第六章频谱搬移

第6章振幅调制、解调与混频1第6章振幅调制、解调及混频6.1振幅调制6.2调幅信号的解调6.3混频6.4混频器的干扰思考题与习题第6章振幅调制、解调与混频2本章重点：各种频谱线性搬移电路的概念、原理、特点及实现方法。实用的频谱线性搬移电路。了解：第6章振幅调制、解调与混频3概述1．地位通信系统的基本电路。2．特点对电路中信号频谱进行的变换，电路有新频率成分产生。为此，需引用一些信号与频谱的概念。第6章振幅调制、解调与混频43．信号与频谱信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图。载波复音调制波单音调制波频谱波形表达式信号maxnmnn1u(t)Ucosntu(t)UcosΩtccmcu(t)Ucost第6章振幅调制、解调与混频54．两种类型的频谱变换电路①频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。例：振幅调制、解调、混频电路(本章讨论)。特点：仅频谱搬移，不产生新的频谱分量。②频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进行特定的非线性变换。例：频率调制与解调电路(第7章讨论)。特点：产生新的频谱分量。第6章振幅调制、解调与混频6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。(SSB)：抑制载波的单边带调制。振幅调制的三种方式：(AM)：普通的调幅；(DSB)：抑制载波的双边带调制；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。什么是振幅调制？第一节振幅调制第6章振幅调制、解调与混频7uΩ=UΩcosΩt（一）调幅波的分析1、表示式及波形设载波电压为:调制电压:uC=UCcosωct已调波振幅：)cos1(cos)(Δ)(aCΩaCCCmtmUtUkUtUUtU调幅度：CΩaCCaΔUUkUUm调幅信号表达式:AMmcCc()()cos(1cos)cosutUttUmtt第6章振幅调制、解调与混频8（一）调幅波的分析1、表示式及波形aΩCkUmU调幅信号表达式AMCcu(t)U(1mcost)costm1调制信号波形载波波形已调波波形波形表示第6章振幅调制、解调与混频9（一）调幅波的分析调幅信号表达式AMCcu(t)U(1mcost)costm1aΩCkUmU调制信号波形载波波形已调波波形波形表示第6章振幅调制、解调与混频10m1（一）调幅波的分析调幅信号表达式AMCcu(t)U(1mcost)costaΩCkUmU调制信号波形载波波形波形表示已调波波形过调制！第6章振幅调制、解调与混频11（一）调幅波的分析1、表示式及波形调幅信号表达式AMCcu(t)U(1mcost)cost连续频谱信号f(t)uAM(t)=UC［1+mf(t)］cosωct若调制信号为：1)cos()(nnnntUtf则调幅波表示式为：ttmUtunnnnc1CAMcos)cos(1)(式中，mn=kaUΩn/UC第6章振幅调制、解调与混频12（一）调幅波的分析1、表示式及波形连续频谱信号f(t)调幅波表达式:uAM(t)=UC［1+mf(t)］cosωct调制信号已调波第6章振幅调制、解调与混频13（一）调幅波的分析1、表示式及波形AM信号的产生原理图或第6章振幅调制、解调与混频142、调幅波的频谱调幅波的三角展开：AMCcCcCc()coscos()2cos()2utUtmUtmUt带宽BAM＝2F分析：单频调制(1)频谱的中心分量；(2)两个边频分量；这说明调制信号的幅度及频率消息只含于边频分量中。调制信号频谱载波频谱已调波频谱第6章振幅调制、解调与混频152、调幅波的频谱BAM=2Fmax信号带宽是决定无线电台频率间隔的主要因素，如通常广播电台规定的带宽为9kHz，VHF电台的带宽为25kHz。多频调制AM信号占用带宽：调制信号频谱已调波频谱第6章振幅调制、解调与混频163、调幅波的功率载波功率2CcL2UPR上下边频的平均功率24cmP边频PAM信号的平均功率21dπ212cππavmPtPPAMCcu(t)U(1mcost)cost设：负载电阻RL两边频功率与载波功率的比值：22m载波功率边频功率第6章振幅调制、解调与混频17例6-1已知已调幅信号的频谱图如图所示。2V0.3V0.3V1031000.1f(kHz)999.91)写出已调信号电压的数学表达式：2)计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及已调波的频带宽度。解：1)根据频谱图知3.023.021aooamVVVVm因此vAM(t)=2(1+0.3cos2102)cos2106t(V)。2)载波功率)W(2221RV21P22oOT双边带功率)W(09.023.021Pm21P2oT2aDSB总功率)W(09.209.02PPPDSBoTAM已调波的频带宽度200F2BAM(Hz)第6章振幅调制、解调与混频18AM波的缺点：（一）调幅波的分析特别是AM波解调很简单，便于接收。功率浪费大，效率低。AM波的优点：（1）设备简单。（2）AM占用的频带窄。第6章振幅调制、解调与混频19（二）双边带信号1.表达式DSBCcu(t)kUUcostcostcg(t)costf(t)Ucost当时表达式为：DSBCu(t)kf(t)u第6章振幅调制、解调与混频20（二）双边带信号2.波形调制信号波形载波波形已调波波形相位跳变！第6章振幅调制、解调与混频21（二）双边带信号与AM波相比，DSB信号的特点: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)|。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°。(1)包络不同。(2)180。相位跳变。（3）DSB信号只有上、下两个边频带，所占频谱宽度为max2DSBBWF，maxmax2F与AM信号具有相同的带宽。第6章振幅调制、解调与混频222.单边带调幅波上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。t)cos(Vm21)t(Vooat)cos(Vm21)t(Vooa其表达式为：或maxSSBFB其频带宽度为：上边频下边频第6章振幅调制、解调与混频23单边带调幅波的波形tVv000costVvcost)cos(Vm21)t(Vooa下边频单边带调幅波的频谱第6章振幅调制、解调与混频24（三）单边带信号语音调制的SSB信号频谱第6章振幅调制、解调与混频25（三）单边带信号SSB波的优点：（1）功率利用率高。（2）频带利用充分。BSSB≈Fm目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。第6章振幅调制、解调与混频26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00(cos())2amVt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6-1三种振幅调制信号tvo第6章振幅调制、解调与混频27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：6.3.1概述6.3振幅调制方法与电路第6章振幅调制、解调与混频28高电平调幅电路一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。低电平调幅电路一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。按调制电路输出功率的高低可分为：第6章振幅调制、解调与混频291.简单的二极管调幅电路+–CLR+–vov+–vo+–vDi二极管调幅电路调制信号和载波信号相加后，通过二极管非线性特性的变换，在电流i中产生了各种组合频率分量，将谐振回路调谐于ω0，便能取出和的成分，这便是普通调幅波。(1)平方律调幅－二极管信号较小时的工作状态3D32D2D10vavavaaitcosVtcosVc000Dvvv当vD很小时，级数可只取前四项6.3.2低电平调幅电路第6章振幅调制、解调与混频30利用三角公式展开，并分类整理，可得}tcosVtcosV{0010aait2cos1V21tcostcosVVt2cos1V2120000202at3costcos3V4100303a]t2cos21t2cos21t[cosVV230020]t2cos21t2cos21t[cosVV23000220t3costcos3V413第6章振幅调制、解调与混频31ω0300320020010)coscos()coscos()coscos(tVtVtVtVtVtVaaaai)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2033312343第6章振幅调制、解调与混频3220020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。ω0)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2033312343第6章振幅调制、解调与混频33经分类整理可知：是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是项。020]cos21[)(]cos[coscos)(1210002001tVaaVatvttVVatVatv经滤波后平方律调幅器数学表达式:平方律调幅器的调制度：Vaama122第6章振幅调制、解调与混频34(2).平衡调幅器平衡调制是由两个简单的二极管调幅电路对称连接组成。载波成分由于对称而被抵消，在输出中不再出现，因而平衡调制器是产生DSB和SSB信号的基本电路。。+–D1Tr11:12+–+–vv+–vD2+–D2Tr3Tr221:1voviLi1i2vD1i1i2+–+–+–vvRDD2RD2RL2RLvo单管调幅器频谱中所含的直流分量、载波分量以及载波的各次谐波分量，在平衡调制器里都被抑制掉了。平衡调制器原理图及其等效电路第6章振幅调制、解调与混频35如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式20020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai120020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai2总的输出电流总的输出电压21iiiRo21iivω0)(222020VVaa022022Va