高频电子电路7.1课件

1、第第7章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 (1) 调制：调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 定义：定义：信号信号 载波信号：（等幅）高频振荡信号载波信号：（等幅）高频振荡信号 正弦波正弦波 方波方波 三角波三角波 )cos( tVvooo锯齿波锯齿波调制信号：调制信号：需要传输的信号需要传输的信号（原始信号）（原始信号） 语言语言图像图像 tVv cos密码密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号射频信号）振幅调制振幅调制解调（检波解调（检波)混频（变频）混频（变频）属

2、于属于 频谱线性搬移电路频谱线性搬移电路 (2)解调：解调：调制的逆过程调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。，即从已调波中恢复原调制信号的过程。71概述概述 调调相相的的逆逆过过程程鉴鉴相相调调频频的的逆逆过过程程鉴鉴频频振振幅幅调调制制的的逆逆过过程程振振幅幅检检波波(7)振幅调制分三种方式：振幅调制分三种方式： )SSB()DSB()AM(单单过过带带调调制制抑抑制制载载波波的的双双边边带带调调幅幅普普通通调调幅幅 （5）相位调制：）相位调制：调制信号控制载波相位调制信号控制载波相位，使，使已调波的相位随调已调波的相位随调 制信号线变化。制信号线变化。 （ 6）解调方式：）解调

3、方式：（4）频率调制：）频率调制：调制信号控制载波频率调制信号控制载波频率，使，使已调波的频率随调制已调波的频率随调制 信号线性变化。信号线性变化。（3）振幅调制：由）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅调制信号去控制载波振幅，使，使已调信号的振已调信号的振 幅幅 随调制信号线性变化。随调制信号线性变化。7.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性（1） 设：载波信号：设：载波信号： tVv000cos 调制信号：调制信号： tVv cos那么调那么调 幅信号（已调波）可表达为：幅信号（已调波）可表达为： tcos)t(Vv0mAM 由于由于调调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系幅信号的振幅与调

4、制信号成线性关系，即有：，即有： tVkVtVam cos)(0，式中，式中ak为比例常数为比例常数即：即： )tcosm1(V)tcosVVk1(V)t(Va00a0m 式中式中ma为调制度，为调制度， 0aaVVkm 常用百分比数表示。常用百分比数表示。tcos)tcosm1(Vv0a0AM 一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一般，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一个连续频谱的限带信号) t ( f则则tcos)t(fk1VV0a0AM 1 调调 幅幅 波波 的的 分分 析析若将若将 ) (tf分解为：分解为： 1nnnn)tcos(V)t

5、(f 则有则有 tcos)tcos(m1VV01nnnn0AM ，其中：其中： nanVkm 一、振幅调制信号分析一、振幅调制信号分析2、调幅信号波形、调幅信号波形 波形特点：波形特点： （1）调幅波的振幅（包络）变化规律）调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一致与调制信号波形一致 (2) 调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱程度反映了调幅的强弱程度， 可以看出：可以看出： 0minmaxaVVV21m 一般一般m值越大调幅越深：值越大调幅越深： tcos)tcosm1(Vv0a0AM )tcosm1(V)t(Va0m tVv000cos tVv cos)m1(VVaomax oV)m1(

6、VVaomin 实实际际电电路路中中必必须须避避免免包包络络失失真真过过调调幅幅时时百百分分之之百百最最大大调调幅幅时时未未调调幅幅时时,1m)(1m0maaa1ma 1ma （1）由单一频率信号调）由单一频率信号调 幅幅 t )cos(m21t )cos(m21tcosVtcos)tcosm1(VV0a0a000a0AM 含含传传输输信信息息下下边边频频分分量量含含传传输输信信息息上上边边频频分分量量不不含含传传输输信信息息载载波波分分量量:)(000 可见可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：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、调幅波的频

7、谱 调制信号0载波调幅波0+上边频0-下边频同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份 nn0nnn0n00nn0nn0n000nnn0AMt )cos(m21t )cos(m21tcosVt )cos(m21t )cos(m21tcosVtcostcosm1VV 含含信信息息下下边边带带含含信信息息上上边边带带不不含含信信息息载载波波分分量量)()(:n0n00 信号带宽信号带宽max2B 0 (2) 限带信号的调幅波限带信号的调幅波maxo 调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0+max上边带0-max下边带 由于：由于：tcosVtcosmtcosVtcos)tcosm1(VV0

8、0a000a0AM 相加器相加器 乘法器乘法器AMv直流直流0v v 乘法器乘法器 相加器相加器vAMv0v4、AM信号的产生原理框图信号的产生原理框图可见可见要完成要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。LOTRVP2021 OT2aL20aP4mR2Vm21PP 下下边边上上边边 2m1PPPPP2aOTOT0下下边边上上边边2m2a 载载波波功功率率双双边边带带功功率率4m2a 载载波波功功率率单单边边带带功功率率2a2a2a2am2m2m12m 平平均均总总功功率率双双边边带带功功率率2a2am24m 平平均均总总功功率率单单边边带

9、带功功率率(2) 上、下边带的平均功率：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功率在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率 (4)边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：边带功率，载波功率与平均功率之间的关系： LR上消耗的载波功率：上消耗的载波功率： (1)5、调制波的功率、调制波的功率那么调幅波各分量的功率为：那么调幅波各分量的功率为： 设调幅波传输信号至负载电阻设调幅波传输信号至负载电阻LR上上,由由于于在在普普通通调调幅幅波波信信号号中中，有有用用信信息息只只携携带带在在边边频频带带内内，而而载载波波本本身身并并不不携携带带信信息息，但但它它的的功

10、功率率却却占占了了整整个个调调幅幅波波功功率率的的绝绝大大部部分分，因因而而调调幅幅波波的的功功率率浪浪费费大大，效效率率低低。但但 AM 波波调调制制方方便便，解解调调方方便便，便便于于接接收收。如如当当 100%调调制制时时(m=1)，双双边边带带功功率率为为载载波波功功率率的的21，只只占占用用了了调调幅幅波波功功率率的的31，而而当当21 m,098PPOT 。 在在AM调制过程中，如果调制过程中，如果将载波分量抑制将载波分量抑制就形成就形成抑制抑制载波的双边带信号载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以，简称双边带信号，它可以用载波和调制用载波和调制信号直接相乘得到信号直接相乘得到，

11、即：，即： t )cos(t )cos(VkV21tcostcosVkVv00000DSB nnnnnnnnnDSBtVtVkVttVkVv)cos()cos(21coscos00000 调制信号为单一频率信号调制信号为单一频率信号： 调制信号为限带信号的调制调制信号为限带信号的调制： )()(0tvtkvvDSB 二、双边带信号二、双边带信号( double sidebond DSB)、 数学表达式数学表达式2. 波形与频谱波形与频谱二、双边带信号二、双边带信号( double sidebond DSB)tV cos(1) DSB信号的包络正比于调制信号信号的包络正比于调制信号 (2) DS

12、B信号载波的相位反映了调制信号的极性，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即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，因此严格地说，DSB信号已非单纯的振信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号幅调制信号，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，功率利用率高于用率高于AM波。波。maxmax22FB (4) 占用频带占用频带 调制信号 载波o 上边频 下边频上边带滤波器SSBUv乘法器 vov下边带滤波器SSBLv t

13、)cos(t )cos(VkV21)t(v000DSB tVtVkVtvSSBU)cos()cos(21)(000 t )cos(Vt )cos(VkV21)t (v000SSBL 单边带单边带(SSB)信号是由信号是由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个信号经过边带滤波器滤除了一个边带或在调制过程中直接将一个边带抵消而形成，边带或在调制过程中直接将一个边带抵消而形成，如：如：上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号三三 单边带信号单边带信号0+max上边带0-max下边带o o 0+max上边带o 0-max下边带DSBv另外由三角公式：另外由三角公式： 三三 单边带信号单边带信号tsints

14、inVtcostcosV)t(v00SSBU tsintsinVtcostcosV)t(v00SSBL 利用上三角公式的实现电路如下图所示：利用上三角公式的实现电路如下图所示：乘 法器乘 法器00相移00相移加 法器减 法器tcosv SSBUvSSBLvtcosvoo tsinV0 tsinV 7.3 振幅调制电路振幅调制电路 这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为：这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为： 调调频频调调幅幅信信号号调调相相调调幅幅信信号号纯纯调调幅幅信信号号,)tsintsintcost(cosVv:SSB,tcostcosVkVv:DSBtcos)tcosm1

15、(Vv:AM00SSB00DSB00AM 四、振幅调制电路四、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三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以，所以振幅调制振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路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具体的说调制可分为高电平调制高电平调制：功放和调制同时进行，主要用于：功放和调制同时进行，主要用于AM信号。信号。低电平调制低电平调制：先调制后功放，主要用于：先调制后功放，主要用于DSB、SSB以及以及FM信号。信号。（一）（一） AM调制电路调制电路AM信号大都用于无线电广播，因此多用于高电平调制。信号大都

16、用于无线电广播，因此多用于高电平调制。1 高电平调制高电平调制基极调幅基极调幅(Base AM) 集电极调幅电路集电极调幅电路(Collector AM) 发射极调幅发射极调幅(Emitter AM) 在基极调幅电路中：在基极调幅电路中：LC高频扼流圈，高频扼流圈，LB低频扼流圈，低频扼流圈，C1, Ce 1 , Ce2 ,C2 ,C3，CC 高频旁路电容，高频旁路电容， Re射极偏置电阻，基极偏压随调制信号而射极偏置电阻，基极偏压随调制信号而变化，即变化，即基极有效动态偏压为：基极有效动态偏压为： 在集电极调幅电路中：在集电极调幅电路中：Cb,C1为高频旁路电容，为高频旁路电容，Rb为基极自

17、给偏压电阻为基极自给偏压电阻，放大器工作在丙类状态，集电极电路中除直流电压，放大器工作在丙类状态，集电极电路中除直流电压VCC外，还串有调制外，还串有调制信号信号tcosV)t(v tcosVV)t(vCCCC tcosVV)t(vV)t(vBOBOBB 基极调幅的特点：工作在欠压区，效率越低，输出波形较差，但基极调幅的特点：工作在欠压区，效率越低，输出波形较差，但 即即集电极有效动态电源为集电极有效动态电源为： ) t (vo) t (v ) t (vAM) t (vo) t (v )(tvAMVCCVCC+VBO-所用调制信号功率越小。所用调制信号功率越小。 +-) t (vcc+-) t

18、 (vBBiCiC1) t (v ccV)t (v )t(vcc临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t)icvAM（t） 例：二极管电路例：二极管电路 信信号号可可产产生生平平衡衡二二极极管管电电路路信信号号都都可可产产生生单单二二极极管管电电路路DSBAM如下图所示的电路设如下图所示的电路设:tcosVvm tVvm000cos mm0vv dddvtSgi)( dLdLdLv )t (SRgRiv 0001)(00vvtStcosVtcosVv0m0md (1)单二极管电路单二极管电路且且 则回路电流则回路电流: LddRr1g 而而 、低电平调制、低电平调制AM信号的低电平调制可采用第四章介绍的线性时变电路来实现。信号的低电平调制可采用第四章介绍的线性时变电路来实现。 tcosVtcosV.t3cos32tcos221Rgv0m0m00LdL 的频谱成份的频谱成份：di 0001n2n2 , 0 20 30)(tVL0 2B如果选频回路工作在如果选频回路工作在 处，且带宽为处，且带宽为 而谐振时的负载电阻为而谐振时的负载电阻为RL，则输出电压，则输出电压 为：为： ttmVttVVRVgttRVgtRVgtVmmLmdLmdLmdL000000000coscos1cosc