第6章 振幅调制、 解调及混频1

高频电路原理与分析——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(重点)6.2调幅信号的解调(重点)6.3混频(重点)6.4混频器的干扰高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频振幅调制的基本概念：调制电路调制信号uΩ载波信号uC已调波信号高频振荡信号（正弦波、非正弦波）低频信号（声音、图像等转化而成）振幅调制：用调制信号控制载波振幅，使之按调制信号的规律变化（线性）三种方式：普通调幅方式——调幅波（AM波）抑制载波的双边带调制——双边带信号（DSB波）抑制载波的单边带调制——单边带信号（SSB波）高频（uAM，uFM，uPM）高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频6.1振幅调制载波电压：调制电压为单一频率余弦信号：6.1.1振幅调制信号分析1.调幅波的分析1)AM信号表示式ωcΩ已调波信号振幅：Um(t)=UC+ΔUC(t)=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)CaCCUkUmUU——调幅度（调制度）ka——调制灵敏度高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频调幅波信号：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct2）调幅波信号波形高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频调幅波信号：()[1()]cosAMCcutUmftt调制信号为一连续频谱信号：f（t）——均值为零的归一化信号实际调制信号的调幅波形：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频3)调制信号为单一频率的正弦波时：调制信号频谱：载波信号频谱：AM信号频谱：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频语音频谱：多频调制情况下：已调信号频谱：——以语音信号为例高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频AM信号的产生原理图：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωctuAM(t)=mcosΩtUCcosωct+UCcosωct高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频负载电阻RL上消耗的载波功率：负载电阻RL上,一个载波周期内调幅波消耗的功率：4）调幅波的功率每个边频（上、下边频）平均功率：调幅波的最大功率和最小功率：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频边频PPPcav2两个边频总功率载波功率22m边频功率、载波功率、AM波平均功率的关系：AM调制方式中：载波功率（不含调制信号）占总功率的2/3以上；边频总功率（含调制信号）小于总功率的1/3功率浪费大，效率低AM信号的平均功率：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频单一正弦信号uΩ=UΩcosΩt调制时：2.双边带信号(DSB)双边带信号——在AM调制过程中，将载波抑制就形成抑制载波双边带信号()coscos()cos()22AMCcCcCcmmutUtUtUt调制信号为一连续频谱信号：f（t）高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频双边带调制时的频谱：调制信号频谱：载波信号频谱：DSB信号频谱：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频单频调制时，uDSB（t）=kuuΩuC取下边带时：3.单边带信号(SSB)单边带信号——由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带，在调制过程中，直接将一个边带抵消而成。取上边带时：单音调制的SSB信号波形：ttUkUtUkUtuccCcCDSB)cos()cos(2cos)(高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频设双音频振幅相等Ω2＞Ω1时，受uΩ调制的双边带信号：双音调制时产生的SSB信号取上边带：取下边带：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频等幅双音信号频谱：SSB信号频谱：等幅双音信号波形：SSB信号波形：121cos()cos()424SSBccUUutt高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频语音调制的SSB信号频谱DSB频谱：上边带频谱：下边带频谱：语音信号频谱：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频uΩ(t)=f(t)，即一般情况下的SSB信号表达式：^()cos()sinSSBccufttftt单音调制SSB信号的另一种表达式：上边带：uSSB(t)=UcosΩtcosωct-UsinΩtsinωct下边带：uSSB(t)=UcosΩtcosωct+UsinΩtsinωct——希尔伯特变换的傅里叶变换：)(ˆtf高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频希尔伯特变换网络及其传递函数：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频6.1.2振幅调制电路1.AM高电平调制——功放和调制合二为一，调制后不需再放大主要用于形成AM信号低电平调制——功放和调制分开，调制后需放大主要用于形成FM、DSB、SSB信号1)高电平调制高频功放的调制特性基极调幅、集电极调幅、集电极基极(或发射极)组合调幅。基本思想：通过改变功放晶体管的某一电极的直流电压以控制集电极高频电流的振幅高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频集电极调幅功放工作在过压状态，集电极电流的基波分量振幅Ic1与集电极偏置电压Ec成线性关系——集电极调制特性高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频集电极调幅电路：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频基极调幅——基极调制特性功放工作在欠压状态，集电极电流的基波分量振幅Ic1与集电极偏置电压Eb成线性关系高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频当UCUΩ时：2)低电平调制（1）二极管电路——单二极管电路、平衡二极管电路单二极管电路：集电极滤波回路：中心频率为wc，带宽为2Ω2()()DDDDigtugKtu高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频tUgtUtttgiccDcccDDcoscos5cos543cos34cos4当UCUΩ时：tURgttURguccLDcLDocoscoscos4二极管平衡电路：集电极滤波回路：中心频率为wc，带宽为2Ω若将uC加至u1，uΩ加到u2：cDDuutKgi)(2滤波后的输出电压：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频（2）差分对电路0(1)tanh()2bAoeTuuiIEV若将uC加至uA，uΩ加到uB：m=UΩ/Ee，x=UC／VT集电极滤波回路：中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL,01()(1cos)cosoLcuIRxmtt滤波后的输出电压：单差分对：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频差分对AM调制器的输出波形：01()(1cos)cosoLcuIRxmtt0tuΩ载波信号高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频双差分对电路：利用模拟乘法器产生AM信号UA，UB26mVttUEVUIicQTcoscos400高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频二极管平衡电路、二极管环形电路2.DSB调制电路——一般采用低电平调制（1）二极管调制电路二极管平衡电路：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频iL中包含频率分量：F、fc±F，(2n+1)fc±F(n=1,2,…)22cos()cos()4coscosoLDcLDcLDcuRgUtRgUtRgUtt输出电压：输出滤波器：中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL2()22coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDcDDcDcDcDcigKtugUtgUtgUtgUtgUt高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频二极管平衡调制器波形：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频平衡调制器的一种实际线路：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频u1=uΩ，u2=uC经滤波后：二极管双平衡调制器（环形调制器）：ttUgRucDLocoscos8高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频双平衡调制器波形：utKgicDL)(21utKgicDL)(22高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频双桥构成的环形调制器：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频线性通道：uC，非线性通道：uΩ经滤波后的输出电压uo(t)：01()()coscoscoscosoLcocutIRmxttUtt（2双端输出电流io(t)：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频差分对DSB调制器的波形：调制信号高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频若UΩ、UC均很小：双差分对电路：差动输出电流：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频3.SSB调制电路——滤波法、移相法1）滤波法工作原理：ttUkUtUkUtuccCcCDSB)cos()cos(2cos)(取下边带时：取上边带时：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频阻带40通带阻带过滤带b/dB0fcfc＋Fminfc－Fminfc＋Fmaxf对边带滤波器要求高：(1)通带、阻带间有陡峭的过渡衰减特性(2)通带内衰减小、衰减变化小衰减40dB高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频滤波法产生SSB的发射机框图：在低于工作频率上调制上变频搬移到工作频率高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频2）移相法——省去边带滤波器——依据单边带调幅信号的时域表达式uΩ(t)=f(t)^()cos()sinSSBccufttftt上边带：uSSB(t)=UcosΩtcosωct-UsinΩtsinωct下边带：uSSB(t)=UcosΩtcosωct+UsinΩtsinωct下边带：上边带：uΩ(t)=UΩcosΩt高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频移相法框图：^()cos()sinSSBccufttftt高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频基本思想：利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的相移，在相加时抵消一个边带而获得SSB信号需满足下列两个条件：(1)两个调制器输出的振幅完全相同(2)移相网络须对载频及调制信号精确的π／2相移。高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频调幅广播接收机组成：调幅广播发射机组成：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频解调（检波）：从高频已调波信号中恢复出调制信号的过程。调幅信号的解调：6.2从时域上看：从高频已调波信号幅度变化上提取调制信号的过程。从频域上看：将高频信号搬移到低频端，是频谱的线性搬移。高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频概念——解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法，只适用于AM波6.2.1调幅解调的方法分类：峰值包络检波、平均包络检波包络检波、同步检波1、包络检波高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频原理：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频同步解调器的框图：2、同步检波与载波电压同步DSB：SSB：适用于DSB波、SSB波、AM波（很少采用）高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频同步检波分类：乘积型、叠加型乘积型：叠加型：高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频6.2.21．工作原理原理电路：RC低通滤波器输入回路末级中放RC网络作用：1）检波器负载；2）高频电流旁路，低频开路RC网络满足的条件：——AM波解调非线性器件高频电路原理与分析——第6章振幅调制、解调及混频理想情况下：对高频，电