混頻器是指產(chǎn)生的振蕩頻率為兩個(gè)輸入振蕩或信號(hào)頻譜分量中的頻率的整數(shù)倍的線(xiàn)性組合的非線(xiàn)性器件。目前混頻器已廣泛運(yùn)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、通信、遙控遙測(cè)、廣播電視等領(lǐng)域，混頻器技術(shù)指標(biāo)的好壞將直接影響整機(jī)性能的發(fā)揮。本期大講臺(tái)將針對(duì)混頻器，分析其原理并對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行講解。

第一節(jié) 混頻器簡(jiǎn)介

混頻器作為超外差接收機(jī)的重要組成部分，已經(jīng)在雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗、廣播電視、遙控遙測(cè)等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。其技術(shù)指標(biāo)的好壞直接影響到整機(jī)性能的發(fā)揮。

變頻（混頻）是將高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率變換，變?yōu)橐粋€(gè)固定的頻率。這種頻率變換通常是將已調(diào)高頻信號(hào)的載波從高頻變?yōu)橹蓄l同時(shí)必須保持其調(diào)制規(guī)律不變。具有這種功能的電路稱(chēng)為混頻電路或變頻電路，亦稱(chēng)為混頻器（mixer）或變頻器（convertor）。

一般用混頻器產(chǎn)生中頻信號(hào)：

混頻器將天線(xiàn)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(guò)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(lái)。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(cè)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(lái)，就得到了被測(cè)信號(hào)的頻譜。

混頻器的分類(lèi)：

●從工作性質(zhì)可分為二類(lèi)，即加法混頻器和減法混頻器分別得到和頻及差頻。

●從電路元件也可分為三極管混頻器和二極管混頻器。

●從電路分有混頻器（帶有獨(dú)立震蕩器）和變頻器（不帶有獨(dú)立震蕩器）。

●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(xiàn)性的迭加在一起，不產(chǎn)生新的頻率。

第二節(jié) 混頻器組成框圖

一般變頻器應(yīng)由四部分組成，即輸入回路、非線(xiàn)性器件、帶通濾波器和本機(jī)振蕩器組成，如圖 1-1 所示，本機(jī)振蕩器用來(lái)提供本振信號(hào)頻率 fL 。輸入高頻調(diào)幅波 Vs ，與本振等幅波 VL ，經(jīng)過(guò)混頻后輸出中頻調(diào)幅波 Vi 。輸出的中頻調(diào)幅波與輸入的高頻調(diào)幅波的調(diào)制規(guī)律完全相同。即變頻前與變頻后的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是中心頻率由 f s 改變?yōu)?f i ，也就是產(chǎn)生了頻譜搬移。但應(yīng)注意，高頻已調(diào)信號(hào)的上、下邊頻搬移到中頻位置后，分別成了上、下邊頻。

第三節(jié) 混頻器工作原理

晶體管混頻器的變頻增益較高，因而在中短波接收機(jī)和測(cè)量?jī)x器中廣泛采用。

晶體管混頻器的原理電路如圖 1-2 所示，在發(fā)射結(jié)上作用有三個(gè)電壓，即直流偏置電壓 vBB 信號(hào)電壓 uS 和本振電壓 uL 。為了減小非線(xiàn)性器件產(chǎn)生的不需要分量，一般情況下，選用本振電壓振幅u LM》》u SM ，也就是本振電壓為大信號(hào)，而輸入信號(hào)電壓為小信號(hào)。在一個(gè)大信號(hào)uL 和一個(gè)小信號(hào) uS 同時(shí)作用于非線(xiàn)性器件時(shí)，晶體管可近似看成小信號(hào)的工作點(diǎn)隨大信號(hào)變化而變化的線(xiàn)性元件，如圖 1-5 所示。t1 時(shí)刻，在偏壓 vBB 和本振電壓 uL 的共同作用下，它的工作點(diǎn)在 A 點(diǎn)，此時(shí) us 較小。因此，對(duì) us 而言，晶體管可以被近似看成工作于線(xiàn)性狀態(tài)。在另一時(shí)刻 t2 ，對(duì)于 uS 而言，由于偏壓和本振電壓的作用，工作點(diǎn)移到 B 點(diǎn)，這時(shí)對(duì)us 仍可看成工作于線(xiàn)性狀態(tài)。雖然兩個(gè)時(shí)刻均工作于線(xiàn)性狀態(tài)，但工作點(diǎn)不同，這兩個(gè)時(shí)刻的線(xiàn)性參數(shù)就不一樣。因?yàn)閡s 的工作點(diǎn)隨 uL 的變化而變化，所以線(xiàn)性參量也就隨著 uL 變化而變化，可見(jiàn)線(xiàn)性參量是隨時(shí)間變化的，這種隨時(shí)間變化的參量稱(chēng)為時(shí)變參量。這樣的電路稱(chēng)為線(xiàn)性時(shí)變電路。應(yīng)當(dāng)注意，雖然這種線(xiàn)性時(shí)變電路是由非線(xiàn)性器件組成。但對(duì)于小信號(hào) us 來(lái)說(shuō)，它工作于線(xiàn)性狀態(tài)，因此，當(dāng)有多個(gè)小信號(hào)同時(shí)作用于此種電路的輸入端時(shí)，可以應(yīng)用疊加原理。

以下是以共發(fā)射極注入式為例分析晶體三極管混頻器工作原理。設(shè)輸入信號(hào)，本振電壓，混頻器伏安特性為，而，則將 ube 帶入上式得：

由上式可知，當(dāng)兩個(gè)不同頻率的高頻電壓作用于非線(xiàn)性器件時(shí)，電流中不僅含有基波（Wl，Ws）成分，同時(shí)由于平方項(xiàng)的存在，還產(chǎn)生了許多新的頻率成分（即直流分量，二次諧波，和頻與差頻）。其中差頻分量 Wl-Ws 為所需的中頻成分 Wi 通過(guò)濾波網(wǎng)絡(luò)，就能選出中頻成分，即完成混頻。

第四節(jié) 三極管混頻器的工作波形及頻譜圖

混頻器將接收到的高頻載波信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻，接收到高頻載波信號(hào)的頻率為 fs ，幅度位 Uam （t） ，本振電路產(chǎn)生的頻率為 fl ，當(dāng)經(jīng)過(guò)混頻后變成一固定中頻 fi=fs-fl 。通過(guò)示波器觀察可得出混頻前后的工作波形和通過(guò)頻譜分析儀我們同樣可以得到其變頻前后的頻譜變化，如下圖所示：

審核編輯：郭婷