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1、第6章 振幅调制、解调及混频,6.1 振幅调制 (重点) 6.2 调幅信号的解调(重点) 6.3 混频(重点) 6.4 混频器的干扰 ,调制的基本概念：,调制电路,调制信号u,载波信号uC,已调波信号,高频振荡信号 （正弦波、非正弦波）,低频信号 （声音、图像等转化而成）,振幅调制：用调制信号控制载波振幅，使之按调制信号的规律 变化（线性）,三种方式：普通调幅方式调幅波（AM波） 抑制载波的双边带调制双边带信号（DSB波） 抑制载波的单边带调制单边带信号（SSB波）,高频,（uAM，uFM，uPM）,6.1 振幅调制,载波电压：,调制电压为单一频率余弦信号：,6.1.1振幅调制信号分析,1.调
2、幅波的分析,1) AM信号表示式,c,已调波信号振幅：,Um(t)=UC+UC(t)=UC+kaUcost,=UC(1+mcost),调幅度（调制度）,ka 调制灵敏度,调幅波信号： uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct,2）调幅波信号波形,调幅波信号：,调制信号为一连续频谱信号：f（t）,均值为零的归一化信号,实际调制信号的调幅波形：,3) 调幅波的频谱,调制信号为单一频率的正弦波时：,调制信号频谱：,载波信号频谱：,AM信号频谱：,uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct,语音频谱：,多频调制情况下：,已调信号频谱：,以语音信号为
3、例,AM信号的产生原理图：,uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct,uAM(t)= mcost UCcosct+UCcosct,负载电阻RL上消耗的载波功率：,负载电阻RL上,一个载波周期内调幅波消耗的功率：,4）调幅波的功率,每个边频（上、下边频）平均功率：,调幅波的最大功率和最小功率：,两个边频总功率,载波功率,边频功率、载波功率、AM波平均功率的关系：,AM调制方式中： 载波功率（不含调制信号）占总功率的2/3以上； 边频总功率（含调制信号）小于总功率的1/3 功率浪费大，效率低,AM信号的平均功率：,单一正弦信号u=Ucost调制时：,2. 双边带信号(D
4、SB),双边带信号在AM调制过程中，将载波抑制就形成抑制 载波双边带信号,调制信号为一连续频谱信号：f（t）,双边带调制时的频谱：,调制信号频谱：,载波信号频谱：,DSB信号频谱：,单频调制时，uDSB（t）=kuuuC,取下边带时：,3. 单边带信号(SSB),单边带信号由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带，在调制 过程中，直接将一个边带抵消而成。,取上边带时：,单音调制的SSB信号波形：,设双音频振幅相等,21时，,受u调制的双边带信号：,双音调制时产生的SSB信号,取上边带：,取下边带：,等幅双音信号频谱：,SSB信号频谱：,等幅双音信号波形：,SSB信号波形：,语音调制的SSB信号频谱
5、,DSB频谱：,上边带频谱：,下边带频谱：,语音信号频谱：,u(t)=f(t)，即一般情况下的SSB信号表达式：,单音调制SSB信号的另一种表达式：,上边带：uSSB(t)=Ucostcosct - Usintsinct,下边带：uSSB(t)=Ucostcosct + Usintsinct,希尔伯特变换,的傅里叶变换：,希尔伯特变换网络及其传递函数：,6.1.2 振幅调制电路,1.AM调制电路,高电平调制功放和调制合二为一，调制后不需再放大 主要用于形成AM信号 低电平调制功放和调制分开，调制后需放大 主要用于形成 AM 、DSB、SSB信号,1)高电平调制,高频功放的调制特性,基极调幅、集
6、电极调幅、集电极-基极(或发射极)组合调幅。,基本思想：通过改变功放晶体管的某一电极的直流电压以控制集电极高频电流的振幅,集电极调幅,功放工作在过压状态，集电极电流的基波分量振幅Ic1与集电极偏置电压Ec成线性关系,集电极调制特性,集电极调幅电路：,基极调幅,基极调制特性,功放工作在欠压状态，集电极电流的基波分量振幅Ic1与集电极偏置电压Eb成线性关系,当UCU时：,2) 低电平调制,（1）二极管电路,单二极管电路、平衡二极管电路,单二极管电路：,集电极滤波回路：中心频率为wc，带宽为2,当UCU时：,二极管平衡电路：,集电极滤波回路：中心频率为wc，带宽为2,滤波后的输出电压：,（2）差分对
7、电路,若将uC加至uA，u加到uB：,m=U/Ee，x=UCVT,集电极滤波回路：中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL,滤波后的输出电压：,单差分对：,差分对AM调制器的输出波形：,载波信号,双差分对电路：利用模拟乘法器产生AM信号,UA，UB26mV,二极管平衡电路、二极管环形电路,2. DSB调制电路 一般采用低电平调制,（1）二极管调制电路,二极管平衡电路：,iL中包含频率分量：F、fcF ，(2n+1)fcF(n=1,2,),输出电压：,输出滤波器：中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL,二极管平衡调制器波形 ：,平衡调制器的一种实际线路：,u1=u，u2=uC,经滤波后：,
8、二极管双平衡调制器（环形调制器）：,双平衡调制器波形：,双桥构成的环形调制器：,线性通道：uC，非线性通道：u,经滤波后的输出电压uo(t)：,（2）差分对调制器,双端输出电流io(t) ：,差分对调制器：,差分对DSB调制器的波形：,调制信号,若U、UC均很小：,双差分对电路：,差动输出电流：,3. SSB调制电路,滤波法、移相法,1）滤波法,工作原理：,取下边带时：,取上边带时：,对边带滤波器要求高：(1)通带、阻带间有陡峭的过渡衰减特性 (2)通带内衰减小、衰减变化小,衰减40dB,滤波法产生SSB的发射机框图：,在低于工作频率上调制,上变频 搬移到工作频率,2）移相法,省去边带滤波器,
9、依据单边带调幅信号的时域表达式,u(t)=f(t),上边带：uSSB(t)=Ucostcosct-Usintsinct,下边带：uSSB(t)=Ucostcosct+Usintsinct,下边带：,上边带：,u(t)=Ucost,移相法框图：,基本思想：利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的 相移，在相加时抵消一个边带而获得SSB信号,需满足下列两个条件： (1)两个调制器输出的振幅完全相同 (2)移相网络须对载频及调制信号精确的2相移。,调幅广播接收机组成：,调幅广播发射机组成：,解调（检波）：从高频已调波信号中恢复出调制信号的过程。,调幅信号的解调：,6.2 调幅信号的解调,从时域上看：
10、从高频已调波信号幅度变化上提取调制信号的 过程。,从频域上看：将高频信号搬移到低频端，是频谱的线性搬移。,概念解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波 方法，只适用于AM波,6.2.1 调幅解调的方法,分类：峰值包络检波、平均包络检波,包络检波、同步检波,1、包络检波,原理：,同步解调器的框图：,2、同步检波,与载波电压同步,DSB：,SSB：,适用于DSB波、SSB波、 AM波（很少采用）,同步检波分类：乘积型、叠加型,乘积型：,叠加型：,6.2.2 二极管峰值包络检波器,1工作原理,原理电路：,RC低通滤波器,输入回路,末级中放,RC网络作用：1）检波器负载；2）高频电流旁路,RC网络
11、满足的条件：,AM波解调,非线性器件,理想情况下：,对高频，电容C短路：,对直流、低频，电容C开路：,输入大信号,二极管串联型大信号峰值包络检波器,输入为等幅高频信号时检波器的输出波形,信号源、二极管、RC网络串联,检波过程：,检波器暂态时电流电压波形：,二极管导通时：,二极管截止时：,稳态时的二极管电压电流波形：,（1）检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻R放电的交替重复过程。 （2）由于RC时间常数远大于输入电压载波周期，放电慢，使得二极管负极永远处于正的较高的电位（UoUm）。 （3）二极管电流iD包含平均分量（直流分量）Iav及高频分量。,检波过程特点：,输入为AM信号时
12、检波器的输出波形：,包络检波器的输出电路:,直流分量,调制分量,输出调制分量：,直流分量,调制分量,输出直流分量：,经低通滤波器的输出：,6.2.3 同步检波,1乘积型,适于DSB、SSB波解调,us=Uscost cosct,输入信号为DSB信号：,本地恢复载波：ur=Urcos(rt+),当恢复载波与发射载频有一定的频差，r=c+c,当恢复载波与发射载波同频同相，即r=c,=0,则,uo=Uocost,无失真,uo=Uocosct cost,引起振幅失真,us=Uscos(c+)t=Uscostcosct - Ussintsinct,2. 叠加型同步检波,原理电路：,输入单边带信号（上边带
13、）：,恢复载波：,ur=Urcosrt,us+ur=(Uscost+Ur)cosct Ussint sinct,=Um(t)cosct+(t),式中；m=Us/Ur 当UrUs ， m1,=Urcosct,检波输出：,平衡同步检波电路,减小输出电压的非线性失真,uo2=KdUr(1-mcost),上检波器输出：,下检波器输出：,则总的输出：,uo=uo1-uo2=2KdUrmcost,3同步恢复载波的产生,双边带：可从已调信号取出,取平方：,二分频：可获同步信号 c,单边带： （1）若发射导频信号，可通过窄带滤波器从接收信号中取 出，放大后作为恢复载波 （2）若不发射导频信号，接收端只能采用高
14、稳定度晶体振荡 器产生指定的恢复载波,AM波：通过限幅器去除包络变化，得到等幅载波信号,取2w分量：,6.3 混 频,6.3.1 混频的概述,1混频器的功能,在通信接收机中, 将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(中频)的高频已调波信号, 而保持其调制规律不变。,无线通信接收设备：,初步选择放大,主选择放大,（1）混频器将信号频率变换成中频，在中频上放大信号，放大器的增益可做得很高而不自激，电路工作稳定；经中频放大后，输入到检波器的信号可以达到伏特数量级，有助于提高接收机的灵敏度。,采用混频器后，接收机的性能将得到提高：,（2）接收机在很宽的频率范围内滤波性能不能做得很好，而对于某一
15、固定频率选择性可以做得很好。,fI=fL+fc,fIfc 向下变频，输出低中频,fIfc 向上变频，输出高中频,fI=fL- fc 或 fI=fC- fL,三种频谱线性搬移功能比较：,调制：,混频：,解调：,高频已调波信号搬移到低频段,低频调制信号搬移到高频段,高频已调波信号搬移到另一个高频段,超外差式广播接收机中:,中频为465kHz的普通调幅信号,载频535 kHz1605kHz中波波段各电台普通调幅波,载频88 MHz108MHz的各调频台信号,中频为10.7MHz的调频信号,48.5MHz 958MHz各频道信号,中频为38 MHz的视频信号,广播电视接收机中：,AM收音机:,FM收音机:,2混频器的工作原理,已调信号us：,us=Uscostcosct,本振电压uL：,uL=ULcosLt,若取中频 fI=fL-fc或 fI=fC- fL ，经带通滤波器取出所需边带，得中频电压：,组成框图 ：,FL()=(-L)+(+L),频域混频过程：,FS()us的傅立叶变换,FL()uL的傅立叶变换,本振为单一频率信号，其频谱为：,输入信号为己调波，则输出频谱Fo() ：,本振频谱：,已调波频谱：,输出中频信号频谱：,FL()=(-L)+(+L),Fs(),6.3.2
