通信电路第6章讲解

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1、. 概述 . 振幅调制与解调原理 . 调幅电路 . 检波电路 . 混频 . 倍频 . 接收机中的自动增益控制电路 . 实例介绍 .9 章末小结,第6章 模拟调幅、检波与混频电路 (线性频率变换电路),(1) 调制：用调制信号去控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。,6.1概述,(7)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

2、随调 制信号线变化。,（ 6）解调方式：,（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。,调制电路与解调电路是通信系统中的重要组成部分。 调制是在发射端将调制信号从低频段变换到高频段, 便于天线发送或实现不同信号源、不同系统的频分复用； 解调是在接收端将已调波信号从高频段变换到低频段, 恢复原调制信号。 在模拟系统里, 按照载波波形的不同, 可分为脉冲调制和正弦波调制两种方式。,脉冲调制是以高频矩形脉冲为载波, 用低频调制信号分别去控制矩形脉冲的幅度、宽度或位置三个参量, 分别称为脉

3、幅调制(PAM), 脉宽调制(PDM)和脉位调制(PPM)。 正弦波调制是以高频正弦波为载波, 用低频调制信号分别去控制正弦波的振幅、频率或相位三个参量, 分别称为调幅(AM)、 调频(FM)和调相(PM)。 本书仅讨论正弦波调制。 本章首先分别在时域和频域讨论振幅调制与解调的基本原理, 然后介绍有关电路组成。由于混频电路、倍频电路与调幅电路、振幅解调电路(又称为检波电路)同属于线性频率变换电路, 所以也放在这一章介绍。 ,6.2.1普通调幅方式,（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，

4、,常用百分比数表示。,1. AM调幅波的数学表达式,6.2 振幅调制与解调原理,则有,其中：,一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号 。,则,普通调幅信号波形,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）由单一频率信号调 幅,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：,普通调幅波的频谱,频带宽度是,频带宽度是2,同样含有三部分频率成份,(2) 限带信号的调幅波,(2) 上、下边带的平均功率：,(3) 在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总

5、功率,(4)边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：,调制波的功率,为了提高功率利用率, 可以只发送两个边频分量而不发送载频分量, 或者进一步仅发送其中一个边频分量, 同样可以将调制信息包含在调幅信号中。 这两种调幅方式分别称为抑制载波的双边带调幅(简称双边带调幅)和抑制载波的单边带调幅(简称单边带调幅), 在以下两小节将分别给予介绍。,由于：,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。,普通调幅信号的解调方法 解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，

6、解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。普通调幅信号的解调方法有两种, 即包络检波和同步检波。 1、包络检波。 利用普通调幅信号的包络反映了调制信号波形变化这一特点, 如能将包络提取出来, 就可以恢复原来的调制信号。这就是包络检波的原理。,设输入普通调幅信号uAM(t), 原理图中非线性器件工作在开关状态, 其特性可用第5章第5.3节式(5.3.5)那样的单向开关函数来表示, 则非线性器件输出电流为:,g是非线性器件伏安特性曲线斜率。,可见io中含有直流, , c, c以及其它许多组合频率分量, 其中的低频分量是:,用低通滤波器取出io中这一低频分量, 滤除c-及其以上的

7、高频分量, 同时用隔直流电容滤除直流分量, 就可以恢复与原调制信号u(t)成正比的单频信号了。 原理图中的非线性器件可以用晶体二极管, 也可以用晶体三极管。 ,(2) 同步检波。 同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相(或固定相位差)的信号, 称为同步信号。 同步检波可由乘法器和低通滤波器实现, 其原理见图6.2.6。 ,图 6.2.6 同步检波原理图,设输入普通调幅信号uAM(t)仍如式(6.2.1)所示, 乘法器另一输入同步信号为:,ur(t)=Urmcosct,则乘法器输出为:,可见, 输出信号中含有直流, , 2c, 2c几个频率分量。用低通滤波器取出直流和分量, 再去掉直流分量,

8、就可恢复原调制信号。,如果同步信号与发射端载波同频不同相, 有一相位差, 即 ur=Urmcos(ct+) 则乘法器输出中的分量为 k2UcmUrmMacoscost。 若是一常数, 即同步信号与发射端载波的相位差始终保持恒定, 则解调出来的分量仍与原调制信号成正比, 只不过振幅有所减小。当然90, 否则cos=0, 分量也就为零了。 若是随时间变化的, 即同步信号与发射端载波之间的相位差不稳定, 则解调出来的分量就不能正确反映调制信号了。 如果同步信号与发射端载波不同频， 有一角频率差, 即 ur=Urmcos(ct+t) 则乘法器输出中的分量为 k2UcmUrmMacos tcost已不再

9、与调制信号成线性关系。 ,产生与发射端载波同频同相的同步信 号是进行同步检波的前提条件,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：,调制信号为单一频率信号：,调制信号为限带信号的调制：,6.2.2双边带( double sideband DSB)调幅方式,、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 ，即其包络不能反映调制信号。,(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

10、号。所以, 在正负半周交界处, uDSB(t)有180相位突变。,(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,图 6.2.7 双边带调幅波形与频谱,3. 双边带调幅信号的产生与解调方法 由式(6.2.10)可以看出, 产生双边带调幅信号的最直接法就是将调制信号与载波信号相乘。 由于双边带调幅信号的包络不能反映调制信号, 所以包络检波法不适用, 而同步检波是进行双边带调幅信号解调的主要方法。与普通调幅信号同步检波不同之处在于, 乘法器输出频率分量有所减少。,设双边带调幅信号如式(6.2.10)所示, 同步信号为ur(t)=Urmcos

11、ct, 则乘法器输出为:,其中k2是乘法器增益。 用低通滤波器取出低频分量, 即可实现解调。将式(6.2.10)所示双边带信号取平方, 则可以得到频率为2c的分量, 然后经二分频电路, 就可以得到c分量。 这是从双边带调幅信号中提取同步信号的一种方法。,(6.2.11),单边带(SSB)信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带部分，即可成为单边带调幅信号。单边带调幅信号的包络已不能反映调制信号的变化。单边带调幅信号的带宽与调制信号带宽相同, 是普通调幅和双边带调幅信号带宽的一半。其单频调制时的表示式为：,上边带信号,下边带信号,6.2.3 单边带( single sideband SSB)

12、信号,1. SSB信号的性质,在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（SSB）调制系统,由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，如：,上边带信号,下边带信号,2. 单边带调幅信号的实现,(1) 滤波法,有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法 ：,对于频谱范围为minmax的一般调制信号,如 min很小, 则上、下两个边带相隔很近, 用滤波器 完全取出一个边带而滤除另一个边带是很困难的。 ,另外由三角公式：,(2) 相移法,利用上三角公式的实现电路如下图所示：,对单频信号进行90相移比较简单, 但是对于一个包 含许多频率分量的一般调制

13、信号进行90相移, 要保 证其中每个频率分量都准确相移90是很困难的。,3 . 相移滤波法 滤波法的缺点在于滤波器的设计困难。若调制信号频率范围为FminFmax, 则上下边带间隔为2Fmin。如果要求滤波器取出一个边带而滤除另一个边带, 则过渡带宽度就是2Fmin。 当滤波器的过渡带宽度固定, 则工作频率越高, 要求衰减特性越陡峭, 实现越困难。举个例子, 设过渡带宽度2Fmin=1kHz, 要求在过渡带内衰减20 dB, 若工作频率fc=1MHz,则滤波器边沿的衰减特性必须为-46000dB10倍频程；若工作频率fc=10kHz, 则要求相应的衰减特性为-483dB10倍频程。 相移法的困

14、难在于宽带90相移器的设计, 而单频90相移器的设计比较简单。 结合两种方法的优缺点而提出的相移滤波法是一种比较可行的方法。 ,移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对某一固定的单频率信号移相900，从而回避了难以在宽带内准确移相900的缺点。,(3) 移相滤波法,移相滤波法实现单边带调幅的电路框图,u=sint,u1 = sint sin 1t,u2 = sint cos 1t,u3 = cos(1-)t,u4 = sin (1-)t,u5 = cos(1-)t sin 2t,u 6 = sin (1-)t cos 2t,u5 + u 6,u5 - u 6,相加器输出电压： u S

15、SBL = u 5+ u 6= sin (2+ 1)-t = sin c-t,相减器输出电压： u SSBU = u 5- u 6= sin (2- 1)+t= sin c2+t,与双边带调幅信号相同, 单边带调幅信号的解调也不能采用包络检波方式而只能采用同步检波方式。与普通调幅与双边带调幅方式不同之处在于, 从单边带调幅信号中无法提取同步信号。 一般可在发送单边带调幅信号的同时, 也附带发送一个功率较小的载波信号, 供接收端从中提取作为同步信号。 设单边带调幅信号如式（6.2.12）所示，同步信号为 ,则乘法器输出为,普通调幅功率利用率低, 但可采用简单、 低成本的包络检波方式, 故广泛用于

16、电台广播系统, 给广大接收者带来便利。 双边带调幅与单边带调幅功率利用率高, 可用于小型通信系统, 其中单边带调幅可节省一半频带, 但需解决如何获得同步信号的问题。,调幅电路的类别,6.3 调幅电路,振幅调制按其功率的高低可分为低电平调制和高电平调制。 低电平调制主要用来实现双边带和普通调幅波调制，目前应用最广泛的低电平调制电路有：双差分对模拟乘法器调幅。优点：调幅器的功率小，电路简单。由于它输出功率小，常用在双边带调制和低电平输出系统，如信号发生器。 高电平调制主要用于实现普通调幅波调制，它主要用在调幅发射机的末端。优点：不需要采用效率低的线性放大器，有利于提高整机效率。但它必须兼顾输出功率