高频电子线路振幅调制、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《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）《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频通常满足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,由此可得振幅调制信号振幅Um（t）为Um(t)=UC+ΔUC（t）=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)（6―3）式中,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(6―4)《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频式中,ka为比例系数,一般由调制电路确定,故又称为调制灵敏度。由此可得调幅信号的表达式uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct（6―5）上面的分析是在单一正弦信号作为调制信号的情况下进行的,而一般传送的信号并非为单一频率的信号,例如是一连续频谱信号f（t）,这时,可用下式来描述调幅波:()[1()]cosAMCcutUmftt（6―6）《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频式中,f（t）是均值为零的归一化调制信号,|f（t）|max=1。若将调制信号分解为11()cos()()[1cos()]cosnnnnAMCnnncnftUtutUUtt(6―7)则调幅波表示式为《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频2)由图6―1（c）可知,调幅波不是一个简单的正弦波形。在单一频率的正弦信号的调制情况下,调幅波如式（6―5）所描述。将式（6―5）用三角公式展开,可得()coscos()cos()22AMCcCcCcmmutUtUtUt(6―8)《高频电路原理与分析》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ut0(a)(b)(c)(d)(e)uCttttm＜1uAM(t)UcmUc000uAM(t)m＝1m＞1uAM(t)0《高频电路原理与分析》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《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频图6―3AM信号的产生原理图＋×uAMucu常数(a)＋×uAMucu(b)《高频电路原理与分析》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/2《高频电路原理与分析》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《高频电路原理与分析》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2222221221()1(1cos)22(1cos)CCccLLAMcCLLcuUPdtRRutPdtUmtRRPmt(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《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频由此可见,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(6―11)(6―12)AM信号的平均功率边频由上式可以看出,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边频功率载波功率22m(6―13)《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频同时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)《高频电路原理与分析》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,其表示式为()()()()cos()cosDSBCDSBCccutkftkftuutkUUttgtt在单一正弦信号uΩ=UΩcosΩt调制时,（6―16）（6―15）《高频电路原理与分析》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《高频电路原理与分析》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。单频调制时,uDSB（t）=kuΩuC。当取上边带时()cos()()cos()SSBcSSBcutUtutUt（6―17）（6―18）取下边带时《高频电路原理与分析》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《高频电路原理与分析》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《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频为了看清SSB信号波形的特点,下面分析双音调制时产生的SSB信号波形。为分析方便。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)《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频进一步展开121cos()cos()424SSBccUUutt(6―23)《高频电路原理与分析》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《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频由式（6―17）和式（6―18）,利用三角公式,可得uSSB(t)=UcosΩtcosωct-UsinΩtsinωct(6―24a)和uSSB(t)=UcosΩtcosωct+UsinΩtsinωct(6―24b)式(6―24a)对应于上边带,式(6―24b)对应于下边带。这是SSB信号的另一种表达式,由此可以推出uΩ(t)=f(t),即一般情况下的SSB信号表达式^()cos()sinSSBccufttftt(6―25)《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频^^211()()()1sgn()()sgn()()()sgn()jfftftttjtFjFFe由于sgn(ω)是符号函数,可得f(t)的傅里叶变换(6―26)(6―27)(6―28)《高频电路原理与分析》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－《高频电路原理与分析》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《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.AMAM信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前,AM信号大都用于无线电广播,因此多采用高电平调制方式。1)高电平调制主要用于AM调制,这种调制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极基极(或发射极)组合调幅。《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频图6―12集电极调幅电路ucT1EcT2Ec0uuAMT3《高频电路原理与分析》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《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频图6―14基极调幅电路RLuC1C2ucC3C4C6C5EcR1LBCBLB1《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频2)低电平调制(1)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,图6―16(a)为单二极管调制电路。当UCUΩ时,由式(5―38)可知,流过二极管的电流iD为coscos22()()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt(6―29)《高频电路原理与分析》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《高频电路原理与分析》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)fFfc2fc3fc《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频(2)利用模拟乘法器产生普通调幅波。0(1)tanh()2bAoeTuuiIEV(6―30)若将uC加至uA,uΩ加到uB,则有00135(1cos)tanh(cos)2(1cos)[()coscos3cos5]oceTcccUUiIttEVImtxttt(6―31)《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频式中,m=UΩ/Ee,x=UC／VT。若集电极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(6―32)《高频电路原理与分析》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《高频电路原理与分析》第6章振幅调制、解调及混频2.DSB1)单二极管电路只能产生AM信号,不能产生DSB信号。二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号。2()22coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDcDDcDcDcDcigKtugUtgUtgUtgUtgUt(6―33)《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F分量和(2n+1)fc±F(n=0,1,2,…)分量,若输出滤波器的中心频率为fc,带宽为2F,谐振阻抗为RL,则输出电压为22cos()cos()4coscosoLDcLDcLDcuRgUtRgUtRgUtt(6―34)《高频电路原理与分析》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