高频电路原理分析第6章振幅调制、解调及混频.pptx

第6章 振幅调制、解调及混频第6章 振幅调制、解调及混频6.1 振幅调制振幅调制6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调6.3 混频混频6.4 混频器的干扰混频器的干扰第6章 振幅调制、解调及混频6.1 振振 幅幅 调调 制制调制器与解调器是通信设备中的重要部件所谓调制,就是用调制信号去控制载波某 个参数的过程调制信号是由原始消息(如声音、数据、图像等)转变成的低频或视频信号,这些信号可以是模拟的,也可以是数字的,通常用u 或f(t)表示未受调制的高频振荡 信号称为载波,它可以是正弦波,也可以是非正弦波,如方波、三角波、锯齿波等;但它们 都是周期性信号,用符号uC 和ic 表示受调制后的振荡波称为已调波,它具有调制信号 的特征也就是说,已经把要传送的信息载到高频振荡上去了解调则是调制的逆过程,是将载于高频振荡信号上的调制信号恢复出来的过程第6章 振幅调制、解调及混频振幅调制是由调制信号去控制载波的振幅,使之按调制信号的规律变化,严格地讲,是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系,其它参数(频率和相位)不变这是使高频振 荡的振幅载有消息的调制方式振幅调制分为三种方式:普通的调幅方式(AM)、抑制载 波的双边带调制(DSBSC)及抑制载波的单边带调制(SSB SC)方式。

所得的已调信号分 别称为调幅波、双边带信号及单边带信号为了理解调制及解调电路的构成,必须对已调 信号有个正确的概念本节对振幅调制信号进行分析,然后给出各种实现的方法及一些实 际调制电路第6章 振幅调制、解调及混频1.调幅波的分析调幅波的分析 1)表示式及波形 设载波电压为调制电压为第6章 振幅调制、解调及混频第6章 振幅调制、解调及混频式中,ka 为比例系数,一般由调制电路确定,故又称为调制灵敏度由此可得调幅信号的表 达式第6章 振幅调制、解调及混频为了使已调波不失真,即高频振荡波的振 幅能真实地反映出调制信号的变化规律,调制 度m 应小于或等于1图6-1(c)、(d)分别为 m1时,称为过调制,如图6-1(e)所示,此时 产生严重的失真,这是应该避免的第6章 振幅调制、解调及混频图 6-1 AM 调制过程中的信号波形第6章 振幅调制、解调及混频图 6-1 AM 调制过程中的信号波形第6章 振幅调制、解调及混频上面的分析是在单一正弦信号作为调制信 号的情况下进行的,而一般传送的信号并非为 单一 频 率 的 信 号,例 如 是 一 连 续 频 谱 信 号 f(t),这时,可用下式来描述调幅波:式中,f(t)是均值为零的归一化调制信号,|f(t)|max=1。

若将调制信号分解为第6章 振幅调制、解调及混频则调幅波表示式为式中,mn=kaUn/UC如果调制信号如图6-2(a),已调波波形则如图6-2(b)所示由式(6-5)可以看出,要完成 AM 调制,可用图6-3的原理框图来完成,其关键在于 实现调制信号和载波的相乘第6章 振幅调制、解调及混频图 6-2 实际调制信号的调幅波形第6章 振幅调制、解调及混频图 6-3 AM 信号的产生原理图第6章 振幅调制、解调及混频2)调幅波的频谱 由图6-1(c)可知,调幅波不是一个简单的正弦波形在单一频率的正弦信号的调制 情况下,调幅波如式(6-5)所描述将式(6-5)用三角公式展开,可得上式表明,单频调制的调幅波包含三个频率分量,它是由三个高频正弦波叠加而成,其频 谱图见图6-4第6章 振幅调制、解调及混频图6-4第6章 振幅调制、解调及混频在多频调制情况下,各个低频频率分量所引起的边频对组成了上、下两个边带例如 语音信号,其频率范围大致为3003400Hz(如图6-5(a)所示),这时调幅波的频谱如图 6-5(b)所示由图可见,上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同,下边带是上边 带的镜像所谓频谱结构相同,是指各频率分量的相对振幅及相对位置没有变化。

这就是 说,AM 调制是把调制信号的频谱搬移到载频两侧,在搬移过程中频谱结构不变这类调 制方式属于频谱线性搬移的调制方式第6章 振幅调制、解调及混频图6-5 语音信号及已调信号频谱第6章 振幅调制、解调及混频3)调幅波的功率 平均功率(简称功率)是对恒定幅度、恒定频率的正弦波而言的调幅波的幅度是变化 的,所以它存在几种状态下的功率,如载波功率、最大功率及最小功率、调幅波的平均功 率等在负载电阻RL 上消耗的载波功率为第6章 振幅调制、解调及混频第6章 振幅调制、解调及混频由上式可以看出,AM 波的平均功率为载波功率与两个边带功率之和而两个边频功率与 载波功率的比值为第6章 振幅调制、解调及混频同时可以得到调幅波的最大功率和最小功率,它们分别对应调制信号的最大值和最小 值为Pmax限定了用于调制的功放管的额定输出功率PH,要求PH Pmax第6章 振幅调制、解调及混频2.双边带信号双边带信号 在调制过程中,将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号,简称双边带信号它可用 载波与调制信号相乘得到,其表示式为第6章 振幅调制、解调及混频在单一正弦信号u=Ucost调制时,式中,g(t)是双边带信号的振幅,与调制信号成正比。

与式(6-3)中的Um(t)不同,这里 g(t)可正可负因第6章 振幅调制、解调及混频图 6-6-DSB信号波形第6章 振幅调制、解调及混频因此单频调制时的 DSB信号波形如图6-6(c)所示与 AM 波相比,它有 如下特点:(1)包络不同AM 波的包络正比于调制信号 f(t)的波形,而 DSB 波的包络则正比 于|f(t)|2)DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处(调制电压正负交替时)要突变 180由于 DSB信号不含载波,它的全部功率为边带占有,所以发送的全部功率都载有消 息,功率利用率高于 AM 信号由于两个边带所含消息完全相同,故从消息传输角度看,发送一个边带的信号即可,这种方式称为单边带调制第6章 振幅调制、解调及混频3.单边带信号单边带信号 单边带(SSB)信号是由 DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中,直接将 一个边带抵消而成单频调制时,uDSB(t)=kuuC当取上边带时取下边带时第6章 振幅调制、解调及混频从上两式看,单频调制时的SSB信号仍是等幅波,但它与原载波电压是不同的SSB信号 的振幅与调制信号的幅度成正比,它的频率随调制信号频率的不同而不同,因此它含有消 息特征。

单边带信号的包络与调制信号的包络形状相同在单频调制时,它们的包络都是 一常数图6-7为SSB信号的波形,图6-8为调制过程中的信号频谱第6章 振幅调制、解调及混频图 6-7 单音调制的SSB信号波形第6章 振幅调制、解调及混频图 6-8 单边带调制时的频谱搬移第6章 振幅调制、解调及混频第6章 振幅调制、解调及混频图 6-9 双音调制时SSB信号的波形和频谱第6章 振幅调制、解调及混频图 6-9 双音调制时SSB信号的波形和频谱第6章 振幅调制、解调及混频由上面分析可以看出SSB信号有如下特点:(1)比较式(6-20)和(6-22)可见,若将|2Ucos(2-1)t/2|看成是调制信号的包 络,(2+1)/2为调制信号的填充频率,则SSB信号的包络与调制信号的包络形状相同,填充频率移动了c2)比较式(6-19)和(6-23)可以看出,双音调制时,每一个调制频率分量产生一个 对应的单边带信号分量,它们之间的关系和单音调制时一样,振幅之间成正比,频率则线 性移动这一调制关系也同样适用于多频率分量信号f(t)的SSB调制第6章 振幅调制、解调及混频第6章 振幅调制、解调及混频sgn()是符号函数,可得f(t)的傅里叶变换该式意味着对F()的各频率分量均移相-/2就可得到F(),其传输特性如图6-10 所示。

第6章 振幅调制、解调及混频图 6-10 希尔伯特变换网络及其传递函数第6章 振幅调制、解调及混频单边带调制从本质上说是幅度和频率都随调制信号改变的调制方式但是由于它产生 的已调信号频率与调制信号频率间只是一个线性变换关系(由 变至c+或c-的线 性搬移),这一点与 AM 及 DSB相似,因此通常把它归于振幅调制由上所述,对于语音 调制而言,其单边带信号的频谱如图 6-11(b)、(c)所示图上也表示了产生单边带信号 过程中的 DSB信号频谱第6章 振幅调制、解调及混频图 6-11 语音调制的SSB信号频谱第6章 振幅调制、解调及混频6.1.2 振幅调制电路振幅调制电路 由上面的分析可以看出,AM、DSB及SSB信号都是将调制信号的频谱搬移到载频上 去(允许取一部分),搬移的过程中,频谱的结构不发生变化,不产生fcnF 分量,均属于 频谱的线性搬移,故同属线性调制因此,产生这些信号的方法必有相同之处比较上面 对 AM、DSB和SSB信号的分析不难看出,这三种信号都有一个共项(或以此项为基础),即调制信号u 与载波信号uC 的乘积项,或者说这些调制的实现必须以乘法器为基础第6章 振幅调制、解调及混频由 式(6-5)、式(6-16)及式(6-17)或式(6-18)可以看出,AM 信号是在此乘积项的基础 上加载波或在u 的基础上加一直流后与uC 相乘得到的;DSB信号是将调制信号u 与载 波信号uC 直接相乘得到的;而 SSB 信号可以在 DSB 信号的基础上通过滤波来获得。

因 此,这些调制的实现电路应包含有乘积项第6章 振幅调制、解调及混频调制可分为高电平调制和低电平调制高电平调制是将功放和调制合二为一,调制后 的信号不需再放大就可直接发送出去如许多广播发射机都采用这种调制,这种调制主要 用于形成 AM 信号低电平调制是将调制和功放分开,调制后的信号电平较低,还需经功 率放大后达到一定的发射功率再发送出去DSB、SSB以及第7章介绍的调频(FM)信号均 采用这种方式第6章 振幅调制、解调及混频1.AM 调制电路调制电路 AM 信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成目前,AM 信号大 都用于无线电广播,因此多采用高电平调制方式1)高电平调制 高电平调制主要用于 AM 调制,这种调制是在高频功率放大器中进行的通常分为基 极调幅、集电极调幅以及集电极 基极(或发射极)组合调幅其基本工作原理就是利用改 变某一电极的直流电压以控制集电极高频电流振幅集电极调幅和基极调幅的原理和调制 特性,已在高频功率放大器一章讨论过了第6章 振幅调制、解调及混频集电极调幅电路如图6-12所示等幅载波通过 高频变压器 T1 输入到被调放大器的基极,调制信号通 过低频变压器 T2 加到集电极回路且与电源电压相串 联,此时,EC=Ec0+u,即集电极电源电压随调制信 号变化,从而使集电极电流的基波分量随u 的规律 变化。

第6章 振幅调制、解调及混频图 6-12 集电极调幅电路第6章 振幅调制、解调及混频由功放的分析已知,当功率放大器工作于过压状 态时,集电极电流的基波分量与集电极偏置电压成线 性关系因此,要实现集电极调幅,应使放大器工作在过压状态图6-13(a)给出了集电 极电流基波振幅Ic1随EC 变化的曲线集电极调幅时的静态调制特性,图6-13(b)画 出了集电极电流脉冲及基波分量的波形第6章 振幅调制、解调及混频图 6-13 集电极调幅的波形第6章 振幅调制、解调及混频图6-14是基极调幅电路,图中LB1是高频扼流 圈,LB 为低 频 扼 流 圈,C1、C3、C5 为 低 频 旁 路 电 容,C2、C4、C6-为高频旁路电容基极调幅与谐振 功放的区别是基极偏压随调制电压变化在分析高 频功放的基极调制特性时已得出集电极电流基波分 量振幅IC随Eb 变化的曲线,这条曲线就是基极调 幅的静态调制特性,如图6-15所示如果Eb 随u 变化,Ic1将随之变化,从而得到已调幅信号从调制 特性看,为了使Ic1受Eb 的控制明显,放大器应工作在欠压状态第6章 振幅调制、解调及混频图 6-14 基极调幅电路第6章 振幅调制、解调及混频图 6-15。