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[摘 要]为了解决杂散对通信系统以及雷达系统的影响，本文分析了变频器杂散产生的原因，杂散大部分是本振与输入信号的交调产物，除此以外还有一些其他因素也会产生杂散干扰，同时本文针对杂散产生的不同原因提供了不同的解决方法。
[关键词]变频器 杂散 原理 措施
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009―914X（2013）25―0528―01
1.引言
变频器是现代通信系统和雷达系统的重要组成部分，完成系统中射频（微波）信号和中频（基带）间的频谱搬移工作，是系统中不可或缺的组成部件。变频器的杂散指标是变频器的关键性能指标之一，变频器杂散的大小会影响通信系统的性能指标，造成系统误码率的上升，严重时会导致系统无法正常工作。
2.杂散产生的原理
变频器按输入输出频率的不同可分为上变频器和下变频器，上变频器一般是将频率较低的基带信号或中频信号变频至频率较高的射频信号或频率更高的微波信号；下变频器与之相反，将天线接收到的高频信号变至频率较低的中频或基带信号，其原理如下：
图1 变频器变频原理框图
图中频率间关系满足公式 。
当混频器输入端作用频率为 的有用信号时，混频器的输出端会产生频率为 的众多频率分量，频率分量满足上式关系，信号输出幅度随着 的增大而迅速的减小，因此变换通道中一般只有一个频率是有用的，即 （或 ），混频器后连接选频网络，将有用信号选择出来。
分析上式，我们看到在混频器的输出端存在着大量的无用信号，该信号即为系统的杂散信号，如果杂散信号 ， 为中频信号带宽，则杂散信号十分接近有用信号，此时杂散信号对通信系统有害，其危害程度同杂散信号的幅度大小及通信系统的调制方式等有关，一般杂散幅度越大其危害越大，甚至导致系统无法正常工作。
当系统的变频次数增加时，其杂散组合会更多，如采用两次变频方案，其输出频率满足 ，虽然一次变频有滤波器滤除杂散，但由于有些杂散幅度较大，而滤波器的抑制能力有限，因此一次变频后的部分杂散可能会与二本振混频，产生落入信号带内的干扰。
同理变频次数越多，其交调产物就越多，落入带内可能也越大。
除了变频时产生的交调产物以外，本振信号自身一般也会有杂散，该杂散的产生与本振信号的实现方案有关，而本振的实现方案与本振的性能指标密切相关。
其他控制电路及开关电源等有时也会对射频电路造成干扰，该干扰与变频方案选择无关，且该干扰一般距有用信号较近，易对通信系统造成危害。
3.交调杂散的应对措施
通过上面的分析，我们看到杂散主要来自于输入信号与本振信号、本振信号与本振信号等的相互组合，因此我们在进行变频设计时需要注意尽量避免有交调产物落入信号带内。当然，这只是一种理想化的状态，实际进行工程设计时很难做到这一点，尤其是在进行上变频设计时，大多数系统根本无法避开交调产物落入有用信号带宽内。有杂散落入有用信号带内也并不意味着系统就不可用，其实只要干扰信号足够小（小到影响系统正常工作），我们就完全可以忍受杂散的存在，我们在进行变频设计时只要能让杂散足够小就可以了。
那怎么才能保证杂散足够小呢？这需要我们在实际时考虑几方面的影响因素。首先，我们需要利用信号输出幅度随着 的增大而迅速的减小的规律，避免低阶杂散落入有用信号带内。一般来说三阶的杂散幅度都较大，系统通常都会受到严重的干扰导致性能下降甚至无法正常工作，五阶的杂散有时也不算太小，但并不是说所有的系统就都不可用，有的通信系统采用的调制方式对干扰不太敏感，此时只要控制好混频器输入端口及本振端口的信号电平，选择交调产物小的混频器，就可以得到足够小的杂散，此时系统能忍受交调的干扰正常工作。七阶的杂散要小于五阶的杂散，大多数通信系统都可以忍受此时的干扰而正常工作，但这并不意味着我们就可以放心的采用这种方案了，因为交调产物幅度的大小还与混频器的特性、工作频率、本振电平及输入信号电平等相关，使用不同型号的混频器得到相同阶数的杂散，其幅度的差别可能会差很大。
对于更高阶的杂散，一般对系统的危害不大，但是设计时也需加以注意，要控制混频器各端口信号电平，如果信号电平过大，还是会产生比较大的干扰。
以上分析的是采用一次变频方案时的交调产物，但是对于很多变频器来说，一次变频并不能满足指标要求，尤其是进行上变频时，低阶交调产物极易落入信号带内干扰系统，此时需要采用2次变频的设计方案满足指标的要求。
采用两次变频方案的变频器，产生的交调产物将更丰富，设计难度也更大。虽然一次变频后有选频滤波器可以滤除杂散信号，但是实际工程中滤波效果并不十分理想，调试中往往会出现比理论大得多的杂散信号。这种现象其实是一个多因素共同作用的结果：一、一本振泄漏信号幅度过大，而选频滤波器的滤波作用有限，对本振泄漏信号抑制不够；二、混频器各端口以及滤波器各端口匹配不好，造成驻波过大，混频器的各端口隔离变差，交调产物变大，同时选频滤波器的滤波效果会变差，对杂散的抑制降低；三、杂散位于选频滤波器寄生通带内，选频滤波器无抑制；四、空间辐射，因为信号幅度较小，要求杂散信号更小，空间耦合过去的一个小信号经过后面多级放大，最后就能成为一个很大的干扰；五、通过电源线、控制线等感应辐射信号，机箱内部存在各种信号的走线，这些走线会感应机箱内部的各种信号，将这些信号带入有用信号中。
分析上述原因，我们看到产生杂散的根本原因还在于存在交调产物，在设计变频方案时首先考虑无低阶杂散落入信号带内，进行多次变频方案设计时，应该关注选频滤波器滤除的大信号与低阶杂散是否会与二本振产生距离有用信号较近的交调产物，尤其要关注选频滤波器寄生通带内的杂散与二本振的交调产物。同时在进行结构设计时要求考虑减少空间耦合途径，避免由电源线、控制线以及机箱内部空间耦合进较大的杂散。
4.其他杂散的应对措施
非交调产物产生的杂散主要来自于本振以及电源。根据本振的工作频率、相位噪声以及步进等指标的要求，本振会采用不同的实现方案，而不同的实现方案其杂散指标也会相差很多。一般来说，使用锁相环实现的本振源，其主要杂散是鉴相泄漏，做好电路设计，其危害一般不大；对于现在越来越多使用DDS技术进行频率合成的本振源来说，一般杂散较大，在设计时需要使用DDS杂散相对较好的频段，即便如此，某些情况下其杂散指标仍难接受。
由电源产生的杂散主要是电源的纹波引起的，由于模拟器件对电源的纹波较敏感，因此对电源的纹波要求较高；受制于电源的效率和体积，线性电源在实际工程中使用的已经很少了，现在大部分工程都在使用开关电源来为设备供电，而开关电源的纹波要差于线性电源。为解决电源纹波带来的杂散问题，一般要求对敏感器件如VCO等采用单独供电的方式，并且其供电模块使用线性稳压模块稳压，同时需要对电源进行组合式滤波处理。
5.总结
本文分析了变频器中杂散产生的主要原因以及应对措施，原理说起来很简单，但是在工程实践中往往也是这些方面出现问题，设计时的一个小疏忽，往往会带来指标的超差，而要想解决这个问题往往又很难，有时甚至于要重新设计加工。希望本文能为大家的设计工作提供有益的参考，减小调试时的难度。
参考文献
[1] 谢嘉奎，宣月清，冯军.电子线路非线性部分.北京：高等教育出版社.
[2] 杜武林.高频电路原理与分析.西安：西安电子科技大学出版社.
[关键词]变频器 杂散 原理 措施
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009―914X（2013）25―0528―01
1.引言
变频器是现代通信系统和雷达系统的重要组成部分，完成系统中射频（微波）信号和中频（基带）间的频谱搬移工作，是系统中不可或缺的组成部件。变频器的杂散指标是变频器的关键性能指标之一，变频器杂散的大小会影响通信系统的性能指标，造成系统误码率的上升，严重时会导致系统无法正常工作。
2.杂散产生的原理
变频器按输入输出频率的不同可分为上变频器和下变频器，上变频器一般是将频率较低的基带信号或中频信号变频至频率较高的射频信号或频率更高的微波信号；下变频器与之相反，将天线接收到的高频信号变至频率较低的中频或基带信号，其原理如下：
图1 变频器变频原理框图
图中频率间关系满足公式 。
当混频器输入端作用频率为 的有用信号时，混频器的输出端会产生频率为 的众多频率分量，频率分量满足上式关系，信号输出幅度随着 的增大而迅速的减小，因此变换通道中一般只有一个频率是有用的，即 （或 ），混频器后连接选频网络，将有用信号选择出来。
分析上式，我们看到在混频器的输出端存在着大量的无用信号，该信号即为系统的杂散信号，如果杂散信号 ， 为中频信号带宽，则杂散信号十分接近有用信号，此时杂散信号对通信系统有害，其危害程度同杂散信号的幅度大小及通信系统的调制方式等有关，一般杂散幅度越大其危害越大，甚至导致系统无法正常工作。
当系统的变频次数增加时，其杂散组合会更多，如采用两次变频方案，其输出频率满足 ，虽然一次变频有滤波器滤除杂散，但由于有些杂散幅度较大，而滤波器的抑制能力有限，因此一次变频后的部分杂散可能会与二本振混频，产生落入信号带内的干扰。
同理变频次数越多，其交调产物就越多，落入带内可能也越大。
除了变频时产生的交调产物以外，本振信号自身一般也会有杂散，该杂散的产生与本振信号的实现方案有关，而本振的实现方案与本振的性能指标密切相关。
其他控制电路及开关电源等有时也会对射频电路造成干扰，该干扰与变频方案选择无关，且该干扰一般距有用信号较近，易对通信系统造成危害。
3.交调杂散的应对措施
通过上面的分析，我们看到杂散主要来自于输入信号与本振信号、本振信号与本振信号等的相互组合，因此我们在进行变频设计时需要注意尽量避免有交调产物落入信号带内。当然，这只是一种理想化的状态，实际进行工程设计时很难做到这一点，尤其是在进行上变频设计时，大多数系统根本无法避开交调产物落入有用信号带宽内。有杂散落入有用信号带内也并不意味着系统就不可用，其实只要干扰信号足够小（小到影响系统正常工作），我们就完全可以忍受杂散的存在，我们在进行变频设计时只要能让杂散足够小就可以了。
那怎么才能保证杂散足够小呢？这需要我们在实际时考虑几方面的影响因素。首先，我们需要利用信号输出幅度随着 的增大而迅速的减小的规律，避免低阶杂散落入有用信号带内。一般来说三阶的杂散幅度都较大，系统通常都会受到严重的干扰导致性能下降甚至无法正常工作，五阶的杂散有时也不算太小，但并不是说所有的系统就都不可用，有的通信系统采用的调制方式对干扰不太敏感，此时只要控制好混频器输入端口及本振端口的信号电平，选择交调产物小的混频器，就可以得到足够小的杂散，此时系统能忍受交调的干扰正常工作。七阶的杂散要小于五阶的杂散，大多数通信系统都可以忍受此时的干扰而正常工作，但这并不意味着我们就可以放心的采用这种方案了，因为交调产物幅度的大小还与混频器的特性、工作频率、本振电平及输入信号电平等相关，使用不同型号的混频器得到相同阶数的杂散，其幅度的差别可能会差很大。
对于更高阶的杂散，一般对系统的危害不大，但是设计时也需加以注意，要控制混频器各端口信号电平，如果信号电平过大，还是会产生比较大的干扰。
以上分析的是采用一次变频方案时的交调产物，但是对于很多变频器来说，一次变频并不能满足指标要求，尤其是进行上变频时，低阶交调产物极易落入信号带内干扰系统，此时需要采用2次变频的设计方案满足指标的要求。
采用两次变频方案的变频器，产生的交调产物将更丰富，设计难度也更大。虽然一次变频后有选频滤波器可以滤除杂散信号，但是实际工程中滤波效果并不十分理想，调试中往往会出现比理论大得多的杂散信号。这种现象其实是一个多因素共同作用的结果：一、一本振泄漏信号幅度过大，而选频滤波器的滤波作用有限，对本振泄漏信号抑制不够；二、混频器各端口以及滤波器各端口匹配不好，造成驻波过大，混频器的各端口隔离变差，交调产物变大，同时选频滤波器的滤波效果会变差，对杂散的抑制降低；三、杂散位于选频滤波器寄生通带内，选频滤波器无抑制；四、空间辐射，因为信号幅度较小，要求杂散信号更小，空间耦合过去的一个小信号经过后面多级放大，最后就能成为一个很大的干扰；五、通过电源线、控制线等感应辐射信号，机箱内部存在各种信号的走线，这些走线会感应机箱内部的各种信号，将这些信号带入有用信号中。
分析上述原因，我们看到产生杂散的根本原因还在于存在交调产物，在设计变频方案时首先考虑无低阶杂散落入信号带内，进行多次变频方案设计时，应该关注选频滤波器滤除的大信号与低阶杂散是否会与二本振产生距离有用信号较近的交调产物，尤其要关注选频滤波器寄生通带内的杂散与二本振的交调产物。同时在进行结构设计时要求考虑减少空间耦合途径，避免由电源线、控制线以及机箱内部空间耦合进较大的杂散。
4.其他杂散的应对措施
非交调产物产生的杂散主要来自于本振以及电源。根据本振的工作频率、相位噪声以及步进等指标的要求，本振会采用不同的实现方案，而不同的实现方案其杂散指标也会相差很多。一般来说，使用锁相环实现的本振源，其主要杂散是鉴相泄漏，做好电路设计，其危害一般不大；对于现在越来越多使用DDS技术进行频率合成的本振源来说，一般杂散较大，在设计时需要使用DDS杂散相对较好的频段，即便如此，某些情况下其杂散指标仍难接受。
由电源产生的杂散主要是电源的纹波引起的，由于模拟器件对电源的纹波较敏感，因此对电源的纹波要求较高；受制于电源的效率和体积，线性电源在实际工程中使用的已经很少了，现在大部分工程都在使用开关电源来为设备供电，而开关电源的纹波要差于线性电源。为解决电源纹波带来的杂散问题，一般要求对敏感器件如VCO等采用单独供电的方式，并且其供电模块使用线性稳压模块稳压，同时需要对电源进行组合式滤波处理。
5.总结
本文分析了变频器中杂散产生的主要原因以及应对措施，原理说起来很简单，但是在工程实践中往往也是这些方面出现问题，设计时的一个小疏忽，往往会带来指标的超差，而要想解决这个问题往往又很难，有时甚至于要重新设计加工。希望本文能为大家的设计工作提供有益的参考，减小调试时的难度。
参考文献
[1] 谢嘉奎，宣月清，冯军.电子线路非线性部分.北京：高等教育出版社.
[2] 杜武林.高频电路原理与分析.西安：西安电子科技大学出版社.