混頻器的基本工作原理及作用解析

變頻（或混頻），是將信號頻率由一個(gè)量值變換為另一個(gè)量值的過程。具有這種功能的電路稱為變頻器（或混頻器）。

一般用混頻器產(chǎn)生中頻信號：

混頻器將天線，上接收到的信號與本振產(chǎn)生的信號混頻，cosacosβ=［cos（a+β）+cos（a-B）］/2。其中a為信號頻率量，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。

2.混頻器的工作原理

兩個(gè)不同頻率的高頻電壓作用于非線性器件時(shí)， 經(jīng)非線性變換，電流中包含直流分量、基波、諧波、和頻、差頻分量等。其中差頻分量fLo-fs就是混頻所需要的中頻成分，通過中頻帶通濾波器把其它不需要的頻率分量濾掉，取出差頻分量完成混頻。

3.混頻器的主要應(yīng)用

（ 1 ）頻率變換。這是混頻器的一一個(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。

（ 2 ）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 致的射頻信號加到混頻器的本振和射頻端口，中頻端將輸出隨兩信號相差而變的直流電壓。當(dāng)兩信號是正弦時(shí)，鑒相輸出隨相差變化為正弦，當(dāng)兩輸入信號是方波時(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。

（3 ）可變衰減器。此類混頻器也要求中頻直流耦合。信號在混頻器本振端口和射頻端F 1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，用肪波控制就可形成開關(guān)。

（ 4 ）相位調(diào)制器。此類混頻器也要求中頻直流耦合。信號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，輸出射頻信號的相位會(huì)隨之在0°和180°兩種狀態(tài)下交替變化。

（ 5）參量混頻器。主要是利用非線性電抗特性將輸入信號變換為中頻信號的電路。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。用亮Q濾波器Fc、F1和Fi隔開的三個(gè)回路，分別只允許信號電流ic、本振電流i1和差頻電流i流過。非線性電抗元件-般由變?nèi)? 極管構(gòu)成，它在本振電壓（又稱泵電壓）的控制下，在輸入與輸出信號間起非線性變換作用。

（ 6 ）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。

（ 7 ）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電性能響加以說明。

（ 8 ）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。將基帶信號分解為正交兩路與本振的正交兩路信號混頻，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。