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一般用混頻器產(chǎn)生中頻信號(hào):

混頻器將天線上接收到的信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻,cosαcosβ=[cos(α+β)+cos(α-β)]/2

可以這樣理解,α為信號(hào)頻率量,β為本振頻率量,產(chǎn)生和差頻。當(dāng)混頻的頻率等于中頻時(shí),這個(gè)信號(hào)可以通過中頻放大器,被放大后,進(jìn)行峰值檢波。檢波后的信號(hào)被視頻放大器進(jìn)行放大,然后顯示出來。由于本振電路的振蕩頻率隨著時(shí)間變化,因此頻譜分析儀在不同的時(shí)間接收的頻率是不同的。

當(dāng)本振振蕩器的頻率隨著時(shí)間進(jìn)行掃描時(shí),屏幕上就顯示出了被測信號(hào)在不同頻率上的幅度,將不同頻率上信號(hào)的幅度記錄下來,就得到了被測信號(hào)的頻譜。

從頻譜觀點(diǎn)看,混頻的作用就是將已調(diào)波的頻譜不失真地從fc搬移到中頻的位置上,因此,混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路,可以用相乘器和帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)這種搬移。

從電路分有混頻器(帶有獨(dú)立振蕩器)和變頻器(不帶有獨(dú)立振蕩器)。

混頻器和頻率混合器是有區(qū)別的。后者是把幾個(gè)頻率的信號(hào)線性的迭加在一起,不產(chǎn)生新的頻率。

根據(jù)不同的變換方法,鑒頻器可分為微分鑒頻、斜率鑒頻和相位鑒頻三種基本類型。前兩者是頻率-幅度變換方式,后者屬于頻率一相位變換方式。還有比例鑒頻器等,主要用于抑制寄生調(diào)幅的干擾。

斜率鑒頻器

利用線性網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性把調(diào)頻波變換為調(diào)幅一調(diào)頻波的鑒頻器。圖1(a)所示的是這種鑒頻器的原理電路圖。晶體管VT和LC回路構(gòu)成一個(gè)調(diào)諧放大器,但回路的諧振頻率f0和調(diào)頻波的中心頻率fc是失諧的,如圖l(b)所示。因此當(dāng)調(diào)頻波瞬時(shí)頻率變化時(shí),其幅度也隨之變化,LC回路的輸出是一個(gè)調(diào)幅一調(diào)頻波。利用由二極管VD和RC并聯(lián)電阻所構(gòu)成的包絡(luò)檢波器,就可以檢出所需的原來的調(diào)制信號(hào),實(shí)現(xiàn)頻率檢波。斜率鑒頻器的電路簡單,但回路的幅頻特性不是線性,因而鑒頻特性的線性差。此外,這種鑒頻器沒有抑制寄生調(diào)幅干擾的能力,通常必須在鑒頻之前,對(duì)調(diào)頻波進(jìn)行限幅,使其幅度保持不變,以減小寄生調(diào)幅的影響。

相位鑒頻器

利用線性移相網(wǎng)絡(luò)把調(diào)頻波變換為調(diào)相一調(diào)頻波的鑒頻器。圖2(a)是這種鑒頻器的電路。初次級(jí)回路L1C1和L2C2都和調(diào)頻波的中心頻率fc調(diào)諧,即fc=f1=f2=f0;耦合電容C0將初級(jí)回路電壓u1加到次級(jí)回路線圈的中心抽頭上,因此兩個(gè)二極管檢波器的輸入電壓分別是:

鑒頻器輸出電壓u則是檢波器負(fù)載電阻R1和R2的電壓差。圖2(b)畫出了u2三種不同相位時(shí)加到兩個(gè)檢波器的電壓變化。當(dāng)調(diào)頻波瞬時(shí)頻率f=f0時(shí),U1與U2互相垂直,因而|UVD1|=|UVD2|,這時(shí)鑒頻器輸出等于零。當(dāng)f>f0時(shí),U2滯后于U1的相位大于90°,|UVD1|<|UVD2| ,鑒頻器的輸出大于零;反之,當(dāng)f|UVD2|,因而鑒頻器的輸出小于零。鑒頻器輸出電壓對(duì)輸入信號(hào)頻率f的關(guān)系曲線,叫做鑒頻特性曲線。相位鑒頻器的線性較好,鑒頻靈敏度(單位頻率變化時(shí)所產(chǎn)生的輸出電壓)也較高,但抗寄生調(diào)幅干擾性能較差。采用具有自限幅能力的比例鑒頻器是解決這個(gè)問題的較理想的 辦法。

這是混頻器的一個(gè)眾所周知的用途。常用的有雙平衡混頻器和三平衡混頻器。三平衡混頻器由于采用了兩個(gè)二極管電橋。三端口都有變壓器,因此其本振、射頻及中頻帶寬可達(dá)幾個(gè)倍頻程,且動(dòng)態(tài)范圍大,失真小,隔離度高。但其制造成本高,工藝復(fù)雜,因而價(jià)格較高。

鑒相

理論上所有中頻是直流耦合的混頻器均可作為鑒相器使用。將兩個(gè)頻率相同,幅度一致的射頻信號(hào)加到混頻器的本振和射頻端口,中頻端將輸出隨兩信號(hào)相差而變的直流電壓。當(dāng)兩信號(hào)是正弦時(shí),鑒相輸出隨相差變化為正弦,當(dāng)兩輸入信號(hào)是方波時(shí),鑒相輸出則為三角波。使用功率推薦在標(biāo)準(zhǔn)本振功率附近,輸入功率太大,會(huì)增加直流偏差電壓,太小則使輸出電平太低。

可變衰減器

此類混頻器也要求中頻直流耦合。信號(hào)在混頻器本振端口和射頻端口間的傳輸損耗是有中頻電流大小控制的。當(dāng)控制電流為零時(shí),傳輸損耗即為本振到射頻的隔離,當(dāng)控制電流在20mA以上時(shí),傳輸損耗即混頻器的插入損耗。這樣,就可用正或負(fù)電流連續(xù)控制以形成約30dB變化范圍的可變衰減器,且在整個(gè)變化范圍內(nèi)端口駐波變化很小。同理,用方波控制就可形成開關(guān)。

相位

調(diào)制器

(BPSK)此類混頻器也要求中頻直流耦合。信號(hào)在混頻器本振端口和射頻端口間傳輸相位是由中頻電流的極性控制的。在中頻端口交替地改變控制電流極性,輸出射頻信號(hào)的相位會(huì)隨之在0°和180° 兩種狀態(tài)下交替變化。

參量混頻器

利用非線性電抗特性將輸入信號(hào)變換為中頻信號(hào)的電路。電抗元件在理想情況下既不消耗功率也不產(chǎn)生噪聲,所以參量混頻器具有變換效率高、噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。雷達(dá)和微波系統(tǒng)常用參量混頻來實(shí)現(xiàn)低噪聲接收。圖6為并聯(lián)電流型參量混頻電路。用高Q濾波器Fc、F1和Fi隔開的三個(gè)回路,分別只允許信號(hào)電流ic、本振電流i1和差頻電流ii流過。非線性電抗元件一般由變?nèi)荻�極管構(gòu)成,它在本振電壓(又稱泵電壓)的控制下,在輸入與輸出信號(hào)間起非線性變換作用。

正交相移鍵控調(diào)制

QPSK是由兩個(gè)BPSK、一個(gè)90度電橋和一個(gè)0度功分器構(gòu)成。I/Q調(diào)制/解調(diào)器調(diào)制與解調(diào)實(shí)為相互逆反的過程,在系統(tǒng)中是可逆。這里主要介紹I/Q解調(diào)器,I/Q解調(diào)器由兩個(gè)混頻器、一個(gè)90度電橋和一個(gè)同相功分器構(gòu)成。

鏡像

抑制混頻器

抑制鏡像頻率的濾波器一般都是固定帶寬的。但當(dāng)信號(hào)頻率改變時(shí),鏡頻頻率也隨之改變,可能移出濾波器的抑制頻帶。在多信道接收系統(tǒng)或頻率捷變系統(tǒng)中,這種濾波器將失去作用。這時(shí)采用鏡頻抑制混頻器,本振頻率變化時(shí),由于混頻器電路內(nèi)部相位配合關(guān)系,被抑制的鏡頻范圍也將隨之改變,使其仍能起到鏡頻抑制的作用。由于電路不是完全理想特性,存在幅度不平衡和相位不平衡,可能使鏡像抑制混頻器的電性能發(fā)生惡化,下圖為幅度不平衡和相位不平衡對(duì)電性能響加以說明。

單邊帶調(diào)制器

在多信道發(fā)射系統(tǒng)中,由于基帶頻率很低若采用普通混頻器作頻譜搬移,則在信道帶寬內(nèi)將有兩個(gè)邊帶,從而影響頻譜資源的利用。這時(shí)可采用單邊帶調(diào)制器來抑制不需要的邊帶,其基本結(jié)構(gòu)為兩個(gè)混頻器、一個(gè)90度功分器和一個(gè)同相功分器。將基帶信號(hào)分解為正交兩路與本振的正交兩路信號(hào)混頻,采用相位抵銷技術(shù)來抑制不需要的邊帶,本振由于混頻器自身的隔離而得到抑制。

2、變頻損耗:混頻器的變頻損耗定義為混頻器射頻輸入端口的微波信號(hào)功率與中頻輸出端信號(hào)功率之比。主要由電路失配損耗,二極管的固有結(jié)損耗及非線性電導(dǎo)凈變頻損耗等引起。

3、1dB壓縮點(diǎn):在正常工作情況下,射頻輸入電平遠(yuǎn)低于本振電平,此時(shí)中頻輸出將隨射頻輸入線性變化,當(dāng)射頻電平增加到一定程度時(shí),中頻輸出隨射頻輸入增加的速度減慢,混頻器出現(xiàn)飽和。當(dāng)中頻輸出偏離線性1dB時(shí)的射頻輸入功率為混頻器的1dB壓縮點(diǎn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)相同的混頻器,1dB壓縮點(diǎn)取決于本振功率大小和二極管特性,一般比本振功率低6dB。

4、動(dòng)態(tài)范圍:動(dòng)態(tài)范圍是指混頻器正常工作時(shí)的微波輸入功率范圍。其下限因混頻器的應(yīng)用環(huán)境不同而異,其上限受射頻輸入功率飽和所限,通常對(duì)應(yīng)混頻器的1dB壓縮點(diǎn)。

5、雙音三階交調(diào):如果有兩個(gè)頻率相近的微波信號(hào)fs1和fs2和本振fLO一起輸入到混頻器,由于混頻器的非線性作用,將產(chǎn)生交調(diào),其中三階交調(diào)可能出現(xiàn)在輸出中頻附近的地方,落入中頻通帶以內(nèi),造成干擾,通常用三階交調(diào)抑制比來描述,即有用信號(hào)功率與三階交調(diào)信號(hào)功率比值,常表示為dBc。因中頻功率隨輸入功率成正比,當(dāng)微波輸入信號(hào)減小1dB時(shí),三階交調(diào)信號(hào)抑制比增加2dB。

6、隔離度:混頻器隔離度是指各頻率端口間的相互隔離,包括本振與射頻,本振與中頻,及射頻與中頻之間的隔離。隔離度定義為本振或射頻信號(hào)泄漏到其它端口的功率與輸入功率之比,單位dB。

7、本振功率:混頻器的本振功率是指最佳工作狀態(tài)時(shí)所需的本振功率。原則上本振功率愈大,動(dòng)態(tài)范圍增大,線性度改善(1dB壓縮點(diǎn)上升,三階交調(diào)系數(shù)改善)。

8、端口駐波比:端口駐波直接影響混頻器在系統(tǒng)中的使用,它是一個(gè)隨功率、頻率變化的參數(shù)。

9、中頻剩余直流偏差電壓:當(dāng)混頻器作鑒相器時(shí),只有一個(gè)輸入時(shí),輸出應(yīng)為零。但由于混頻管配對(duì)不理想或巴倫不平衡等原因,將在中頻輸出一個(gè)直流電壓,即中頻剩余直流偏差電壓。這一剩余直流偏差電壓將影響鑒相精度。