混頻是指將信號從一個頻率變換到另外一個頻率的過程 ,其實質是頻譜線性搬移的過程 ,混頻器是輸出信號頻率等於兩輸入信號頻率之和、差或為兩者其他組合的電路。
混頻器將天線上接收到的射頻信號與本振產生的信號相乘,cosαcosβ=[cos(α+β)+cos(α-β)]/2。可以這樣理解,α為射頻信號頻率量,β為本振頻率量,產生和差頻。當混頻的頻率等於中頻時,這個信號可以通過中頻放大器,被放大後,進行峰值檢波。檢波後的信號被視頻放大器進行放大,然後顯示出來。由於本振電路的振蕩頻率隨著時間變化,因此頻譜分析儀在不同的時間接收的頻率是不同的。當本振振蕩器的頻率隨著時間進行掃描時,屏幕上就顯示出了被測信號在不同頻率上的幅度,將不同頻率上信號的幅度記錄下來,就得到了被測信號的頻譜。從頻譜觀點看,混頻的作用就是將已調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現這種搬移。
一般混頻器應由四部分組成,即輸入迴路、非線性器件、帶通濾波器和本機振蕩器組成,如上圖所示,本機振蕩器用來提供本振信號頻率 fL 。輸入高頻調幅波 Vs ,與本振等幅波 VL ,經過混頻後輸出中頻調幅波 Vi ,輸出的中頻調幅波與輸入的高頻調幅波的調製規律完全相同,即變頻前與變頻後的頻譜結構相同,只是中心頻率由 f s 改變為 f i ,也就是產生了頻譜搬移。但應注意,高頻已調信號的上、下邊頻搬移到中頻位置後,分別成了上、下邊頻。
1、按工作性質可分為二類,即加法混頻器和減法混頻器分別得到和頻及差頻。
2、按電路元件可分為三極體混頻器和二極體混頻器。
3、按電路工作方式分有無源混頻器和有源混頻器。
混頻器和頻率混合器是有區別的,後者是把幾個頻率的信號線性的迭加在一起,不產生新的頻率。
1、頻率變換
這是混頻器的一個眾所周知的用途。常用的有雙平衡混頻器和三平衡混頻器。三平衡混頻器由於採用了兩個二極體電橋,三埠都有變壓器,因此其本振、射頻及中頻帶寬可達幾個倍頻程,且動態範圍大,失真小,隔離度高。但其製造成本高,工藝複雜,因而價格較高。
2、鑑相
理論上所有中頻是直流耦合的混頻器均可作為鑑相器使用。將兩個頻率相同,幅度一致的射頻信號加到混頻器的本振和射頻埠,中頻端將輸出隨兩信號相差而變的直流電壓。當兩信號是正弦時,鑑相輸出隨相差變化為正弦,當兩輸入信號是方波時,鑑相輸出則為三角波。使用功率推薦在標準本振功率附近,輸入功率太大,會增加直流偏差電壓,太小則使輸出電平太低。
3、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。但當信號頻率改變時,鏡頻頻率也隨之改變,可能移出濾波器的抑制頻帶。在多信道接收系統或頻率捷變系統中,這種濾波器將失去作用。這時採用鏡頻抑制混頻器,本振頻率變化時,由於混頻器電路內部相位配合關係,被抑制的鏡頻範圍也將隨之改變,使其仍能起到鏡頻抑制的作用。由於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生惡化。
4、單邊帶調製器
在多信道發射系統中,由於基帶頻率很低若採用普通混頻器作頻譜搬移,則在信道帶寬內將有兩個邊帶,從而影響頻譜資源的利用。這時可採用單邊帶調製器來抑制不需要的邊帶,其基本結構為兩個混頻器、一個90度功分器和一個同相功分器。將基帶信號分解為正交兩路與本振的正交兩路信號混頻,採用相位抵銷技術來抑制不需要的邊帶,本振由於混頻器自身的隔離而得到抑制。
1、消除或減少交調、互調幹擾的方法
a、 採用線性度好的混頻器,選擇合適靜態工作點;
b、 降低射頻信號輸入幅度,使混頻器工作在線性時變工作狀態,減少混頻的高次諧波分量;
c、 從電路結構上考慮,採用多個非線性器件構成平衡混頻電路,抵消一部分無用的組合頻率分量;
d、 採用補償及負反饋技術實現接近理想的相乘運算。
2、消除或減少互易混頻幹擾的方法
a、 採用線性度較好的混頻器;
b、 提高本振信號頻譜純度。
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