《第6章 振幅调制、解调及混频》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章 振幅调制、解调及混频（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、6.1 振幅调制原理及特性,6.2 调幅信号的解调,第6章 振幅调制、解调及混频,6.3 混频,6.4 混频器的干扰,调制的必要性：,可实现有效地发射，可实现有选择地接收。,调制的方式和分类：,载波可以是正弦波、也可以是方波、三角波、锯齿波等， 都是周期性信号。,按调制信号的形式可以分为模拟调制和数字调制。调制信 号为模拟信号的称为模拟调制，调制信号为数字信号的称 为数字调制。,正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方 式，后两者合称为角度调制。,调制是一种非线性过程。载波被调制后将产生新的频率分量，通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。,概述,(1) 调制：用调制信号去控
2、制载波信号的某一个参量的过程。,定义：,信号,载波信号：（等幅）高频振荡信号,正弦波,方波,三角波,锯齿波,调制信号：需要传输的信号（原始信号）,语言,图像,密码,已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）,(2)解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。,(6)振幅调制分三种方式：,（5）相位调制：调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调 制信号线变化。,（4）频率调制：调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调制 信号线性变化。,（3）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振 幅 随调制信号线性变化。,6.1 振幅调制,一、振幅调制信号分析,二、振幅调制电路,
3、一、振幅调制信号分析,（1） 设：载波信号：,调制信号：,那么调 幅信号（已调波）可表达为：,由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：,即,式中ma为调制度，,常用百分比数表示。,对连续频谱信号f(t) :,则,1） 调 幅 波 的 分 析,则有,，其中：,2）调幅信号波形,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反映了调幅的强弱程度， 可以看出：,一般m值越大调幅越深：,（1）单一频率信号调 幅波,可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：,3）调幅波的频谱,同样含有三部分频率成份,信号带宽,(2) 连续频谱信号的调幅波,调
4、制信号,载波,由于：,4）AM信号的产生原理框图,可见要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。,(2) 上、下边带的平均功率：,(3) 在调制信号一个周期内，调幅信号输出的平均总功率,5）调制波的功率,边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：,缺点：由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。 优点：设备简单，AM波调制方便，解调简单，便于接收。,在AM调制过程中，如果将载波分量抑制就形成抑制载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号直接相乘得到，即：,调制信号为单
5、一频率信号：,调制信号为连续频谱信号的调制：,2、双边带信号( double sidebond DSB),） 数学表达式,2） 波形与频谱,(1) DSB信号的包络正比于调制信号,(2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。,(3) DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。,(4) 占用频带,3.单边带信号 因上下边带所含信息相同,只发一个边带就可解调出调制信号.,单频调制时,取上边带时,取下边带时,图68 单边带调制时的频谱搬移,双
6、音调制产生的SSB波形,设:双音频振幅相等，即,则DSB信号,取上边带,积化和差,图69 双音调制时SSB信号的波形和频谱,单边带调幅波的特点,(1)SSB信号的包络形状与调制信号相同; (2)SSB信号的频带宽度等于最高调制频率,比AM信号减少一半,频带利用充分,广泛应用于短波通信. (3)SSB信号的功率等于单边带功率,功率利用率进一步提高.,例1:某已调波的电压表达式为,(1)它是何种已调波? (2)画出它的频谱图; (3)求它在负载RL=1时的载波功率PC, 平均功率Pav及边频功率PSB; （4）占据带宽BW.,解:,二、振幅调制电路,三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅
7、调制 电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。,具体的说调制可分为,高电平调制：功放和调制同时进行，主要用于AM信号。,低电平调制：先调制后功放，主要用于DSB、SSB以及FM信号。,这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为：,1. AM调制电路,AM信号大都用于无线电广播，因此多用于高电平调制。,1) 高电平调制,(b)基极调幅(Base AM),(a)集电极调幅电路(Collector AM),(a)集电极调幅电路(Collector AM),电路中Cb为高频旁路电容；Cc对高频旁路，而对低频调制信号呈高阻抗；Rb为基极自给偏压电阻。,集电极有效动态电源为：,放大器工作在丙类状态
8、 ，集电极电路中除直流电压EC0外，还串有调制信号 。,集电极调幅的特点：要实现集电极调幅,应使Ic1与u成线性关系, 故应使放大器工作于过压状态。 优点: 集电极效率高,适于大功率调幅机。,集电极调幅过程示意图,(b)基极调幅(Base AM),低频调制信号u(t)通过耦合电容加在电感线圈LB上。电源EC经R1、RL分压为基极提供直流偏置电压EBO ，即基极有效动态偏压为：,C1、C3、C5、为低频旁路电容； C2、C4、C6、为高频旁路电容； LB为低频扼流圈，LB1为高频扼流圈,基极调幅的波形,u控制Eb,从而控制Ic1,放大器应工作在欠压区。 优点: 所需调制功率小,放大电路较简单。
9、缺点: 欠压状态集电极效率低。用于小功率,对失真要求低 的发射机中。,2)低电平调幅电路,二极管电路 模拟相乘器 集成高频放大器,电路形式,（1）二极管电路实现调幅,在单二极管电路中,设UcU,则,设滤波器H(jw)中心频率fc,带宽为2F, 则输出频率分量为fc、fc-F和fc+F，输出信号为AM信号。,在二极管环形电路中，因输出无c分量，故不能实现AM调幅。,（2）利用模拟乘法器实现AM调幅,单差分对电路实现调幅,MC1596模拟乘法器实现AM电路,载波信号通道两输入端8脚和7脚直流电位相同，调制信号通道两输入端1脚和4脚之间接有调零电路。,可通过调节电位器RW，使1脚电位比4脚高Uo，相
10、当于在1、4脚之间加一个直流电压，以产生普通调幅波,多采用低电平调制,有乘积项便可实现DSB调幅。,在AM调幅电路中,当u =0,加uc时,调RW,使uo= 0 当同时加u和uc时, uo便为DSB信号。,2.DSB调制电路,1)模拟乘法器构成的DSB电路,单差分对电路,单差分对电路虽然可以得到DSB信号，具有相乘功能，但并不是一个理想乘法器。,双差分对电路,2)二极管调制电路(平衡调幅电路和双平衡调幅电路),图619 二极管平衡调制电路,(A)二极管平衡调制器,(B)双平衡调制器 （环形调制器）,uc与u可任意加到两个输入 端,输出中仅有,滤波可得fc-F和fc+F。,u,3.SSB调制电路
11、,滤波法 移相法,1）滤波法,图627 理想边带滤波器的衰减特性,滤波器难以实现！,1）滤波法,通常不是直接在工作频率上进行调制和滤波，而是在低于工作频率的某一固定频率上进行，然后再混频和放大，将SSB信号搬移到工作频率上去。,(1)两个调制器输出的振幅应完全相同； (2)移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的2相移。,2)移相法,需两个90度移相器,两个模拟相乘器和一个相加器。 优点:不用边带滤波。,条件:,对多频调制信号均保证精确的2相移难以实现！,为提高移相网络的精度,采用两个/4移相网络供给 两个调制器。,图629 移相法的另一种SSB调制器,6.2 调幅信号的解调,从高频调幅信号中
12、取出原调制信号的过程称为振幅解调，或振幅检波，简称检波。,主要要求： 检波效率高、失真小、输入电阻较高。,振幅调制过程：,解调过程,DSB调制,SSB调制,包络检波：,同步检波：,峰值包络检波,平均包络检波,乘积型同步检波,叠加型同步检波,AM调制,一、调幅波解调的方法,包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的一种检波方式，只适用于普通调幅波的解调。,1.包络检波,包络检波原理方框图,2.同步检波,由于DSB和SSB信号的包络不同于调制信号，不能用包络检 波器，只能用同步检波器，但需注意同步检波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号，而所恢复的载波必须与原调制载波同步（
13、即同频同相）。,乘积型,叠加型,二、 二极管峰值包络检波器,1.峰值包络检波的工作原理,(1)电路组成,电路组成,检波二极管VD要求VD小，rD小。 低通滤波器（R检波负载、C滤波电容）,串联型检波器信号源、二极管及RC网络三者为串联 大信号检波器输入信号应大于UD，一般在1V左右。,RC低通滤波电路有两个作用：,对低频调制信号u来说，电容C的容抗 ，电容C相当于开路，电阻R就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压。,对高频载波信号uc来说，电容C的容抗 ，电容C相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。,理想情况下，RC低通滤波网络所呈现的阻抗为:,等幅波时检波器的工作过程
14、,(2)检波过程,设输入信号ui为等幅高频电压,(3)几点结论 1)检波过程就是电容充电与放电的过程。 2)由于RC时间常数远大于载波周期, 使VD负极处于正电位,对VD为反偏,故VD只在us峰值时才导通,通角很小,故称峰值检波。 3)二极管电流包含平均分量(此种情况为直流分量)Iav及高频分量。,图635 加入等幅波检波器稳态时的电流电压波形,大信号检波器在稳定状态下的二极管工作特性,当输入AM信号时，充放电波形如图所示。,图637 输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形,图(a)：电容Cg的隔直作用，直流分量UDC被隔离，输出信号为解调恢复后的原调制信号u，一般常作为接收机的检波电
15、路。,图(b)：电容C的旁路作用，交流分量u(t)被电容C旁路，输出信号为直流分量UDC，一般可作为自动增益控制信号（AGC信号）的检测电路。,(4)峰值包络检波器的应用型输出电路,若设输入信号为调幅波,(1) 电压传输系数Kd （检波效率）,2.电路主要性能指标,若设输入信号为等幅波,用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率。,1）定义,2）传输系数的取值,考虑输入信号为等幅波,由图可知：,3)结论,图639 KdgDR关系曲线图,图640 滤波电路对Kd的影响,实际传输特性与电容C的容量有关,检波器的输入电阻Ri是为研究检波器对其输入谐振回路影响的大小而定义的，因而，Ri是对载波频率信
16、号呈现的参量。,（2）检波的等效输入电阻,当gDR50时,很小,sin-3/6,cos1-2/2, 代入上式,可得,所以,也可从能量守恒原理分析,3.检波器的失真,（1） 惰性失真(对角切割失真),1）失真现象:输出波形不随已调波包络形状而变化.,2)产生惰性失真的原因：输入AM信号包络的变化率大于RC放电的速率。滤波时间常数RC过大.,3)避免产生惰性失真的条件：在任何时刻，电容C上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即,可见，ma和越大，信号包络变化越快，为避免惰性失真要求RC的值就应该越小。,避免惰性失真的条件为：,实际应用中，由于调制信号总占有一定的频带，并且各频率分量所对应的调制系数ma也不相同，所以设计检波器时，应该用最大调制度mmax和最高调制频率max来检验有无惰性失真，其检验公式为,图643 底部切削失真,(2)底部
