频谱搬移电路的基本工作原理

114.2.1振幅调制简述4.2.2调幅波的数学表示式、波形与频谱4.2.3普通调幅波的功率---引出双边带与单边带4.2频谱搬移电路的基本工作原理(振幅调制电路、振幅解调电路、混频电路）4.2.4典型的振幅调制电路框图4.2.7本节小结2020/7/194.2.5振幅解调概念、波形与频谱示意图4.2.6混频概念、波形与频谱示意图22将要传送的基带信号装载到某一高频载频信号上，使其振幅受调制的过程。高频振荡高频放大话筒声音缓冲发射天线倍频调制音频放大2.定义4.2.1振幅调制简述1.框图2020/7/19331.普通调幅波的数学表示式对一般的调幅波,通常满足ωcΩ。根据振幅调制信号的定义,已调信号的振幅随调制信号uΩ线性变化。载波信号：tV000cosv调制信号：tVcosv按调幅信号（已调波）定义：ttV0mAMcos)(v由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：tVkVtVcos)(a0m，式中ak为比例常数,与两信号在电路接入端有关，见下页图示即：)cos1()cos1()(a00a0mtmVtVVkVtV4.2.2调幅波的数学表示式、波形与频谱2020/7/194典型的振幅调制电路4集电极调幅电路2020/7/19晶体三极管基极调幅电路ak为比例常数,与两个信号在电路中接入端是否相同有关同一个端输入两个信号在,1ak1ak551.普通调幅波的数学表示式载波信号：tV000cosv调制信号：tVcosv已知：)cos1()cos1()(a00a0mtmVtVVkVtV式中ma设为调制度，0aaVVkm假设：常用百分比数表示。ttmV0a0AMcos)cos1(v4.2.2.1调幅波的数学表示式2020/7/19上式为普通调幅波的数学表示式66普通AM波的三种情况AM的三种情况(见下图)：Mα＞1：过调制，波形已失真（包络不能如实反映基带信号幅度），不用Mα＝1：临界调制（与失真仅一线之隔，参数略有变化就失真，也不用）；Mα＜1：正常调幅，最常用（实验时一般Mα：20%——40%）假设:MαVm-----假设-uAM(t)=Vmcosωct=2(1+MαcosΩt)cosωctΩt00900180027003600cosΩt10—101Mα＝1：42024Mα＞1—设Mα=3；82-428Mα＜1，设Mα＝0.22.421.622.4ttMttMV0a0a0AMcos)cos1(2cos)cos1(v2020/7/1977波形示意图tV000cosvΩtVcosv0am10am1am1am正常波形的Mα为：0.2~0.5（20%~50%）Mα1：正常调制，Mα＞1：过调制，Mα＝1：临界调制ut0(a)(b)(c)(d)(e)uCttttm＜1uAM(t)UcmUc000uAM(t)m＝1m＞1uAM(t)0理论波形图实际波形图2020/7/1988)1(aomaxmVVoV)1(aominmVV)cos1()(a0mtMVtV调幅波通式：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反映了调幅的强弱度4.2.2.2调幅波的典型波形这里：Ma设为调制度，且Mα1为正常调制2020/7/1999（1）由单一频率基带信号调幅tΩmtΩmtVtΩtmVt)cos(21)cos(21coscos)cos1()(0a0a000a0AMvΩ调制信号ω0载波调幅波ω0+Ω上边频ω0-Ω下边频4.2.2.3.普通调幅波的频谱图频率：ω0，ω0±Ω载波幅度：V0边频幅度：0a21VM★Ma一般为0.2~0.5，边频幅度小2020/7/19101000maxVVVm上图由非正弦波调制所得到的调幅波0min0VVVm下由非正弦波（多音）调制所得到的调幅波(b)uAM(t)f(t)tt(a)包络未调制002020/7/19了解1111nnnnntmtmtVtmtΩmtVttΩmVt)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1)(0000000000nnnnnnnnnAMv信号带宽max2ΩBω0o调幅波调制信号载波多音调幅波信号的公式、频谱Ωmaxω0+Ωmax上边带ω0-Ωmax下边带2020/7/191212如果将普通调幅波输送功率至电阻R上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：ω00002Vma02Vma00VtΩtmVtooacos)cos1()(v载波功率:RVP20oT21上边频或下边频:oT2a20aSB2SB1412121PmRVmPP在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是oTaDSBoTAMPmPPP)211(24.2.3调幅波中的功率关系---引出双边带与单边带载波幅度：V0，0a21VM调幅波一般表达式：边频幅度：2020/7/191313由于Ma实际为0.2到0.5，所以载波本身虽不包含信号，但它的功率（PoT）却占整个调幅波功率的绝大部分。当ma＝1时，PoT＝(2/3)Po；当ma＝0.5时，PoT＝(8/9)Po；从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地包含调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。oT2aDSBoTAMPmPPP)211(ω00002Vma02Vma00V1、调幅波中的功率关系当ma＝0.2时，PoT＝(50/51)Po；2020/7/1914142221()2241(1)22CcLavcmUmPPRmPPdtPAM信号的平均功率边频由上式可以看出,AM波的总平均功率为载波功率与两个边带功率之和。而携带有用信号的功率只存在在两个边频功率上。P单边频P总2020/7/19效率为有用功与无用功相比，即P边频/P总=M2aP上边频+P下边频+P载波P单边频≈4=效率上、下边频的平均功率均为一般：Ma小于1，aM例如：=0.3：这时平均功率，说明oavPP05.1边频功率只占总功率的5%，可见发射效率极低。●解决的办法①双边带,抑制载波，即只发送两个边带。②单边带,不但抑制载波，还抑制一个边带，即只发送一个边带。③残留边带，发送一个边带和另一边带一部分。2020/7/19151616tΩtmVtooacoscos)(v•在调制过程中,将输出信号的载波抑制就形成了抑制载波的双边带信号,简称双边带信号。它可用载波与调制信号相乘得到,其表示式为2、双边带信号定义和公式•调制时,为了降低无用功率、提高效率，需将载波抑制，引出概念--------双边带信号（DSB）。2020/7/191717双边带调制时的频谱图0F(a)f0(b)ffcfc＋F0(c)f0-0+0a21Vm虚线表示无载波2020/7/191818图DSB信号波形u0(a)uCtuDSB(t)0t(b)(c)t00°180°0°U(t)＝Ucost由以上公式可以画出DSB信号波形和频谱图tΩtmVtooacoscos)(v2020/7/19注意DSB与AM波的不同，在90°处的跃变1919()cos()()cos()SSBcSSBcutUtutUt3单边带（SSB）信号公式•单边带（SSB）信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中,直接将一个边带抵消而成。•为了进一步提高效率，只需保留一个边带，引出概念--------单边带信号。2020/7/192020图单边带调制时的频谱搬移0F(a)f0(b)ffcfc＋F0(c)f2020/7/192121图单音调制的SSB信号波形uSSB(t)0tfc＋FU2020/7/1922三种振幅调制信号比较电压表达式普通调幅波tΩtmV0a0cos)cos1(载波被抑制双边带调幅波tΩtVm00acoscos单边带信号tΩVm)cos(200a)cos(2(00ΩtVma或波形图频谱图0-0+0a21Vm0-0+0a21Vm信号带宽)π2(2Ω)π2(2Ωπ2Ω0-0+理想效率小于10%50%100%2323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(电路)来完成频率变换。这里将调制信号vΩ与载波信号vω0加入非线性器件，然后通过中心频率为ω0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分。4.2.4AM信号的实现模型----工作原理2020/7/19图4.1.4AM信号的实现方框图具体原理与电路在第三节讲述2424从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。高频放大fsfs本地振荡fo混频fo–fs=fifi低频放大检波中频放大FF2020/7/19检波简述1.定义4.2.5振幅解调概念、波形与频谱示意图2525二极管检波器三极管检波器检波器件信号大小小信号检波器大信号检波器工作原理包络检波器同步检波器2.检波的分类2020/7/192626检波器的输入输出波形3检波器的输入输出波形2020/7/192727检波器检波前后的频谱4检波前后的频谱2020/7/192828非线性电路低通滤波器从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号输入AM信号检出包络信息2020/7/195典型的AM振幅解调框图-----包络检波29在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频率从fs变换为固定fi的过程称为变频或混频。高频放大fsfs本地振荡fo混频fo–fs=fifi低频放大检波中频放大FF（以调幅为例）在接收机中，fi称为中频。一般其值为其中fo是本地振荡频率。soifff定义:其中，fi大于fs的混频称为上混频，fi小于fs的混频称为下混频。4.2.6混频概念、波形与频谱示意图30波形经过混频器变频后，输出频率为soifffMHz)67.1(MHz)465.6165.2(～～MHz465.0混频的结果：较高的不同的载波频率变为固定的较低的载波频率，而振幅包络形状不变。4.2.6.混频器的波形频率举例：31图4.5.3.1变频前后的频谱图调幅是线性频率变换(一般是高本振)频谱搬移4.2.6混频器的频谱soifff其中，fi大于fs的混频称为上混频，fi小于fs的混频称为下混频。公式推导见调制章节32A.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。D.噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。C.选择性：抑制中频以外的信号的干扰的能力。B.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。（重点是中频干扰和镜像干扰）4.2.6.混频器的性能指标334.2.7本节小结4.2.1调幅概述332020/7/19调制：将基带信号不失真地装载到高频信号上。调制的原因：能量问题，切实可行的天线，频道复用、窄带传输易于实现等。调幅是将要传送的基带信号装载到某一高频载频信号上，使其振幅受调制的过程。调幅的三种方法：AM、DSB、SSB3434)1(aomaxmVVoV)1(aominmVV)cos1()(a0mtmVtV调幅波通式：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反映了调幅的强弱度2020/7/190aaVVkm4.2.2调幅波的数学表示式、波形354.2.2调幅波的波形35ut0(a)(b)(c)(d)(e)uCttttm＜1uAM(t)UcmUc000uAM(t)m＝1m＞1uAM(t)0U0F(a)fUc0(b)ffc10(c)ffcfc＋Ffc－F2Fm/2m/2三种Ma的值对应的波形2020/7/19Ma一般为0.2----0.53636如果将普通调幅波输送功率至