高频电子线路振幅调制

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•6.2调幅信号的解调•6.3混频•6.4混频器的干扰第6章振幅调制、解调及混频6.1振幅调制•调制，就是用调制信号去控制载波某个参数的过程。•调制信号是由原始消息(如声音、图像)转变成的低频或视频信号。•未受调制的高频振荡信号称为载波，是周期性信号。受调后的振荡波称为已调波。•解调则是调制的逆过程，是将载于高频振荡信号上的调制信号恢复出来的过程。•振幅调制三种方式：AM、DSB－SC、SSB－SC第6章振幅调制、解调及混频•6.1.1振幅调制信号分析•1.调幅波的分析•1)表示式及波形•设载波电压为coscosCCcuUtuUt调制电压为（6―1）（6―2）通常满足ωcΩ第6章振幅调制、解调及混频•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,由此可得振幅调制信号振幅Um(t):Um(t)=UC+ΔUC(t)=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)ΔUC(t)与调制电压uΩ成正比,其振幅ΔUC=kaUΩ与载波振幅之比称为调幅度（调制度）CaCCUkUmUU第6章振幅调制、解调及混频•ka为比例系数,又称为调制灵敏度。•调幅信号的表达式uAM(t)=Um(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωctCaCCUkUmUU第6章振幅调制、解调及混频图6―1AM调制过程中的信号波形第6章振幅调制、解调及混频图6―2实际调制信号的调幅波形(b)uAM(t)f(t)tt(a)包络未调制00第6章振幅调制、解调及混频•调幅信号的表达式uAM(t)=Um(t)cosωct=UC(1+mCosΩt)cosωct•对于连续频谱信号f（t）,可用下式来描述调幅波:()[1()]cosAMCcutUmftt第6章振幅调制、解调及混频•f（t）是均值为零的调制信号,|f（t）|max=1若将调制信号分解为11()cos()()[1cos()]cosnnnnAMCnnncnftUtutUUtt则调幅波表示式为()[1()]cosAMCcutUmftt第6章振幅调制、解调及混频•调幅信号的表达式uAM(t)=Um(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct图6―3AM信号的产生原理图＋×uAMucu常数(a)＋×uAMucu(b)第6章振幅调制、解调及混频2)在单一频率的正弦信号的调制情况下,调幅波公式展开,可得结果:•单频调制的调幅波包含三个频率分量，它是由三个高频正弦波叠加而成.•两个边频分量以载频为中心对称分布，两个边频幅度相等并与调制信号幅度成正比。•边频相对于载频的位置仅取决于调制信号的频率。()[1ccoscosos]cos()cos()22CcAMCCcCccutUmmmUtUtUttt第6章振幅调制、解调及混频图6―4单音调制时已调波的频谱（a）调制信号频谱（b）载波信号频谱c）AM信号频谱U0F(a)fUc0(b)ffc10(c)ffcfc＋Ffc－F2Fm/2m/222ACaCCMBUkFUUUFm宽：＝＝带第6章振幅调制、解调及混频图6―5（a）语音频谱（b）已调信号频谱振幅0(a)f/Hz3003400振幅0(b)f/Hzfc＋3400fc－3400fc在多频调制情况下，各个低频频率分量所引起的边频对组成了上、下两个边带。maxmax22AMBFF＝＝带宽：第6章振幅调制、解调及混频•3）•在负载电阻RL上消耗的载波功率为2222222221221()1(1cos)cos221(1cos)2(1cos)CCccLLAMcCccLLCLcuUPdtRRutPdtUmttdtRRUmtPmRt(6―9)(6―10)在负载电阻RL上,一个载波周期内调幅波消耗的功率为第6章振幅调制、解调及混频•P是调制信号的函数,是随时间变化的。上、下边频的平均功率均为2221()2241(1)22CcLavcmUmPPRmPPdtP变频(6―11)(6―12)AM信号的平均功率AM波的平均功率为载波功率与两个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为22m变频功率载波频率(6―13)第6章振幅调制、解调及混频•可以得到调幅波的最大功率和最小功率,它们分别对应调制信号的最大值和最小值为:2max2min(1)(1)ccPPmPPm(6―14)2(1cos)cpPmt由：在普通的AM调制方式中，载频与边带一起发送，不携带调制信号分量的载频占去了2/3以上的功率．而带有信息的边频功率不到总功率的1/3，功率浪费大，效率低。第6章振幅调制、解调及混频•2.•在调制过程中,将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号,简称双边带信号。它可用载波与调制信号相乘得到:•在单一正弦信号uΩ=UΩcosΩt调制时:()()()coscos()cosDSBCDSBCccutkftuutkUUttgtt第6章振幅调制、解调及混频图6―6DSB信号波形u0(a)uCtuDSB(t)0t(b)(c)t00°180°0°U(t)＝Ucost第6章振幅调制、解调及混频双边带信号特点•包络不同:AM包络正比于调制信号f(t)的波形，而DSB包络则正比于f(t)的绝对值。•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1800•由于DSB信号不含载波，全部功率为边带占有，所以发送的全部功率都载有消息，功率利用率高于AM制。第6章振幅调制、解调及混频•3.•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。•当取上边带时取下边带时()coscos()cos()()cos()DSBCcSSBcSSBcutkUUttutUtutUt第6章振幅调制、解调及混频图6―7单音调制的SSB信号波形uSSB(t)0tfc＋FU第6章振幅调制、解调及混频图6―8单边带调制时的频谱搬移0F(a)f0(b)ffcfc＋F0(c)f第6章振幅调制、解调及混频•双音调制时产生的SSB信号波形:设双音频振幅相等,即12212121212121()coscos112cos()cos()2211cos()cos()cos2211cos()cos[()]222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt且Ω2＞Ω1,则可以写成下式:受uΩ调制的双边带信号为（6―19）(6―20)(6―21)(6―22)第6章振幅调制、解调及混频1221212121212112()coscos112cos()cos()2211cos()cos()cos2211cos()cos[()]2221cos()cos()424DSBcSSBcSSBccutUtUtuUttuUtttUuttUUutt第6章振幅调制、解调及混频图6―9双音调制时SSB信号的波形和频谱u0(a)t12(2－1)12(1＋2)12(1＋2)c＋12(2－1)t0uSSB(t)(b)SSB信号频谱(c)等幅双音调制信号频谱ff00F1F2fc＋F1fc＋F2第6章振幅调制、解调及混频•包络与调制信号的包络形状相同，填充频率移动了•双音调制时，每一个调制频率分量产生一个对应的单边带信号分量，它们间的关系和单音调制时一样，振幅间成正比，频率则线性移动。这一调制关系也同样适用于许多频率分量信号SSB调制。第6章振幅调制、解调及混频^()cos()()coscossinsin()cos()()coscossinsin()cos(in()())sSSBcSSBccSSBcSSBccSSBccutUtutUttUttutUtutUttUttUtufttftftt时：上边带：下边带：第6章振幅调制、解调及混频^^211()()()1sgn()()sgn()()()sgn()jfftftttjtFjFFesgn(ω)是符号函数,可得f(t)的傅里叶变换(6―26)(6―27)(6―28)第6章振幅调制、解调及混频图6―10希尔伯特变换网络及其传递函数f(t)H(j)f(t)100()H(j)22－第6章振幅调制、解调及混频图6―11语音调制的SSB(a)DSB频谱(b)上边带频谱(c)下边带频谱0(a)cFDSB()c－mc＋mF(－c)2F(＋c)2－c－c＋m－c－m0(b)FSSBU()c＋m0(c)FSSBL()－c＋m－c－mc－m第6章振幅调制、解调及混频6.1.2振幅调制电路•调制的实现必须以乘法器为基础1.AM•高电平调制和低电平调制两种方式•AM信号大都用于无线电广播,多采用高电平调制方式,将功放与调制和二唯一。•低电平调制还必须经过功率放大再发射出去.第6章振幅调制、解调及混频图6―12集电极调幅电路ucT1EcT2Ec0uuAMT31)在高频功率放大器中进行的。分为基极调幅、集电极调幅以及发射极调幅。第6章振幅调制、解调及混频图6―13集电极调幅的波形(a)t(b)ttttuCEc0＋uEc000ic0ic10Ic10Ecu0t0Ic1Ec0临界欠压区过压区第6章振幅调制、解调及混频图6―14基极调幅电路RLuC1C2ucC3C4C6C5EcR1LBCBLB1第6章振幅调制、解调及混频图6―15基极调幅的波形t0EbIc1Ebmin欠压区过压区Ic1ic1ub00ttEb0EbmaxEbcr第6章振幅调制、解调及混频2)低电平调制•二极管电路•用单二极管电路和平衡二极管电路作为调制电路,都可以完成AM信号的产生。当UCUΩ时,流过二极管的电流iD为coscos22()()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt第6章振幅调制、解调及混频图6―16单二极管调制电路及频谱u＋－uo(t)H(j)VDuc＋uD－iDi(a)0(b)fFfc2fc3fccoscos22()()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt第6章振幅调制、解调及混频•模拟乘法器产生普通调幅波0(1)tanh()2BAocTuuiIEV(6―30)若将uC加至uA,uΩ加到uB,则有00135(1cos)tanh(cos)2(1cos)[()coscos3cos5]oceTcccUUiIttEVImtxttt•式中,m=UΩ/EC,x=UC／VT若滤波回路的中心频率为fc,带宽为2F,谐振阻抗为RL,则经滤波后的输出电压01()(1cos)cosoLcuIRxmtt第6章振幅调制、解调及混频图6―17差分对AM调制器的输出波形UU＝0－U00uut(a)(b)iot0未加调制电压I0＋II0－I第6章振幅调制、解调及混频图6―18利用模拟乘法器产生AM信号MC1596G23610591k1k3.9k3.9k＋12V0.1FAM信号输出6.8k5150k750750ma值调节510.1F60mV载波调制信号uC(t)u(t)1k0.1F51(b)4187300mV(max)BG314＋15V3.3k3.3k3k8.3k8.3kYos微调Xos微调u(t)uC(t)10k(调节ma值)549812610111214uo(t)调幅信号输出6.