[科普中国]-上变频

上变频（up conversion），将具有一定频率的输入信号，改换成具有更高频率的输出信号（通常不改变信号的信息内容和调制方式）的过程。 在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的中频信号比原始信号高，那么此种混频方式叫做上变频。由于变频获得的中频频率较高，所以对接收机中中频放大、滤波、解调都提出了更高要求，使整个接收机成本较高。上变频可获得极高的抗镜像干扰能力，且可获得整个频段内非常平坦的频率响应。综合以上因素，使这种变频方式通常只有军用等特殊场合（如军用电台）得到广泛应用，但在民用级产品中极少见到。

上变频原理上变频（up conversion），变频器输入端同时作用着两个信号，一个是输入信号，一个是本机振荡信号。所谓上变频是指这样的变频作用：其输出信号频率高于输入信号频率，亦即将输入信号频率向提高的方向变换。

在高频电子线路中，常常需要将信号的频谱进行线性搬移。所谓频谱线性搬移，是指频谱结构不变，即各个频率分量的相对幅度无变化、频率分量无增减，只是在频率轴上的平行移动。这种频谱搬移不仅有利于提高设备的性能，而且能够适应许多应用系统，比如广播系统、电视系统、移动通信系统等。
变频电路广泛用于各种电子设备中。最典型的应用就是超外差式接收机，它将较高的载频变成较低的固定中频，然后进行中频放大、检波等处理，使整个接收机的灵敏度和选择性大大提高。超外差式接收机正是利用变频电路把不同中心频率的频道信号变换成固定中频信号，而信号的调制方式、频谱结构都不变，提高了接收机的灵敏度、选择性和可靠性。这是变频电路提高设备性能的典型例证。在广播系统中，需要传输几个节目，不同节目的信号分配的频谱不一样，发射机需要把各个节目的信号按预定的频谱安排进行线性搬移。在频率合成器中，常用变频电路完成频率加减运算，从而得到不同的频率，这些频率的稳定度可以与主振荡器的高稳定度相同。在多路微波中继接力系统中，接收机常常把微波频谱变换成频率较低的中频信号，在中频上进行电压放大和功率放大，达到足够的电压增益和功率增益后，再用变频电路把中频信号变换成微波信号，转发给下一站。
由此可见，变频电路的功能是将已调波的载波频率变换成另一个载波频率，一般为固定的中频载波频率，而且保持其调制规律不变。变频电路是一种频率变换电路，或者说是一种频谱线性搬移电路。
变频电路有上变频和下变频之分。当输出信号的载波角频率为时，称其中频为高中频或和中频；当输出信号的载波角频率为时，称其中频为低中频或差中频。其中为本机振荡器的角频率；简称本振角频率；为输入信号的中心角频率。因此，对于各种各样的已调波，变频电路把其载波频率（简称载频）变成了固定的中频。如果中频比输入信号的中心角频率更高，则变频电路把输入信号向频谱高端搬移，称为上变频；反之，则向频谱低端搬移，称为下变频。
变频电路将两个不同信号（其中一个为本地振荡信号）输入非线性元器件进行频率组合后，取出差频或和频信号。如果这个电路既产生本振信号，又实现频率变换，则称其为自激式变频器，简称变频器。如果这个电路只实现频率变换，本振信号由另外的电路产生，则称其为混频器，并且，把包括本振信号产生电路在内的整个电路称为它激式变频器1。

上变频系统由较低中频(如常用的455 KHz)提供大多数接收机选择性的二次变频方案一直为一种标准习俗。这是因为当中频较低时器件能够很容易地获得所需的选择性。但是，由于可以利用VHF晶体滤波器(30～120 MHz)实现中频电路，因此通信接收机常变频到较高的中频，而不是射频。

例如，在图中，接收机调谐到30 MHz并使用40 MHz中频。此乃一个上变频系统，因为中频甚至比接收信号频率还高。70 MHz本机振荡器与30 MHz信号混频产生所需的40 MHz中频信号。使用晶体滤波器则可完全提供40 MHz中频所需的灵敏度。

确定图中系统的镜像频率。

解：110 MHz信号与70 MHz本机振荡器混频，则会产生40 MHz输出频率成分。因此镜像频率为110 MHz。

说明了上变频的优点。110 MHz的镜像频率不可能通过已调谐至30 MHz射频放大器。因此它不需要二次变频及其附加电路。上变频方案的缺点就是需要具有较高Q值的中频滤波器，以及具有良好的高频响应的中频晶体管。技术已使得上变频器件具有经济成本优势。与二次变频相比，上变频的其他优点还包括对镜像频率的抑制特性更强，振荡器所需的调谐范围更小。以下的示例将说明上变频系统具有较小的调谐范围，并能使窀频率范围内本机振荡器频率可变跟踪的难度降至最小。

通常将混频器之前的调谐电路称为预选器。预选器的主要功能是抑制接收机中的镜像频率。假如采用已知Q值的单级调谐电路来实现镜像频率抑制，则可计算出其镜像频率的抑制量。以下等式就给出了镜像频率抑制量的dB值。假如用多级调谐电路来实现镜像频率抑制，则可分别计算每一级调谐电路抑制量的dB值，将各结果相加即可得到总的抑制量。

镜像频率抑制

式中为镜像频率，为所需信号频率，Q为调谐电路的Q值。

上变频器上变频器主要功能是将70MHz调相或扫描信号变换到所要求的频率上。上变频器使用系统提供的10MHz频标，保证输出信号的相关性。对上变频器的要求是：满足系统对频带和频率步进量的要求；输出信号具有良好的噪声性能和杂波抑制；满足高功率放大器激励电平的要求等2。

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学