混频电路原理与分析
第六章----混频器PPT课件
听到的声音：哨叫——干扰哨声
干扰的原因：组合频率干扰
qfs pfL = fI
pfL qfs = fI
pfL + qfs ：恒大于fL
pfL qfs ：无意义 -
25
3. 抑制方法：
组合频率分量电流振幅随 (p + q) 的增加而迅速减小，因 而，只有对应于 p 和 q 为较小值的输入有用信号才会产生明 显的干扰哨声，将产生最强干扰哨声的信号频率移到接收频 段之外，就可大大减小干扰哨声的有害影响。
变频器：
混频器：
优点：电路简单，节省元 件。
缺点：本振信号频率易受 输入信号频率的牵引，电 路工作状态无法使振荡和 混频都处于最佳情况，一 般工作频率不高。
-
优点：由于本振和混频由 不同器件完成，从而便于 同时使振荡和混频都处于 最佳状态，且本振信号频 率不易受牵引。
缺点：元件多，电路较复 杂。
5
为什么要变频？
此电路除用作混频器外，还可以用作相位检波器、电调衰减 器、调制器等。
8
5
9
6
3
1
4
2
(a)
(b)
封装环形混频器- 的外形与电路
21
6.5 混频干扰
混频必须采用非线性器件，在产生所需频率 之外，还有大量的不需要的组合频率分量，一 旦这些组合频率分量的频率接近于中频有用信 号，就会通过中频放大器，经解调后，在输出 级产生串音、哨叫和各种干扰。
优点： 1、动态范围较大
2、组合频率干扰少
3、噪声较小
4、不存在本地辐射
5、电路结构简单
缺点： 无变频增益 -
16
6.4 二极管混频器
一、二极管平衡混频器
双栅场效应管混频电路
双栅场效应管混频电路1. 引言混频电路是一种将两个或多个不同频率的信号进行混合处理的电路。
双栅场效应管（Dual Gate Field Effect Transistor，简称DG-FET）是一种常用于射频放大和混频器应用的器件。
本文将介绍双栅场效应管混频电路的原理、特点和应用。
2. 双栅场效应管基本原理双栅场效应管是一种三极管，由两个栅极和一个漏极组成。
其工作原理与普通场效应管类似，但具有更高的增益和线性度。
其中一个栅极称为输入栅极（G1），另一个栅极称为控制栅极（G2）。
通过调节控制栅极电压，可以改变DG-FET的传输特性。
3. 双栅场效应管混频电路结构双栅场效应管混频电路由输入匹配网络、输出匹配网络和双栅场效应管组成。
输入匹配网络用于匹配输入信号源的阻抗，输出匹配网络用于匹配负载的阻抗，以提高功率传输效率。
双栅场效应管作为混频器的核心部件，负责将输入信号进行混频处理。
4. 双栅场效应管混频电路工作原理双栅场效应管混频电路的工作原理如下：1.输入信号经过输入匹配网络进入DG-FET的输入栅极（G1）。
2.控制栅极（G2）的电压调节DG-FET的传输特性，控制输出信号的幅度和相位。
3.输入信号和控制信号在DG-FET内部相互混合，产生混频效果。
4.输出信号经过输出匹配网络传送到负载。
5. 双栅场效应管混频电路特点双栅场效应管混频电路具有以下特点：•宽带特性：双栅场效应管具有较宽的工作带宽，可以处理多个不同频率的信号。
•高增益：由于双栅结构，DG-FET具有较高的增益，可以放大微弱的输入信号。
•低噪声：DG-FET具有低噪声系数，适用于对噪声要求较高的应用。
•线性度好：双栅结构使得DG-FET具有良好的线性度，适用于需要高精度的应用。
6. 双栅场效应管混频电路应用双栅场效应管混频电路广泛应用于射频领域，包括通信、雷达、无线电等领域。
具体应用包括：•射频信号放大：双栅场效应管可以将微弱的射频信号放大到适合后续处理的级别。
吉尔伯特单元混频电路
吉尔伯特单元混频电路摘要：1.吉尔伯特单元混频电路的概述2.吉尔伯特单元混频电路的工作原理3.吉尔伯特单元混频电路的应用领域4.吉尔伯特单元混频电路的优缺点分析正文：一、吉尔伯特单元混频电路的概述吉尔伯特单元混频电路，是一种在射频（RF）通信系统中广泛应用的混频电路，主要用于实现频率上下转换。
它是由英国工程师奥斯本·吉尔伯特（Oswald G.N.Gilbert）在20 世纪30 年代提出的，是一种具有代表性的射频混频电路，对于现代通信技术发展具有重要意义。
二、吉尔伯特单元混频电路的工作原理吉尔伯特单元混频电路主要由本振、混频、中频放大和本振抑制四个部分组成。
在工作过程中，本振信号与输入信号同时输入混频器，混频器将两个信号进行混频，产生上、下变频信号。
其中，下变频信号（即中频信号）经过中频放大器放大后，送入后续电路进行信号处理。
上变频信号则被本振抑制电路所抑制，以减少对其他电路的干扰。
三、吉尔伯特单元混频电路的应用领域吉尔伯特单元混频电路在射频通信领域具有广泛的应用，如无线电广播、卫星通信、移动通信、雷达系统等。
在射频信号处理、频率转换、信号调制与解调等方面发挥着重要作用。
此外，它还可应用于信号检测、信号分析、频谱监测等领域。
四、吉尔伯特单元混频电路的优缺点分析吉尔伯特单元混频电路具有以下优点：1.结构简单：相较于其他混频电路，吉尔伯特单元混频电路的结构较为简单，易于实现和调试。
2.性能稳定：在合理的电路参数设计下，吉尔伯特单元混频电路具有较好的性能稳定性，可实现较高的混频效率和抑制性能。
3.适应性强：吉尔伯特单元混频电路可根据实际应用需求进行灵活调整，适应不同频段、不同通信系统的要求。
然而，吉尔伯特单元混频电路也存在一定的缺点：1.本振泄漏问题：本振信号会泄漏到中频放大器和混频器等电路，可能导致电路性能下降。
2.二次谐波问题：混频过程中可能产生二次谐波，影响信号质量。
3.电路损耗：混频电路中存在一定的损耗，可能导致信号衰减。
混频器电路工作原理
混频器电路工作原理
混频器电路是一种用于频率变换的电路，其工作原理主要是利用非线性电阻元件的特性，将两个不同频率的信号混合在一起，输出得到两个输入信号的和频信号和差频信号。
在混频器电路中，常用的非线性元件有二极管、晶体管等。
以二极管混频器为例来说明其工作原理：
1. 工作偏置：对二极管进行偏置使其在正向截止区工作，即保持二极管处于反向偏置状态。
2. 输入信号：将两个不同频率的输入信号分别输入到二极管的两个端口，其中一个信号为射频信号(RF)，另一个信号为本振信号(LO)。
3. 非线性特性：二极管在正向截止区具有非线性特性，当输入射频信号和本振信号通过二极管时，非线性特性会导致二极管产生交叉调制效应。
交叉调制过程实际上是两个频率信号相乘的过程。
4. 输出信号：经过交叉调制后，二极管产生了和频信号
(RF+LO)和差频信号(RF-LO)。
通常情况下只取其中一个也可
以称之为产品信号。
5. 滤波：由于混频器产生了很多杂散频率，需要通过滤波器对输出信号进行滤波，保留所需的和频信号或差频信号。
总结起来，混频器电路的工作原理主要包括非线性调制、交叉调制和滤波等过程。
通过将不同频率的输入信号经过非线性元件相乘，得到和频信号和差频信号，进而实现频率变换的功能。
高频课件 第6章 混频器原理与组合频率干扰(4)
可分解成四个方程，但仅两个有效。 数学表达式为： 数学表达式为： ± pf L ± qf n ≈ f I 可分解成四个方程，但仅两个有效。
PI Apc = Ps
6
◆ 选择性：接收有用信号，排除干扰信号的能力。 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 通频带要求的前提下 邻近信道干扰的 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。 滤波网络的选频特性 能力，取决于中频滤波网络的选频特性。 混频器位处接收机前端电路， ◆ 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， 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：① 使用低噪声器件； ②采用模拟乘法器或具 系数。措施： 使用低噪声器件； 有平方律特性的非线性器件。 有平方律特性的非线性器件。
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。 任何含有平方项特性的非线性器件，都可以完成变频作用。 平方项特性的非线性器件 为简单， 输入到混频器的两个信号都是正弦波， 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： 伏安特性为： 特性为 将
i = b0 + b1u + b2u v = us + uL = U s (1 + m cos Ωt ) cos ωC t + U L cos ωL t
混频电路原理与分析
混频电路原理与分析混频电路是一种由多个电子器件构成的电路，用于将两个或多个频率不同的信号进行混合并得到一个包含原始信号频率差的输出信号。
混频电路在无线通信、雷达、无线电广播等领域都有广泛应用。
混频电路的原理可以通过以下步骤进行分析：1.混频器混频器是混频电路的核心组件，其根据原理大致分为三种：非线性混频器、自激混频器和平衡混频器。
其中，非线性混频器是最为常见的一种类型。
2.信号输入3.混频器作用混频器的主要作用是将多个输入信号进行频率变换。
在非线性混频器中，其基本原理是利用信号的非线性特性产生新的频率成分。
通过控制输入信号的幅度、相位差等参数，可以得到不同频率的混频结果。
混频器通常由二极管、三极管等器件组成。
4.中频处理混频电路中的一些信号处理电路主要用于进行中频处理。
中频处理的目的是将混频器混合后的信号调整到基带或特定频率范围内，以便后续的信号处理。
中频处理器通常由滤波器、放大器等器件组成。
5.输出经过混频和中频处理后，混频电路的输出信号包含了原始信号频率差。
输出信号可以被进一步处理和分析，从而获取所需的信息。
混频电路的分析可以从以下几个方面展开：1.混频器参数混频器的性能参数对混频电路的性能有重要影响。
常见的参数包括混频器的增益、损耗、带宽、线性度、射频和中频阻抗匹配等。
通过分析这些参数，可以评估混频电路的性能。
2.信号质量混频电路的输出信号质量是衡量其性能的重要指标。
信号质量可以通过信噪比、谐波失真、互调失真等参数来评估。
3.抑制频率混频电路中的抑制频率是指混频器能够抑制掉输入信号中不需要的频率成分。
通过分析混频电路的抑制频率特性，可以得到抑制效果，进而提高信号质量。
4.杂散分量混频器一般会引入一些非线性失真，会产生一些额外的频率成分，即杂散分量。
通过分析混频器的非线性特性，可以预测和减小这些杂散分量对系统性能的影响。
5.系统灵敏度混频电路的系统灵敏度是指其对输入信号强度的敏感性。
通过分析系统灵敏度，可以确定系统的工作范围和输入信号要求。
吉尔伯特单元混频电路
吉尔伯特单元混频电路一、引言吉尔伯特单元混频电路是一种常用的电子电路，用于将两个不同频率的信号进行混合。
混频电路在通信领域中具有重要的应用，常用于无线电调制解调、频率合成等方面。
本文将详细介绍吉尔伯特单元混频电路的原理、结构和性能。
二、原理和结构2.1 原理吉尔伯特单元混频电路是一种基于集成运放的电路，利用非线性元件（二极管）实现频率混合。
其原理如下：1.输入信号：吉尔伯特单元混频电路有两个输入端，分别为射频输入端（RF）和本振输入端（LO）。
射频输入端输入高频信号，本振输入端输入低频信号。
2.差分放大器：电路的核心是一个差分放大器，由两个输入级和一个共射输出级组成。
差分放大器的作用是将射频信号和本振信号进行差分放大，并输出混频信号。
3.非线性元件：差分放大器的输出信号通过非线性元件（二极管）进行整流。
非线性元件具有非线性特性，可以将输入信号的频率组合产生新的频率。
4.滤波器：整流后的信号需要通过滤波器进行滤波，去除不需要的频率成分，得到所需的混频信号。
2.2 结构吉尔伯特单元混频电路的结构如下：1.差分放大器：由两个共射放大器和一个共集放大器组成。
共射放大器用于放大射频信号和本振信号，共集放大器用于输出混频信号。
2.非线性元件：通常使用二极管作为非线性元件，其具有整流作用。
3.滤波器：用于滤除不需要的频率成分，保留混频信号。
4.电源：为电路提供所需的电源电压。
三、性能分析3.1 频率转换增益频率转换增益是吉尔伯特单元混频电路的重要性能指标，表示输入信号和输出信号之间的增益关系。
频率转换增益的计算公式如下：A=f IF f RF其中，A为频率转换增益，f IF为混频信号的中频，f RF为射频信号的频率。
3.2 带宽带宽是指吉尔伯特单元混频电路能够处理的频率范围。
带宽的大小决定了电路的应用范围。
带宽的计算公式如下：B=f IF_max−f IF_min其中，B为带宽，f IF_max和f IF_min分别为混频信号的最大频率和最小频率。
混频器电路工作原理
混频器电路工作原理
混频器电路是一种基础电路，可将频率不同的两个或多个信号进行混合。
其工作原理可以通过以下步骤进行描述：
1. 输入信号传输：混频器电路通常有两个输入端，分别连接频率不同的信号源。
这些信号可以是来自不同频段的信号，如射频（RF）信号和本地振荡器（LO）信号。
2. 加法混合：混频器电路中包含一个非线性元件，如二极管。
当两个输入信号同时输入到混频器电路中时，它们通过非线性元件进行混合。
这是通过非线性元件的非线性特性实现的，在这个过程中，输入信号之间互相作用，以产生新的频率成分。
3. 输出频率选择：混频器电路会产生包含输入信号频率的和、差以及其他混频项的输出信号。
然而，通常只有某些特定的混频项是有用的。
因此，输出信号需要通过滤波器进行频率选择，以滤除不需要的混频项。
4. 输出信号放大：为了增强信号的强度，输出信号通常需要经过放大器进行放大，以便于后续处理或传输。
总之，混频器电路通过非线性元件将输入信号混合，然后经过频率选择和放大处理，最终产生混合后的输出信号。
这种电路在无线通信、频谱分析、调频广播等领域具有广泛的应用。
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6.5.1 概述 6.5.2 晶体三极管混频器 6.5.3 混频器的干扰
6.5.1 概 述
1. 混频器的作用与组成 混频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一
固定的频率上(常称为中频)，而保持原信号的特征(如调 幅规律)不变。
混频器的电路组成如图所示
vs
混频器
非线性器件
滤波器
fi
–
–
(b)
(c)
(d)
图(a)电路对振荡电压来说是共发电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振 荡注入功率较小，这是它的优点。，可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。
图(b)电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，因此，相 互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入 阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。
所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：
1. 晶体三极管混频器 它有一定的混频增益
2. 场效应管混频器 它交调、互调干扰少
3. 二极管平衡混频器和环形混频器 它们具有动态范围大 组合频率干扰少的优点
2)乘积型混频器
乘积型混频器由模拟乘法器 和带通滤波器组成 其实现模型如图所示 设输入信号为普通调幅波
vs(t)
vo(t) 带通 vI(t)
vL(t) 乘积型混频器实现模型
vs(t) Vsm(1 ma cost) cos st vo(t) Vom cos ot
V0 (t)
kvsv0 (t)
K 2
VsmVom (1
ma
cos t)[cos(0
s )t
cos((0
s )t]
采用中心频率不同的带通滤波器(0–s)或(0+s)则可 完成低中频混频或高中频混频。
vi
t
v0
本机
t
fo
f
振荡器
t
fi
f
f0
f
混频前后的频谱关系
vS
vo
ωS
vI
ωo
ωo-ωS
ωo+ωS
2. 为什么要变频？
变频的优点： 1)变频可提高接收机的灵敏度 2)提高接收机的选择性 3)工作稳定性好 4)波段工作时其质量指标一致性好
变频的缺点： 容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰
3. 变频器的分类
函数表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法 来分析非线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定 量分析。
i = a0+a1v+a2v2+a3v3+……
2.变跨导分析法 在混频时，混频管可看着一个参数(跨导)在改变的线
性元件，即变跨导线件元件。
时变电导
iC
a'
b'
a
b
a" b"
0 0
v0 vBE vBE
变跨导分析法
由 于 信 号 电 压 Vsm 很 小 ， 无 论 它工作在特性曲线的哪个区域，都 可以认为特性曲线是线性的(如图上 ab 、 ab 和 ab 三 段 的 斜 率 是 不 同 的)。因此，在晶体管混频器的分析 中，我们将晶体管视为一个跨导随 本振信号变化的线性参变元件。
vs
因Vo>>Vsm使晶体管工作在线 性时变状态，所以晶体管集电极静
5)工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度 上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工 作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量 指标相互兼顾，整机取得良好的效果。
5. 混频器电路类型
1)叠加型混频器
图示中的非线 vs(t) 性器件具有
v 非线性 i
带通
vI(t)
器件
如下特性：
(v0+ vBB)处展开为泰勒级数
i(t)
f(v0 VBB )
f
(v0
VBB
)vs
1 2!
f (v0 VBB )vs2
1 n!
f ( n)(v0 VBB )vsn
由于vs的值很小，可以忽略二次方及其以上各项，则i(t)近
似为
i(t) f(VBB v0 ) f'(VBB v0 )vs
态电流ic(t)和跨导gm(t)均随 v o 作周 期性变化。
VBB
t
加电压后的晶体管转移特性曲线
由于信号vs远小于v0，可以近似认为对器件的工作状态 变化没有影响。此时流过器件的电流为
i(t) = f(v)= f(v0+ vs+ vBB)
可将v0+ vBB看成器件的交变工作点，则i(t)可在其工作点
6.5.2 晶体三极管混频器
1. 基本电路和工作原理
+
ic
T +
+
v ce
vbe – –
L1 C1
vs
L2 C2
vi
+–
+–
v0
VBB
–+ VCC
上图为晶体三极管混频器的原理电路。图中，VBB为基
极偏置电压，VCC为集电极直流电压，L1C1组成输入回路，
它谐振于输入信号频率s。L2C2组成输出中频回路，它谐振
vo(t)
叠加型混频器实现模型
i f (v) a0 a1v a2v 2 a3v 3
对其2次方进行分析：a2v 2 a2(vs vo )2 a2vs2 a2vo2 2a2vsvo
在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到(0+s)和 (0-s)。若用带通滤波器取出所需的中频成分(和频或差 频)，可达到混频的目的。
于中频i=o–s。 设输入信号 vs Vsm，co本s振s (t电) 压
v o Vo coso t
实际上，发射结上作用有三个电压 vbe VBB vo vs
晶体管混频原理电路，其电路组态可归为4种电路形式
+ vs – + vo –
(a)
+
vs
fi
+
+
fi
–
vs
vo
–
–Байду номын сангаас
+ vo
–
fi
+
+
vs
vo
按器件分： 二极管混频器、 三极管混频器、 三极管变频器、 模拟乘法器混频器、 场效应管混频器、 场效应管变频器
按工作特点分： 单管混频、 平衡混频、 环型混频
从两个输入信号在时域上的处理过程看： 叠加型混频器、 乘积型混频器
4. 混频器的性能指标
1)变频(混频)增益： 混频器输出中频电压Vim与输入信号电压Vsm的 幅值之比。 2)噪声系数： 高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。 3)选择性： 抑制中频信号以外的干扰的能力。 4)非线性干扰： 抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。
图(c)和(d)两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益低， 输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时(几 十MHz)，因为共基电路的截止频率f比共发电路的f要大很多，所以变频增益 较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。
晶体管混频器的分析方法
1.幂级数分析法 在小信号运用的条件下，也可以将某些非线性元器件