 器件中各组合频率分量之间平均功率的分配关系。
二、门雷-罗威关系式在参量电路中的应用