超外差接收机的组成及原理

2019-07-12

探索科学(学术版) 2019年11期

关键词：混频器噪声系数接收机

广西南宁市科技馆广西南宁 530022

引言

接收机一般有两种基本结构,一种是超外差式,另一种是直接转换式。超外差接收机是将接收到的射频信号与某一频率的本振信号进行混频处理,输出一个频率较低的中频调制信号,该中频信号的频率就是本振信号与被接收信号频率之间的固定频差。

1 超外差接收机的组成及原理

超外差接收机由前端低噪声放大电路、混频器、本地振荡器、后端功率放大电路组成。超外差接收机将接收到的信号经前端低噪声放大电路处理后输入混频器,在混频器中将其与本地振荡器信号混频,再经中频放大器及检波器等处理后输出。

2 前端低噪声放大电路

低噪声放大器是一种高频小信号放大器,在放大弱信号时,放大器本身可能会产生噪声,要尽量减小这些噪声,提高输出信噪比。由放大器引起的信噪比恶化程度用噪声系数F来表示,FN=10lgF(d B)。对于理想放大器,噪声系数F应为1,表示输出信噪比等于输入信噪比。对于多级放大器,噪声系数主要取决于前一级。噪声系数主要与晶体管工作状态和信号源内阻有关,与电路的组态无关

3 混频器

混频器实现的是信号频谱的搬移,它分为上混频和下混频,当输出的中频信号比射频信号高时称上混频,当输出的中频信号比射频信号低时称下混频。在无线通信系统中,上混频一般应用于发射机,将已调制的中频信号搬移到射频段,而下混频多应用于接收机,将接收到的射频信号搬移到中频段。

在接收机系统中,混频器的主要任务是实现频谱搬移,在频域上起到一个加减法器的功能,而时域上的乘积可以实现频域上的加减。设射频信号和本振信号分别为U C=Acosω1t,U LO=Bcosω2t,则经混频器混频后输出的信号为cos(ω1+ω2)t],只要输入信号能构成两个信号的乘积形式,理论上就可实现信号频谱的搬移功能。

混频器一般由信号输入端,本地振荡器,非线性器件和滤波网络组成,理想的混频器是一个开关或乘法器,本地振荡器激励信号和已调制的射频信号经乘法器后可以得到很多频率成分的信号组合,这些信号再通过一个滤波器后可以把不需要的信号滤除,保留所需的中频信号。混频器作为超外差接收机的核心部分,决定了整个系统性能的优劣。

混频器有混频增益、噪声系数、变频损耗、1dB压缩点、动态范围、隔离度等参数指标。

混频增益:混频器输出中频信号的电压或功率与输入射频信号电压或功率的比值,单位是dB,它是衡量混频器工作性能的重要指标。

噪声系数:输入信噪比与输出信噪比的比值,它表示噪声性能恶化程度的一个参数,值并非越大越好,合适即可。若系数值越大,代表系统在传输信号过程中掺入的噪声信号越多,影响系统后续部分的性能。

变频损耗:混频器输入端的射频信号功率与输入端中频信号功率的比值,引起变频损耗的原因主要是电路的失配、二极管等器件本身的损耗,要减小变频损耗,就要优选器件,搭建好匹配网络。

1dB压缩点:一般情况下,输入端射频信号的电平远低于本地振荡器的输入电平,此时混频器输出中频信号的电平将随着输入的射频信号呈线性变化,当输入的射频信号增加到一定程度,输出的中频信号就会随着射频信号增加的速度减慢而减慢,混频器将出现饱和状态。当输出的中频信号偏离线性1dB时的输入射频信号功率为混频器的1dB压缩点。1dB压缩点主要取决于本地振荡器功率的大小和二极管特性,一般比本地振荡器功率低6dB。

动态范围:指的是混频器正常工作时输入端能输入的射频信号范围,在选择混频器芯片时,还要考虑混频器接收本地振荡器信号的输入范围和输出中频信号范围。

双音三阶交调:当两个频率差不多的射频信号与本地振荡信号一起输入到混频器时,由于混频器的非线性作用,将会产生交调,而其中的三阶交调信号可能出现在要输出的中频信号频率四周,位于中频信号的通频带内,产生干扰。

隔离度:混频器各频率端口间要相互隔离,包括本地振荡输入端和射频输入端、本地振荡输入端和中频输出端及射频输入端和中频输出端之间的隔离,各端口的隔离度要好,才能尽量减少干扰。