通信电路第6章

第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)６.１概述６.２振幅调制与解调原理６.３调幅电路６.４检波电路６.５混频６.６倍频６.７接收机中的自动增益控制电路６.８实例介绍６.9章末小结第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)(1)调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。定义：信号载波信号：（等幅）高频振荡信号正弦波方波三角波)cos(tUuccc锯齿波调制信号：需要传输的信号（原始信号）语言图像tUucos密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）振幅调制解调（检波)混频（变频）属于线性频率变换电路(2)解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。6.1概述第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)调相的逆过程鉴相调频的逆过程鉴频振幅调制的逆过程振幅检波(7)振幅调制分三种方式：)()()(SSBDSBAM单过带调制抑制载波的双边带调幅普通调幅（5）相位调制：调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调制信号线变化。（6）解调方式：（4）频率调制：调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调制信号线性变化。（3）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振幅随调制信号线性变化。第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)调制电路与解调电路是通信系统中的重要组成部分。调制是在发射端将调制信号从低频段变换到高频段,便于天线发送或实现不同信号源、不同系统的频分复用；解调是在接收端将已调波信号从高频段变换到低频段,恢复原调制信号。在模拟系统里,按照载波波形的不同,可分为脉冲调制和正弦波调制两种方式。第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)脉冲调制是以高频矩形脉冲为载波,用低频调制信号分别去控制矩形脉冲的幅度、宽度或位置三个参量,分别称为脉幅调制(PAM),脉宽调制(PDM)和脉位调制(PPM)。正弦波调制是以高频正弦波为载波,用低频调制信号分别去控制正弦波的振幅、频率或相位三个参量,分别称为调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。本书仅讨论正弦波调制。本章首先分别在时域和频域讨论振幅调制与解调的基本原理,然后介绍有关电路组成。由于混频电路、倍频电路与调幅电路、振幅解调电路(又称为检波电路)同属于线性频率变换电路,所以也放在这一章介绍。第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)6.2.1普通调幅方式（1）设：载波信号：tUuccccos调制信号：tUucos那么调幅信号（已调波）可表达为：ttUucmAMcos)(由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：tUkUtUacmcos)(，式中ak为比例常数即：)cos1()cos1()(tmUtUUkUtUaccacm式中ma为调制度，caaUUkm常用百分比数表示。ttmUucacAMcos)cos1(1.AM调幅波的数学表达式6.2振幅调制与解调原理则有ttmUucnnnncAMcos)cos(11其中：nanUkm若将)(tf分解为：1)cos()(nnnntUtf一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号。)t(f则ttfkUucacAMcos)](1[第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)普通调幅信号波形波形特点：（1）调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致(2)调幅度ma反映了调幅的强弱程度，可以看出：一般m值越大调幅越深：ttmUucacAMcos)cos1(tUuccccostUucos)1(maxacmUUcU)1(minacmUU1M,,,1)(10a必须不大于普通调幅要求实际电路中必须避免包络失真过调幅时百分之百最大调幅时未调幅时aaammm1ma1maminmaxminmaxminmaxUUUU21caUUUm第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)（1）由单一频率信号调幅tmtmtUttmUucacacccacAM)cos(21)cos(21coscos)cos1(含传输信息下边频分量含传输信息上边频分量不含传输信息载波分量:::)(ccc可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：普通调幅波的频谱Ω调制信号ωc载波调幅波ωc+Ω上边频caUm21ωc-Ω下边频caUm21cU频带宽度是Ω频带宽度是2Ω第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)同样含有三部分频率成份nncnnncnccnncnncncccnnncAMtmtmtUtmtmtUttmUu)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1含信息下边带含信息上边带不含信息载波分量)()(:ncncc(2)限带信号的调幅波Ωmaxωcω限带信号ωc载波ω调幅波ωc-Ωmax下边频带ωc+Ωmax上边频带ΩmaxΩmaxΩmax第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)LccRUP221caLcaPmRUmPP422122下边上边212accAMmPPPPP下边上边22am载波功率双边带功率42am载波功率单边带功率22222212aaaammmm平均总功率双边带功率2224aamm平均总功率单边带功率(2)上、下边带的平均功率：(3)在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率(4)边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：RL上消耗的载波功率：(1)调制波的功率那么调幅波各分量的功率为：设调幅波传输信号至负载电阻RL上，由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。但AM波调制方便，解调方便，便于接收。如当100%调制时(ma=1)，双边带功率为载波功率的，只占用了调幅波功率的，而当,213121maPc98PAM为了提高功率利用率,可以只发送两个边频分量而不发送载频分量,或者进一步仅发送其中一个边频分量,同样可以将调制信息包含在调幅信号中。这两种调幅方式分别称为抑制载波的双边带调幅(简称双边带调幅)和抑制载波的单边带调幅(简称单边带调幅),在以下两小节将分别给予介绍。第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)由于：tUtmtUttmUuccacccacAMcoscoscoscos)cos1(相加器乘法器AMu直流cuu乘法器相加器uAMucuAM信号的产生原理框图可见要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)普通调幅信号的解调方法解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。普通调幅信号的解调方法有两种,即包络检波和同步检波。1、包络检波。利用普通调幅信号的包络反映了调制信号波形变化这一特点,如能将包络提取出来,就可以恢复原来的调制信号。这就是包络检波的原理。t调幅波调幅波频谱ωc+Ωωc-Ωωcω输出信号频谱Ωω包络检波输出t非线形电路低通滤波器t调幅波t调幅波t调幅波包络检波输出t包络检波输出t包络检波输出t第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)设输入普通调幅信号uAM(t),原理图中非线性器件工作在开关状态,其特性可用第5章第5.3节式(5.3.5)那样的单向开关函数来表示,则非线性器件输出电流为:tnncnn)12cos()12(2)1(21tcos)tcosM1(gU)t(K)t(gu)t(i11cacmc1AM0g是非线性器件伏安特性曲线斜率。可见io中含有直流,Ω,ωc,ωc±Ω以及其它许多组合频率分量,其中的低频分量是:)cos1(1tMgUacm第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)用低通滤波器取出io中这一低频分量,滤除ωc-Ω及其以上的高频分量,同时用隔直流电容滤除直流分量,就可以恢复与原调制信号uΩ(t)成正比的单频信号了。原理图中的非线性器件可以用晶体二极管,也可以用晶体三极管。非线形电路低通滤波器第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)(2)同步检波。同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相(或固定相位差)的信号,称为同步信号。同步检波可由乘法器和低通滤波器实现,其原理见图6.2.6。图6.2.6同步检波原理图第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)设输入普通调幅信号uAM(t)仍如式(6.2.1)所示,乘法器另一输入同步信号为:ttMUUktutuktucarmcmrAM2220cos)cos1()()()(2)2cos(2)2cos(2coscos122tMtMttMUUkcacacarmcmur(t)=Urmcosωct则乘法器输出为:可见,输出信号中含有直流,Ω,2ωc,2ωc±Ω几个频率分量。用低通滤波器取出直流和Ω分量,再去掉直流分量,就可恢复原调制信号。第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)如果同步信号与发射端载波同频不同相,有一相位差θ,即ur=Urmcos(ωct+θ)则乘法器输出中的Ω分量为k2UcmUrmMacosθcosΩt。若θ是一常数,即同步信号与发射端载波的相位差始终保持恒定,则解调出来的Ω分量仍与原调制信号成正比,只不过振幅有所减小。当然θ≠90°,否则cosθ=0,Ω分量也就为零了。若θ是随时间变化的,即同步信号与发射端载波之间的相位差不稳定,则解调出来的Ω分量就不能正确反映调制信号了。如果同步信号与发射端载波不同频，有一角频率差Δω,即ur=Urmcos(ωct+Δωt)则乘法器输出中的Ω分量为k2UcmUrmMacosΔωtcosΩt已不再与调制信号成线性关系。2121产生与发射端载波同频同相的同步信号是进行同步检波的前提条件第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)在AM调制过程中，如果将载波分量抑制就形成抑制载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号直接相乘得到，即：ttUkUttUkUucccDSB)cos()cos(21coscos00nncnnncnccnnncDSBtUtUkUttUkUu)cos()cos(21coscos调制信号为单一频率信号：调制信号为限带信号的调制：)()(tutkuucDSB6.2.2双边带(doublesidebandDSB)调幅方式１、数学表达式第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)2.波形与频谱tUcos(1)DSB信号的包络正比于调制信号，即其包络不能反映调制信号。(2)DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。所以,在正负半周交界处,uDSB(t)有180°相位突变。(3)DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。maxmax22FB(4)占用频带调制信号载波c上边频下边频第6章模拟调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)图6.2.7双边带调幅波形与频谱第6章模拟调幅、检波与混频电