《频谱搬移电路的基本工作原理2012.4.21》由会员分享，可在线阅读，更多相关《频谱搬移电路的基本工作原理2012.4.21（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第四章 频谱搬移电路-4.2,4.1频谱搬移电路概述,4.3 非线性电路概念和频率变换本质,5.11 本章小结,4.5 本章小结,(振幅调制电路、振幅解调电路、混频电路）,4.4 频谱搬移电路的典型电路分析,4.2 频谱搬移电路的基本工作原理,2,2,4.2.1 振幅调制简述,4.2.2调幅波的数学表示式、波形与频谱,4.2.3普通调幅波的功率-引出双边带与单边带,4.2频谱搬移电路的基本工作原理 (振幅调制电路、振幅解调电路、混频电路）,4.2.4 典型的振幅调制电路框图,4.2.7 本节小结,2019/1/29,4.2.5振幅解调概念、波形与频谱示意图,4.2.6混频概念、波形与频谱示
2、意图,3,3,将要传送的基带信号装载到某一高频载频信号上，使其振幅受调制的过程。,声音,2.定义,4.2.1 振幅调制简述,1.框图,2019/1/29,4,4,1. 普通调幅波的数学表示式,对一般的调幅波,通常满足c。根据振幅调制信号的定义,已调信号的振幅随调制信号u线性变化。,载波信号：,调制信号：,按调幅信号（已调波）定义：,由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：,，式中,为比例常数,与两信号在电路接入端有关，见下页图示,即：,4.2.2调幅波的数学表示式、波形与频谱,2019/1/29,5,典型的振幅调制电路,5,集电极调幅电路,2019/1/29,晶体三极管基极调幅电路,为
3、比例常数,与两个信号在电路中接入端是否相同有关,6,6,1. 普通调幅波的数学表示式,载波信号：,调制信号：,已知：,式中ma设为调制度，,常用百分比数表示。,4.2.2.1调幅波的数学表示式,2019/1/29,上式为普通调幅波的数学表示式,7,7,普通AM波的三种情况,AM的三种情况(见下图)： M1：过调制，波形已失真（包络不能如实反映基带信号幅度），不用 M1：临界调制（与失真仅一线之隔，参数略有变化就失真，也不用）； M1：正常调幅，最常用（实验时一般M：20%40%）,假设:,2019/1/29,8,8,波形示意图,正常波形的 M为： 0.20.5 （20%50%） M1：正常调制
4、， M1：过调制， M1：临界调制,理论波形图,实际波形图,2019/1/29,9,9,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反映了调幅的强弱度,4.2.2.2调幅波的典型波形,这里：Ma设为调制度， 且M1为正常调制,2019/1/29,10,10,（1）由单一频率基带信号调 幅,4.2.2.3. 普通调幅波的频谱图,频率：0， 0 载波幅度：V0 边频幅度：,Ma一般为0.20.5，边频幅度小,2019/1/29,11,11,图 由非正弦波调制所得到的调幅波,由非正弦波（多音）调制所得到的调幅波,2019/1/29,了解,12,12,信号带宽,
5、调制信号,载波,多音调幅波信号的公式、频谱,2019/1/29,13,13,如果将普通调幅波输送功率至电阻R上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：,载波功率:,上边频或下边频:,在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是,4.2.3 调幅波中的功率关系-引出双边带与单边带,载波幅度： V0，,调幅波一般表达式：,边频幅度：,2019/1/29,14,14,由于Ma实际为0.2到0.5，所以载波本身虽不包含信号，但它的功率（PoT）却占整个调幅波功率的绝大部分。,当ma1时，PoT(2/3)Po ；,当ma0.5时，PoT(8/9)Po ；,从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实
6、际地包含调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。,1、调幅波中的功率关系,当ma0.2时，PoT(50/51)Po ；,2019/1/29,15,15,AM信号的平均功率,边频,由上式可以看出,AM波的总平均功率为载波功率与两个边带功率之和。而携带有用信号的功率只存在在两个边频功率上。,P单边频,P总,2019/1/29,效率为有用功与无用功相比，即P边频/P总,=,M2a,P上边频,+P下边频,+P载波,P单边频,4,=,效率,上、下边频的平均功率均为,一般：Ma小于1，,=0.3：这时平均功率 ，说明,边频功率只占总功率的 5%，可见发射效率极低。
7、解决的办法 双边带, 抑制载波，即只发送两个边带。 单边带, 不但抑制载波，还抑制一个边带，即只发送一个边带。 残留边带，发送一个边带和另一边带一部分。,2019/1/29,16,17,17,在调制过程中, 将输出信号的载波抑制就形成了 抑制载波的双边带信号,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,2、双边带信号定义和公式,调制时,为了降低无用功率、提高效率，需将载波抑制，引出概念-双边带信号（DSB）。,2019/1/29,18,18,双边带调制时的频谱图,虚线表示无载波,2019/1/29,19,19,图 DSB信号波形,由以上公式可以画出DSB信号波形和频谱图,201
8、9/1/29,注意DSB与AM波的不同， 在90处的跃变,20,20, 3 单边带（SSB）信号公式,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。,为了进一步提高效率，只需保留一个边带，引出概念-单边带信号。,2019/1/29,21,21,图 单边带调制时的频谱搬移,2019/1/29,22,22,图 单音调制的SSB信号波形,2019/1/29,23,三种振幅调制信号比较,电压 表达式,普通调幅波,载波被抑制双边带调幅波,单边带信号,波形图,频谱图,信号 带宽,24,24,调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都
9、需要用非线性器件(电路)来完成频率变换。,这里将调制信号v与载波信号v0加入非线性器件，然后通过中心频率为0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分。,4.2.4 AM信号的实现模型-工作原理,2019/1/29,图4.1.4 AM信号的实现方框图,具体原理与电路在第三节讲述,25,25,从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。,2019/1/29,检波简述 1.定义,4.2.5振幅解调概念、波形与频谱示意图,26,26,二极管检波器,三极管检波器,检波,器件,信号大小,小信号检波器,大信号检波器,工作原理,包络检波器,同步检波器,2. 检波的分类,2019/1/29,27,27,检波器
10、的输入输出波形,3 检波器的输入输出波形,2019/1/29,28,28,检波器检波前后的频谱,4 检波前后的频谱,2019/1/29,29,29,从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号,输入 AM信号,检出包络信息,2019/1/29,5 典型的AM振幅解调框图-包络检波,30,在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频率从fs变换为固定fi的过程称为变频或混频。,（以调幅为例 ）,在接收机中， fi称为中频。一般其值为,其中fo是本地振荡频率。,定义:,其中，fi大于fs的混频称为上混频， fi小于fs的混频称为下混频。,4.2.6混频概念、波形与频谱示意图,31,波形,经过混频
11、器变频后，输出频率为,混频的结果：较高的不同的载波频率变为固定的较低的载波频率，而振幅包络形状不变。,4.2.6. 混频器的波形,频率举例：,32,图4.5.3.1 变频前后的频谱图,调幅是线性频率变换 (一般是高本振),频谱搬移,4.2.6混频器的频谱,其中，fi大于fs的混频称为上混频， fi小于fs的混频称为下混频。,公式推导见调制章节,33,A.变频(混频)增益：,混频器输出中频电压Vim与输入信号电压Vsm的幅值之比。,D.噪声系数：,高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。,C.选择性：,抑制中频以外的信号的干扰的能力。,B.非线性干扰：,抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的
12、能力。 （重点是中频干扰和镜像干扰）,4.2.6.混频器的性能指标,34,4.2.7 本节小结,4.2.1 调幅 概述,34,2019/1/29,调制：将基带信号不失真地装载到高频信号上。 调制的原因：能量问题，切实可行的天线，频道复用、窄带传输易于实现等。 调幅是将要传送的基带信号装载到某一高频载频信号上，使其振幅受调制的过程。 调幅的三种方法：AM、DSB、SSB,35,35,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反映了调幅的强弱度,2019/1/29,4.2.2调幅波的数学表示式、波形,36,4.2.2 调幅波的波形,36,三种Ma的值对应的
13、波形,2019/1/29,Ma一般为0.2-0.5,37,37,如果将普通调幅波输送功率至电阻R上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：,载波功率:,上边频或下边频:,在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是,4.2.3 调幅波的功率关系-引出双边带与单边带,载波幅度：V0， 边频幅度：,Ma小有用边频功率小,2019/1/29,38,38,上、下边频的平均功率均为,AM信号的平均功率,边频,由上式可以看出,AM波的总平均功率为载波功率与两个边带功率之和。而携带有用信号的功率只存在在两个边频功率上。,P单边频,P总,2019/1/29,效率为有用功与无用功相比，即P边频/P总,=,M2a
14、,P上边频,+P下边频,+P载波,P单边频,4,=,效率,39,39,在调制过程中, 将输出信号的载波抑制就形成了 抑制载波的双边带信号,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,引出双边带与单边带 1、双边带公式,调制时,为了降低无用功率、提高效率-理想为50%），需将载波抑制，引出概念-双边带信号。,2019/1/29,40,双边带波形与频谱,40,2019/1/29,41,41,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。,为了进一步提高效率-理想为100%，只需保留一个边带，引出概念-单边带信号。,2019/1/29,2、单边带（SSB）信号公式,42,42,图 单音调制的SSB-上边带信号波形与频谱,调制时,为了进一步降低无用功率、提高效率100%），需将载波和其中一个边带抑制，引出概念-单边带信号。,2019/1/29,单边带波形与频谱,43,1：画出一般调幅、检波和混频前后的波形示意图、频谱示意图,2：列表画出AM/DSB/SSB的波形示意图、频谱示意图， 分别写出其公式、优缺。,2019/1/29,3：Ma的含义，一般其值小于1，为什么？ （对应三种值的电路示意图）,作业与思考：,
