第四章 振幅调制与解调_2010

1第四章振幅调制与解调§4-1概述§4-2振幅调制的基本特性和实现方法§4-3模拟相乘器§4-6检波器§4-5振幅调制电路§4-4混频器2第四章振幅调制、解调与混频电路§4-1概述振幅调制、解调及混频电路是通信系统中的基本单元电路。这三种电路具有相同的基本特征—都属于频谱的线性搬移电路。频谱的线性搬移:信号频谱无失真的在频率轴上搬移31频谱搬移电路的特性非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示非线性器件主振带通f0,2Fmax调制信号f0ff0fmaxf02f0ff0f(a)调幅原理中放来非线性器件低通Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f(b)检波原理4非线性器件主振带通f0,2Fmax调制信号f0ff0fmaxf02f0ff0f(a)调幅原理5中放来非线性器件低通Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f(b)检波原理6非线性器件主振带通f0,2Fmax调制信号f0ff0fmaxf02f0ff0f7非线性器件本振带通fi,2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffif…fif(c)混频原理82)从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于所谓的线性频率变换。1)它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率分量。3)频谱的横向平移从时域角度看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以用乘法电路实现。非线性器件本振带通fi,2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffif…fif(c)混频原理9振幅调制原理一、概述调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波(正弦波)调制和脉冲调制。连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度A，频率或相位。因而有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)三种方式。10本章以调制信号为模拟信号的连续波调制为例进行讨论，其结论也适合于数字调制用调制的信号控制高频信号某个物理量（幅度、频率、相位）实现频率变换的过程称为调制；解调是调制的逆过程Ω●{调制类型连续波调制{{（载波为高频正弦波）脉冲波调制波（载波为脉冲波)调幅调频调相调幅调相调宽1.调制与解调的方式什么是调制？为什么要进行调制？11调幅用控制高频振荡幅度检波瞬时振幅调频用控制高频频率鉴频瞬时频率调相用控制高频相位鉴相瞬时相位2.振幅调制与检波的本质3.调幅与检波的实现方法是实现频谱线性搬移，可以用相乘器实现之。ΩΩΩ()()()VtVkttmcmfΩΩ▲●方式▲▲12①进行频率变换，将低频的基带信号变换成适合天线发射的高频信号。3000Hz波长：100Km100MHz波长：3m②可以实现多路复用，提高频带利用率。132.分类：1.定义：从时域上看，载波电压（或电流）的振幅随调制信号的变化规律而变化。从频域上看，振幅调制是将调制信号的频谱搬移到载波一侧或两侧。{按波形分类普通调幅波（或称标准调幅波）（AM）双边带调制波(DSB)单边带调制波（SSB）§4-2振幅调制的基本特性和实现方法一、振幅调制的定义和分类14重点讨论低电平调制电路低电平调制电路二极管调制器晶体管调制器集成模拟调制器15二、调幅波的基本特性（以单音调制为例说明）载波信号调制信号1.AM波基本特性①表示方法i波形实现AM波的关键是在调制之前必须在调制信号上叠加一个直流电压ΩmcosVtΩii数学表达式AMmCcmmC()cos(cos)cosaVttVkVttΩAMmCcmC()cos[()]cosaVttVkVtt单音16max(1)mcmaVVMmaxminmaxmin1ammmacmmmkVVVMVVV≤min(1)mcmaVVM称振幅调制的调制度(或称调幅度)AMmCcmC()cos(1cos)cosaVttVMttΩcm(1cos)VMtaΩ是调幅信号的振幅，它反映了调制信号的变化，称为调幅信号的包络Ma一般小于1，如果Ma1，将发生过调幅现象17标准调幅波18iv矢量表示iii频谱表示CCcmAMcmcoscos()2aMVVttΩcCmcos()2aMVtΩ电压振幅19Vi多音调制假设调制信号是一个多音信号，max1()cosnmnntVntmaxmaxmax//nFFmaxmax2FmaxAMcmCcmC1[()]cos[cos]cosnaamnnVkttVkVnttmaxC1coscosnamnnkVnttmax11[cos()cos()]2namnccnkVntnt其中频谱分析及频谱带宽BWam=2Fmax203.调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到max00–max0+max非正弦波调幅信号的频谱图由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频，幅度均等于oaVm21CCcmAMcmcoscos()2aMVVttΩcCmcos()2aMVtΩ21对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度B=2或B=2F(=2F)，对于多音频的调制信号，若其频率范围是，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍。224.普通调幅波的功率关系将作用在负载电阻R上载波功率每个边频功率(上边频或下边频)在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是因为ma≤1，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。调幅波中至少有2/3的功率不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。AMmCcmC()cos(1cos)cosaVttVMttΩ2VPRCm0L＝22MPPaSB0＝223③实现方法24调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。带通vAM(t)ov(t)V0(t)(a)普通调幅波实现框图v(t)vDSB(t)vo(t)(b)抑制载波的双边带调幅波v(t)vDSB(t)带通vSSB(t)vo(t)0+或0–(c)单边带调幅波实现框图原理框图如下：25从频谱结构上看，频率变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移，而不改变原来的频谱结构，因而都属于线性频率变换。从实现框图来看，都是利用非线性器件对输入信号频谱实行变换后产生新的频率分量，然后利用滤波器滤除无用的频率分量。频谱的横向平移从时域上看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘。从频域上看，频谱的平移取决于参考信号的频率。26单边带ii数学表达式（或）●●2.DSB，SSB的基本特性表示方法i波形双边带27iii频谱单边带双边带●●BW=2ΩBW=Ω②能量关系其中●●28④单边带调制实现方法i滤波法③双边带调制实现方法29为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？问题30ii移相法C1sinsin[cos()cos()]2ccttttΩC1coscos[cos()cos()]2ccttttΩ31移相法缺点移相网络必须准确地移相90°，对于载波信号，由于频率单一，容易做到准确地移相90°；而对于调制信号，如音频信号，假设其频率范围从300-3000Hz，最高频率与最低频率相差10倍，在如此宽的音频范围内难以做到都移相90°32iii修正移相滤波法说明：1为高载频，2为低载频，若要降低对第一次相乘滤波性能的要求，尽量选择低载频f2接近音频，这样滤波器可直接采用低通滤波器，取出下边带33上边带信号为12cos[()]t下边带信号为12cos[()]t优点仅对单一频率的载波信号进行移相操作，也就是移相网络工作在固定频率上。34⑤单边带调制的优缺点优点1、节约频带50%2、节省发射功率缺点收发设备较复杂35电压表达式普通调幅波tcos)tcosm1(V0a0载波被抑制双边带调幅波tcostcosVm00a单边带信号t)cos(V2m00a)t)cos(V2m(00a或波形图频谱图0-0+m0aVm210-0+m0aVm21信号带宽)2(2)2(2()20-0+表4-1三种振幅调制信号363.残留边带调幅0.75MHz6MHz1.25MHz6.25MHzfcf0.75MHz中频6.25MHzf0.75MHz50%(a)广播电视台系统发端滤波器特性(b)电视接收系统中频滤波器特性残留边带调幅(记为VSBAM)它在发射端发送一个完整的边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。37例题4-1已知调幅波的频谱如右图示1、写出已调波的数学表达式2、计算在负载R=1Ω上消耗的边带功率，总功率3、已调波的频带宽度2V0.5V0.5V1000999.81000.2f/KHz38例题4-2下图是用频率为1000KHz的载波信号同时传输两路信号的频谱图。试写出它的电压表达式，并画出相应的实现方框图。计算在单位负载上的平均功率P0和频谱宽度BWAM。5V2V0.5V0.5V0.2V0.2V1V10001010100710131030102710332V0.5V0.5V0.2V0.2V1V99099398797096797339解：首先从频谱图上的上下边带的对应关系中可以看出，这是一个调幅波的频谱，而且在幅度为2V，1V的谱线中也存在左右对应的频谱结构。40例题4-31212CC12有两路低频调制信号，（t）=sint,（t）=sint,分别对同一载波（t）=sint调幅。现要求下边带传（t）上边带传（t），试用移相法实现上述要求的电路方框图。41§4-1-2混频器一、混频概念和实现模式1.定义混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。fI=fL-fC或fI=fL+fC（其中fI表示中频频率，fL表示本振频率，fC表示载波频率。一般取差频）If2.框图与功能（以输入vs(t)为标准调幅波为例）①框图42本地振荡信号为高频等幅波CLcLILCICICffffffffffff或下混频上混频●●432为什么要混频？混频的优点：1)混频可提高接收机的灵敏度2)提高接收机的选择性3)工作稳定性好4)波段工作时其质量指标一致性好混频的缺点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰443.混频器的分类平衡混频、按器件分：二极管混频器、三极管混频器、三极管混频器、场效应管混频器、场效应管混频器模拟乘法器混频器按工作特点分：单管混频环型混频从两个输入信号在时域上的处理过程看：叠加型混频器、乘积型混频器454.混频器的性能指标1)变频(混频)增益：混频器输出中频电压Vim与输入信号电压Vsm的幅值之比。2)噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。3)选择性：抑制中频信号以外的干扰的能力。4)非线性干扰：抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量指标相互兼顾，整机取得良好的效果。461、非线性器件的相乘作用及其特性()ifvQ12VvvvQV23011221231212()()()()nnivvv