振幅调制解调及混频电路

5.1概述5.2振幅调制原理及特性5.4调幅信号的解调第5章振幅调制、解调及混频5.5混频器原理及电路5.3振幅调制电路(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）属于频谱线性搬移电路(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。5．1概述休息1休息2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。休息1休息25.2振幅调制原理及特性一、振幅调制信号分析二、双边带信号三、单边带信号返回休息1休息2（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返回5.2.1标准振幅调制（AM）信号分析休息1休息2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[2、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：caUUUmminmax21一般m值越大调幅越深：ttmUucacAMcos)cos1(tUuccccostUucos)1(maxacmUUcU)1(minacmUU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,,1)(10aaammm返回休息1休息21ma1ma仿真（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：3、调幅波的频谱Ω调制信号ωc载波调幅波返回ωc+Ω上边频caUm21ωc-Ω下边频caUm21cU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)限带信号的调幅波返回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由于：tUtmtUttmUuccacccacAMcoscoscoscos)cos1(相加器乘法器AMu直流cuu乘法器相加器uAMucu4、AM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。仿真返回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)5、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休息1休息2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5.2.2双边带(doublesidebandDSB)调幅信号１、数学表达式返回休息1休息22.波形与频谱5.2.2双边带(doublesidebandDSB)调幅信号tUcos(1)DSB信号的包络正比于调制信号(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。(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上边频下边频仿真返回休息1休息2ttUkUtucccDSB)cos()cos(21)(tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)(tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)(单边带(SSB)信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的表示式为：上边带信号下边带信号5.2.3单边带(singlesidebandSSB)信号返回休息1休息21.SSB信号的性质在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（SSB）调制系统Ωmaxω限带信号ωc载波ωc-Ωmax下边频带信号ωωc+Ωmax上边频带信号ωωc+Ωmaxωc-ΩmaxttUkUtucccDSB)cos()cos(21)(tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)(tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)(由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，如：上边带信号下边带信号2.单边带调幅信号的实现上边带滤波器SSBUu下边带滤波器SSBLu乘法器ucuDSBu返回休息1休息2(1)滤波法有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法：下边频带信号ωωDSB信号ωc-Ωmaxωc+Ωmax上边频带信号ωωc+Ωmaxωc-Ωmax另外由三角公式：(2)相移法ttUttUtuccSSBUsinsincoscos)(ttUttUtuccSSBLsinsincoscos)(利用上三角公式的实现电路如下图所示：tUcosSSBUuSSBLutUcccos乘法器乘法器９00相移９00相移加法器减法器••••tUccsintUsin返回休息1休息2仿真移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对某一固定的单频率信号移相900，从而回避了难以在宽带内准确移相900的缺点。(3)移相滤波法移相滤波法实现单边带调幅的电路框图返回休息1休息2uΩ=sinΩtu=sinω1t单频信号uc=sinωct载波u1=sinΩtsinω1tu2=sinΩtcosω1tu3=cos(ω1-Ω)tu4=sin(ω1-Ω)tu5=cos(ω1-Ω)tsinωctu6=sin(ω1-Ω)tcosωct+乘法器900移相低通滤波乘法器低通滤波乘法器900移相乘法器相加器相减器-u5+u6u5-u6相加器输出电压：uSSBL=u5+u6=sin[(ωc+ω1)-Ω]t=sin[ωc1-Ω]t相减器输出电压：uSSBU=u5-u6=sin[(ωc-ω1)+Ω]t=sin[ωc2+Ω]t5.3振幅调制电路5.3.1低电平调幅电路5.3.2高电平调幅电路1.二极管调幅电路2.集成模拟乘法器调幅电路1.集电极调幅电路返回2.基极调幅电路通常分为：调频调幅信号调相调幅信号纯调幅信号,)sinsincos(cos:,coscos:cos)cos1(:ttttUuSSBttUkUuDSBttmUuAMccSSBccDSBccAM5.3振幅调制电路三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。具体的说调制可分为高电平调制：功放和调制同时进行，主要用于AM信号。低电平调制：先调制后功放，主要用于DSB、SSB以及FM信号。5.3.1低电平调幅电路低电平调幅电路常采用第4章介绍的频率变换电路来实现二极管调幅电路集成模拟乘法器调幅电路信号可产生平衡二极管电路信号都可产生单二极管电路DSBAM如下图所示的电路设:tUumcostUuccmccosmcmUUdddutSgi)(dLdLdLutSZgZiu)(0001)(ccuutStUtUuccmmdcoscos(1)单二极管电路且则回路电流:LddZrg1而1.二极管调幅电路tUtUttZguccmmccLdLcoscos...3cos32cos221的频谱成份：diccnn122,,0Ωωc2ωc3ωc)(tuLc2B如果选频回路工作在处，且带宽为而谐振时的负载电阻为RL，则输出电压为：ttmUttUURUgttRUgtRUgtucccmmLcmdoccLmdoLcmdoLcoscos1coscos4121coscos1cos21)(00为一个AM信号仿真cc返回休息1休息2B=2ΩVDusuc+-+-RLLCid+-uL+-udZLLddoRrg1上半部分与下半部分电路对称其等效电路如右图所示。1电路结构：(2)二极管平衡电路2工作原理分析：设：mcmccmcmUUtUutUu且coscos22211121)()()()()()(ddddddcdcdutSgiutSgitutuututuu式中LdddRrgg2121而0001)(ccuutSLdLLdLRiuRiu22112;2)()(4))((2)(2212121tutSgRuutSgRiiRuuudLdddLddLLLL继续反回仿真休息1休息2tUttgRumccdLLcos...3cos32cos