第六章振幅调制解调及混频

1、模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路1第第6 6章振幅调制、解调及混频章振幅调制、解调及混频6.1 6.1 振幅调制振幅调制 6.2 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调 6.3 6.3 混频混频 6.4 6.4 混频器的干扰混频器的干扰 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路2(1)(1)什么是调制？什么是调制？调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程。调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程。调制的作用是把消息置于消息载体，以便传输和调制的作用是把消息置于消

2、息载体，以便传输和处理。处理。解调是调制的逆过程，从消息载体中还原出原来解调是调制的逆过程，从消息载体中还原出原来的消息。的消息。用来传送消息的载体用来传送消息的载体u uc c(t)(t)，称为载波；称为载波；消息消息u uf f(t)(t)，称为调制信号；称为调制信号；调制后的信号调制后的信号u(t)u(t)，称为已调信号。称为已调信号。用调制信号用调制信号u uf f(t)(t)控制载波控制载波u uc c(t)(t)的某些参数，使的某些参数，使之随之随u uf f(t)(t)的变化而变化，就可实现调制。的变化而变化，就可实现调制。引言模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟

3、电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路3(2)(2)为什么要调制？为什么要调制？天线尺寸天线尺寸 无线信道中传输信号时，利用电磁场在空间的传播，需要天线发射和无线信道中传输信号时，利用电磁场在空间的传播，需要天线发射和接收电磁波。接收电磁波。 天线的尺寸和波长相比拟，如采用天线的尺寸和波长相比拟，如采用 /4/4天线，对于天线，对于3 3kHzkHz的声音信号，天的声音信号，天线尺寸为线尺寸为2525kmkm，这是无法实现的，如果调制在这是无法实现的，如果调制在900900MHzMHz上，天线仅需上，天线仅需8 8cmcm，易于实现易于实现 无线传输系统，调制是一个基本环节。无线传

4、输系统，调制是一个基本环节。调制可以实现多路复用，例如频分复用（调制可以实现多路复用，例如频分复用（FDMAFDMA）。）。调制可以降低干扰对信号传输的影响，如扩频调制。调制可以降低干扰对信号传输的影响，如扩频调制。调制可以实现有效地发射和有选择地接收模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路4(3)(3)通信系统中的发送与接收设备通信系统中的发送与接收设备缓冲级倍频器放大级调制器功率放大器振荡器低频功放低频放大调幅发射机方框原理图模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路5

5、高频放大混频器中频放大解调器低频放大输入回路自动增益控制本地振荡器超外差接收机方框原理图模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路6(4)(4)调制分类调制分类按调制信号按调制信号uf(t)分分 模拟调制模拟调制 数字调制数字调制按载波按载波uc(t)分分 脉冲调制脉冲调制 正弦波调制正弦波调制 光强度调制光强度调制模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路7 调制是一种调制是一种非线性非线性过程。载波被调制后将产生过程。载波被调制后将产生新的频率新的频率分量分量, ,通常它

6、们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。正弦波调制：正弦波调制：幅度调制、角度调制（频率调制、相位调制）幅度调制、角度调制（频率调制、相位调制）n幅度调制：调制信号控制载波的幅度调制：调制信号控制载波的幅度幅度：AMAM（AmplitudeAmplitude ModulationModulation）、）、 ASKASK（AmplitudeAmplitude shift keying shift keying）n频率调制：调制信号控制载波的频率调制：调制信号控制载波的频率频率：FMFM、 FSK FSKn相位调制：调制信号控制载波的相位调制：调

7、制信号控制载波的相位相位：PM PM 、PSKPSK模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路86.6.1 1 振幅调制振幅调制 幅度调制（幅度调制（AMAM）是指载波的幅度随调制信号的是指载波的幅度随调制信号的变化规律而变化，而其角频率和初相位均为常变化规律而变化，而其角频率和初相位均为常数。数。 幅度调制方式幅度调制方式标准幅度调制（标准幅度调制（Standard AMStandard AM）双边带幅度调制（双边带幅度调制（Double SideBand AMDouble SideBand AM）单边带幅度调制（单边带幅度调制（S

8、ingle SideBand AMSingle SideBand AM）模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路9 标准幅度调制是各种幅度调制中最基本的一标准幅度调制是各种幅度调制中最基本的一种。种。 由于在合理使用功率和占有频带宽度等方面，由于在合理使用功率和占有频带宽度等方面，不如其他调幅方式优越，其应用范围受到限不如其他调幅方式优越，其应用范围受到限制。制。 调制和解调电路简单调制和解调电路简单 在关于幅度调制的性质以及调制与解调技术在关于幅度调制的性质以及调制与解调技术原理等方面，它还是最基本的。原理等方面，它还是最基本的。

9、模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路106.1.1 振幅调制信号分析振幅调制信号分析1. 调幅波的分析调幅波的分析1) 表示式及波形 设载波电压为 uC=UCcosct 调制电压为 u=U cost 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路11通常满足 c。根据定义，已调信号的振幅随调制信号u线性变化，由此可得振幅调制信号振幅振幅Um(t)： 调幅度调幅度(调制度调制度)：ka又称为调制灵敏度。可得调幅信号的表达式：mCCCaCaC( )( ) cos(1cos)Ut

10、UUtUk uUk UtUmtCaCCUUkUUmttmUttUtucCcmAMcos)cos1 (cos)()(模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路12图 6-1 AM调制过程中的信号波形调制信号载波信号调幅信号模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路13在标准幅度调制中，不允许出现过调制，要求m 1。5 . 1mn 实际过调幅波形往往如图6-1（e），无法解调，且占据频带很宽过调制现象过调制现象：ttmUttUtucCcmAMcos)cos1 (cos)()(。能

11、反映调制信号的变化波反相，包络将不会出现负值，导致调幅时，当)(1mtUm模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路14 uAM(t)=UC1+mf(t)cosct 式中，式中，mn=kaUn/UC1 )cos()(nnnntUtfttmUtunnnnc1 CAMcos)cos(1)(复杂音调制：复杂音调制：调制信号并非为单一频率的信号，例如是一连续频谱信号f(t)。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路15完成完成AM调制的原理框图：其关键在于实现调制信号和载波调制的原

12、理框图：其关键在于实现调制信号和载波的相乘。的相乘。ttmUttUtucCcmAMcos)cos1 (cos)()(模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路162) 调幅波的频谱两个边频分量c+及c则以载频为中心对称分布，两个边频幅度相等并与调制信号幅度成正比。边频相对于载频的位置仅取决于调制信号的频率，这说明调制信号的幅度及频率消息只含于边频分量中。tUmtUmtUtu)cos(2 )cos(2cos)(cCcCcCAMttmUttUtucCcmAMcos)cos1 (cos)()(模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模

13、拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路17单音调制时已调波的频谱单音调制时已调波的频谱调制信号频调制信号频谱谱载波信号频载波信号频谱谱AM信号频谱信号频谱单频调制时，调幅波占用的带宽单频调制时，调幅波占用的带宽BAM2F，F=/2。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路18 上边带的频谱结构上边带的频谱结构与原调制信号的与原调制信号的频谱结频谱结构相同构相同（各频率分量的（各频率分量的相对振幅及相对位置没相对振幅及相对位置没有变化），下边带是上有变化），下边带是上边带的镜像。边带的镜像。复杂音调制时已调波的频谱复杂

14、音调制时已调波的频谱 AM调制是把调制信号的频谱搬移到载频两侧，在搬移调制是把调制信号的频谱搬移到载频两侧，在搬移过程中频谱结构不变。这类调制方式属于频谱线性搬移。过程中频谱结构不变。这类调制方式属于频谱线性搬移。调制信号频调制信号频谱谱AM信号频谱信号频谱Fmax=3400HzBAM=2Fmax=6800Hz模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路193) 调幅波的功率调幅波的功率平均功率平均功率(简称功率简称功率)是对恒定幅度、恒定频率的正弦波是对恒定幅度、恒定频率的正弦波而言的。调幅波的幅度是变化的，所以它存在几种状态下而言的

15、。调幅波的幅度是变化的，所以它存在几种状态下的功率，如载波功率、最大功率及最小功率、调幅波的平的功率，如载波功率、最大功率及最小功率、调幅波的平均功率等。均功率等。在负载电阻在负载电阻RL上消耗的载波功率为上消耗的载波功率为在负载电阻在负载电阻RL上，一个载波周期内调幅波消耗的功率为上，一个载波周期内调幅波消耗的功率为L2CcL2Cc2d21RUtRuP2c22CLcL2AM)cos(1 )cos1 (21d)(21tmPtmURtRtuP模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路20c22CL4221PmmURP边频21 d212c

16、avmPtPP22m载波功率边频功率调制信号周期内平均功率调制信号周期内平均功率 1coscos11 coscoscos22AMccccccccutUmttUtmUtm UtAM信号的平均功率模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路21调幅波的最大功率和最小功率，它们分别对应调制信号的最大值和最小值为: Pmax=Pc(1+m)2 Pmin=Pc(1m)2 Pmax限定了用于调制的功放管的额定输出功率PH, 要求PHPmax。 普通的AM调制方式中，载频与边带一起发送，不携带调制信号分量的载频占去了2/3以上的功率，而带有信息的边频

17、功率不到总功率的 1/3，功率浪费大，效率低。但它仍广泛地应用于传统的无线电通信及无线电广播中，其主要原因是设备简单，特别是AM波解调很简单，便于接收，而且与其它调制方式(如调频)相比，AM占用的频带窄。21 d212cavmPtPP模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路22例：有一标准例：有一标准AMAM波，未调制载波峰值电压为波，未调制载波峰值电压为1010V V，负载电负载电阻为阻为1010 ，调制指数为，调制指数为1 1，求载波和上下边带的功率；如果，求载波和上下边带的功率；如果调制指数变化为调制指数变化为0.50.5，载

18、波和上下边带功率？，载波和上下边带功率？/2.5/7.533.33%tsbtPP WRUPLcc51010212122 WPmPPclsbusb25. 142WPPPlsbusbtsb5 . 2WPPPtsbct5 . 71m WRUPLcc51010212122 WPmPPclsbusb3125. 042 WPPPlsbusbtsb625. 0WPPPtsbct625. 55 . 0m/0.625/5.62511.11%tsbtPP 解：解： 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路23调幅指数的一般定义：调幅指数的一般定义： 为

19、调制信号的一个周期内，调幅信号的为调制信号的一个周期内，调幅信号的最大振幅。最大振幅。 为调制信号的一个周期内，调幅信号的为调制信号的一个周期内，调幅信号的最小振幅。最小振幅。 为为载波幅度。载波幅度。maxminmaxmminmaxminccmacmcmVVVVVVMVVVV 若其峰值和谷值不对称，若其峰值和谷值不对称，可定义可定义峰值调幅度峰值调幅度m上上和和谷谷值调幅度值调幅度m下下。maxmccmVVmV 上上mincmcmVVmV 下下maxVminVcmV模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路24 在保证不过调的情况下

20、，要使用尽可能高的调幅指在保证不过调的情况下，要使用尽可能高的调幅指数。数。 对于振幅最大的有用信号，标准对于振幅最大的有用信号，标准AM系统应保证其系统应保证其调制指数在调制指数在0.90.95之间。之间。n在实际系统中，在实际系统中，平均调幅指数很小平均调幅指数很小，所以边，所以边频功率占的比例更小，功率利用率更低。频功率占的比例更小，功率利用率更低。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路25 在调制过程中，将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号， 简称双边带信号。 uDSB(t)=kf(t)uC 在单一正弦信号u=Ucost调

21、制时 uDSB(t)=kuuC=kUCUcost cosct =g(t) cosctAMmcCac( )( )cos()cos utUttUk ut标准调幅波：标准调幅波： g g( (t t) )是双边带信号的振幅，与调制信号成正比。与是双边带信号的振幅，与调制信号成正比。与AMAM波的波的U Um m( (t t) )不同，这里不同，这里g g( (t t) ) 可正可负。可正可负。2. 双边带信号双边带信号模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路26调制信调制信号号载波信载波信号号调幅信调幅信号号与AM波相比，它有如下特点:

22、(1) 包络不同。AM波的包络正比于调制信号f(t)的波形，而DSB波的包络则正比于|f(t)|。例如g(t)=kcost，它具有正、负两个半周，所形成的DSB信号的包络为|cost|。当调制信号为零时，即cost=0，DSB波的幅度也为零。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路27(2)DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处(调制电压正负交替时)要突变180。由图可见，在调制信号正半周内，已调波的高频与原载频同相，相差0; 在调制信号负半周内，已调波的高频与原载频反相，相差180。这就表明，DSB信号的相位反映了调制信号的极

23、性。因此，严格地讲，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。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路28由于DSB信号不含载波，它的全部功率为边带占有，所以发送的全部功率都载有消息, 功率利用率高于AM信号。由于两个边带所含消息完全相同，故从消息传输角度看，发送一个边带的信号即可，这种方式称为单边带调制。 c mc mc jVAM 下边带 上边带 c mc mc jVDSB 下边带 上边带 DSBDSB信号的频谱相当于从信号的频谱相当于从AMAM波频谱图中将载频分量去掉后的频谱。波频谱图中将载频分量去掉后的频谱。B

24、DSB=2Fmax模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路29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。单频调制时：单频调制时： uDSB(t)=kuuC 取上边带时 uSSB(t)=Ucos(c+)t 取下边带时 uSSB(t)=Ucos(c)t3. 单边带信号单边带信号模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路30单频调制时的SSB信号仍是等幅波，但它与原载波电压是不同的。SSB信号的振幅与调制信号的幅度成正比，它

25、的频率随调制信号频率的不同而不同，因此它含有消息特征。单边带信号的包络与调制信号的包络形状相同。在单频调制时，它们的包络都是一常数。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路31调制信调制信号号载波信载波信号号上边带上边带调幅信调幅信号号调制过程中的信号频谱调制过程中的信号频谱模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路32双音调制时：双音调制时：设u(t)=Ucos1t+Ucos2t，且21，则可以写成下式: 受u调制的双边带信号为：双边带信号为：从中任取一个边带,就是双音调

26、制的SSB信号。取上边带：取上边带：ttUu)(21cos)(21cos21212tttUuc1212DSBcos)(21cos)(21cos2tUtUttUucccSSB211212cos2cos221cos21cos模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路33双音调制时双音调制时SSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路34(1) 若将|2Ucos(21)t/2|看成是调制信号的包络，(2+1)/2为调制信号的填充频率，则SSB信号

27、的包络与调制信号的包络形状相同，填充频率移动了c。SSB信号有如下特点：(2) 双音调制时，每一个调制频率分量产生一个对应的单边带信号分量，它们之间的关系和单音调制时一样，振幅之间成正比，频率则线性移动。这一调制关系也同样适用于多频率分量信号f(t)的SSB调制。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路35上边带：上边带：- /2 f t f ttcostsinsinsin1cos()cos()2DSBMmcmcMmcmccuA UUttA UUcoscos1cos()cos()2DSBMmcmcMmcmccuA UUttA UU

28、c mc mc :cosDSBcUjf tt 下边带 上边带 c mc mc :( )sinDSBcUjf tt 下边带 上边带 :cosDSBcUjf tt:( )sinDSBcUjf tt 11cossin22SSBccutf ttf tt用移相法实现单边带调幅用移相法实现单边带调幅 11cossin22SSBccutf ttf tt下边带：下边带：模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路36- /2- /2 f t f ttccostcsin coscf tt sincf tt SSButn宽带移相器在很宽的频带上要求移动相同

29、的相位，很难制造宽带移相器在很宽的频带上要求移动相同的相位，很难制造n R、L、C无源网络移相器无源网络移相器n 两极点放大器移相器两极点放大器移相器 11cossin22SSBccutf ttf tt模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路37DSBDSB频谱频谱上边带频谱上边带频谱下边带频谱下边带频谱语音调制的语音调制的SSB信号频谱信号频谱BSSBFmax模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路38单边带调制从本质上说是幅度和频率都随调制信号改变的调制方式。但是由于

30、它产生的已调信号频率与调制信号频率间只是一个线性变换关系(由变至c+或c的线性搬移)，这一点与AM及DSB相似，因此通常把它归于振幅调制。SSB调制方式在传送信息时，不但功率利用率高，而且它所占用频带为BSSBFm，比AM、DSB减少了一半，频带利用充分，目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路396.1.2 振幅调制电路振幅调制电路由上面的分析可以看出，AM、DSB及SSB信号都是将调制信号的频谱搬移到载频上去(允许取一部分)，搬移的过程中，频谱的结构不发生变化，不产生fcnF分量，均属于频

31、谱的线性搬移，故同属线性调制。或者说这些调制的实现必须以乘法器为基础。因此，这些调制的实现电路应包含有乘积项。第5章介绍了频谱的线性搬移电路，只要包含平方项(包含有乘积项)，就可以用来完成上述调制功能。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路40调制可分为高电平调制和低电平调制。 高电平调制：高电平调制：是将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可直接发送出去。如许多广播发射机都采用这种调制，这种调制主要用于形成AM信号。 低电平调制：低电平调制：是将调制和功放分开，调制后的信号电平较低，还需经功率放大后达到一定的发射功率再发

32、送出去。DSB、SSB以及第7章介绍的调频(FM)信号均采用这种方式。对调制器的主要要求是调制效率高、调制线性范围大、对调制器的主要要求是调制效率高、调制线性范围大、失真要小等。失真要小等。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路41CCU0ccU1. AM调制电路调制电路1) 高电平调制高电平调制集电极调幅电路集电极调幅电路：UCC=Ucc0+u, 即集电极电源电压随调制信号即集电极电源电压随调制信号变化，从而使集电极电流的基波分量随变化，从而使集电极电流的基波分量随u u的规律变化。的规律变化。0ccUCCU0ccU模 拟 电

33、子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路42由功放的分析已知，当功率放大器工作于过压状态时，集电极电流的基波分量与集电极偏置电压成线性关系。因此，要实现集电极调幅，应使放大器工作在过压状态。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路43基极调幅电路基极调幅电路：图中LB1是高频扼流圈，LB为低频扼流圈，C1、C3、C5为低频旁路电容，C2、C4、C6为高频旁路电容。基极调幅与谐振功放的区别是基极偏压随调制电压变化。如果UBB随u变化，Ic1将随之变化, 从而得到已调幅信号。从调制特性看

34、，为了使Ic1受UBB的控制明显, 放大器应工作在欠压状态。CCUBBU模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路44基极调幅的波形基极调幅的波形 BBU0bbU模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路45由于基极电路电流小，消耗功率小，故所需调制信号功率很小，调制信号的放大电路比较简单，这是基极调幅的优点。但因其工作在欠压状态，集电极效率低是其一大缺点。一般只一般只用于功率不大，对失真要求较低的发射机中。而集电极调幅用于功率不大，对失真要求较低的发射机中。而集电极调幅效率

35、较高，适用于较大功率的调幅发射机中。效率较高，适用于较大功率的调幅发射机中。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路462) 低电平调制低电平调制要完成AM信号的低电平调制，可采用第5章介绍的频谱线性搬移电路来实现。(a) 二极管电路二极管电路输出滤波器输出滤波器H(j)对载波对载波c调谐，带宽为调谐，带宽为2F。这样最后的输出。这样最后的输出频率分量为频率分量为c，c+和和c，输出信号是，输出信号是AM信号。信号。当当UCU时时:tUgtUgtUgtUgUgi )cos( )cos( cos2 cos2cDcDcCDDCDD模 拟

36、 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路47对于二极管平衡调制器，在图5-7所示电路中，令u1=uC，u2=u, 且有UCU，在大信号工作，可得输出变压器的次级电流iL为tUgtUgtUgtUgtUgutKgi )3cos(32 )3cos(32 )cos(2 )cos(2 cos )(2cDcDcDcDDcDLi iL L中包含中包含F F分量和分量和(2(2n n+1)+1)f fc cF F( (n n=0=0，1 1，2 2，)分量，若输出滤分量，若输出滤波器的中心频率为波器的中心频率为f fc c，带宽为，带宽为2 2F F，谐

37、振阻抗为，谐振阻抗为R RL L，则输出电压，则输出电压: :模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路54ttgRUtUgRtUgRtu cos cos4 )cos(2 )cos(2)(cDLcDLcDLo二极管平衡调制电路1i2i模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路55二极管平衡调制器波形模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路56 加在VD1、VD2上的电压仅音频信号u的相位不同(反相)，故电流i1和i

38、2仅音频包络反相。电流i1i2经高频变压器T2及带通滤波器滤除低频和3c等高频分量后，负载上得到DSB信号电压uo(t) 。对平衡调制器的主要要求是调制线性好、载漏小(输出端的残留载波电压要小，一般应比有用边带信号低20 dB以上)，同时希望调制效率高及阻抗匹配等。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路57平衡调制器的一种实际线路实用平衡调制器电路实用平衡调制器电路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路58调制电压为单端输入，已调信号为单端输出，省去了中心抽头音频变压

39、器和输出变压器。由于两个二极管方向相反，故载波电压仍同相加于两管上，而调制电压反相加到两管上。流经负载电阻RL的电流仍为两管电流之差，所以它的原理与基本的平衡电路相同。图中，C1对高频短路、对音频开路，因此T次级中心抽头为高频地电位。R2、R3与二极管串联，同时用并联的可调电阻R1来使两管等效正向电阻相同。C2、C3用于平衡反向工作时两管的结电容。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路59tUttgutKgi cos3cos34cos42 )(2ccDcDLttUgRucDLocos cos8双平衡调制器双平衡调制器(环形调制器环

40、形调制器)模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路60模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路61在二极管平衡调制电路中，调制电压u与载波uC的注入位置与所要完成的调制功能有密切的关系。u加到u1处，uC加到u2处，可以得到DSB信号，但两个信号的位置相互交换后，只能得到AM信号，而不能得到DSB信号。但在双平衡电路中，uC、u可任意加到两个输入端，完成DSB调制。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路62两

41、个桥路构成的电路等效一个环形调制器，载波电压对两个桥路两个桥路构成的电路等效一个环形调制器，载波电压对两个桥路是反相的。当是反相的。当u uC C0 0时，上桥路导通，下桥路截止时，上桥路导通，下桥路截止; ; 反之，当反之，当u uC C0 0时，上桥路截止，下桥路导通。调制电压反向加于两桥的另时，上桥路截止，下桥路导通。调制电压反向加于两桥的另一对角线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响，则图中一对角线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响，则图中u ua a( (t t) )为为平衡调制器的一种等效电路平衡调制器的一种等效电路:桥式调制器桥式调制器模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟

42、 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路63)()(cd11atKurRRtueaeeeecRtuRtuiii)()(ttUrRRRRtucdeLocoscos4)(11模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路64式中，I0=UEE/Re，m=Uc/UEE，x=U/UT。经滤波后的输出电压: uo(t)I0RLm1(x) cost cosct=Uo cost cosct(b) 差分对调制器差分对调制器 在单差分电路中，将载波电压uC加到线性通道，即uB=uC，调制信号u加到非线性通道，即uA=u，则双端输出电流io(t)

43、为: txtxtmItUUtUUIticTcEEco3coscoscos1cos2tanhcos1)(3100模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路65上式表明，u、uC采用与产生AM信号的相反方式加入电路，可以得到DSB信号。但由于u加在非线性通道，故出现了fcnF(n=3，5，)分量，它们是不易滤除的，这就是说，这种注入方式会产生包络失真。只有当u较小时，使3(x) 充电时常充电时常Dr模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路83放电、充电过程，直至VD导通时C的充

44、电电荷量等于VD截止时C的放电电荷量，便达到动态平衡状态稳定工作状态。如图中U4以后所示情况，此时，U4已接近输入电压峰值。在下面的研究中，将只考虑稳态过程，因为暂态过程是很短暂的瞬间过程。输入信号为载波输入信号为载波CiDuuu模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路84二极管电流iD包含平均分量Iav及高频分量。Iav流经电阻R形成平均电压Uav(载波输入时，Uav为直流电压)，它是检波器的有用输出电压; 高频电流主要被旁路电容C旁路， 在其上产生很小的残余高频电压u，所以检波器输出电压 uo=uC=Uav+u当电路元件选择正确

45、时，高频波纹电压可以忽略，这时检波器输出电压为uo=uC=Uav=Uo。直流输出电压接近于但小于输入电压峰值Um。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路85检波器稳态时的电流电压波形检波器稳态时的电流电压波形 VD iu t iR R C out oiCiDUuuuu模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路86-2-1012345678-1.5-1-0.500.511.5二极管是在输入电压的每个高频周期的峰值附近导通，因此其输出电压波形与输入信号包络形状相同。平均电压U

46、av包含直流及低频调制分量，即Uo(t)=Uav=Udc+u。输入信号为输入信号为AM波波模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路87输入为AM信号时检波器的输出波形图模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路88 D iu t iR R C out Di uD=uAMUo(t) iD中的高频分量被中的高频分量被C旁通，旁通，Idc及调制及调制分量分量i流经流经R形成输出电压。形成输出电压。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电

47、 子子 线线 路路89图 6-38 包络检波器的输出电路如果只需输出调制频率电压，则可增加隔直电容Cg和负载电阻Rg，如图6-38(a)所示。若需要检波器提供与载波电压大小成比例的直流电压，例如作自动控制放大器增益的偏压时，则可用低通滤波器RC 取出直流分量，如图6-38(b)所示。其中， C 对调制分量短路。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路90从检波过程还可以看出，RC的数值对检波器输出的性能有很大影响。如果R值小(或C小)，则放电快，高频波纹加大，平均电压下降; RC数值大则作用相反。当检波器电路一定时，它跟随输入电压的

48、能力取决于输入电压幅度变化的速度。当幅度变化快，例如调制频率高或调制幅度m大时，电容器必须较快地放电，以使电容器电压能跟上峰值包络而下降，此时, 如果RC太大，就会造成失真。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路912 性能分析性能分析1) 传输系数传输系数Kd检波器传输系数Kd或称为检波系数、检波效率，是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。若若输入载波电压振幅为输入载波电压振幅为Um，输出直流电压为，输出直流电压为Uo，则，则 对对AM信号，其定义为检波器信号，其定义为检波器输出低频电压振幅与输入高频输出低

49、频电压振幅与输入高频已调波包络振幅之比已调波包络振幅之比:这两个定义是一致的。modUUK cdmUUK cmUU模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路922)检波器的输入阻抗检波器的输入阻抗 输入电阻是输入载波电压的振幅Um与检波器电流的基频分量振幅I1之比值，即1miIUR 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路93输入电阻是前级的负载，它直接并入输入回路，影响着回路的有效Q值及回路阻抗。串联二极管峰值包络检波器的输入电阻与二极管检波器负载电阻R有关。当较小时，近

50、似为R的一半。R越大，Ri越大，对前级的影响就越小。 可以用能量守恒原理来解释。由于很小，消耗在rD上的功率很小, 可以忽略，所以检波器输入的高频功率全部转换为输出的平均功率，即 则这里Kd1。RURU2oi2m22iRR 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路943 检波器的失真检波器的失真在二极管峰值包络检波器中，存在着两种特有的失真惰性失真和底部切削失真。1) 惰性失真惰性失真在二极管截止期间，电容C两端电压下降的速度取决于RC的时间常数。如RC数值很大，则下降速度很慢，将会使得输入电压的下一个正峰值来到时仍小于uC，形成输

51、出波形不随包络形状而变化，产生了失真。由于是由电容放电的惰性引起的，故称惰性失真或失随失真。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路95为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期内，使电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速度，即o( )uU ttt如果输入信号为一调幅波：如果输入信号为一调幅波：( )(1cos)cosAMmcutUmtt调幅信号包络：调幅信号包络：( )(1cos)mU tUmtt 在时刻在时刻 包络下降速度包络下降速度：1t11( )sinmttU tmUtt模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模

52、 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路96二极管停止导通的瞬间，电容两端电压uC近似为输入电压包络值，即uC=Um(1+mcost)。从t1时刻开始通过R放电的起始电压uC1=Um(1+mcost1)速度为1C1m11e(1cos )t tRCuUmttRC 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路97 得出不失真条件如下: 由此可见，m、越大，包络下降速度就越快，要求的RC就越小。在设计中，应用最大调制度及最高调制频率检验有无惰性失真，其检验公式为mmRC 12maxmax2max 1mmRC模 拟 电 子 线

53、路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路98为了取出低频调制信号，电容Cg应对低频呈现短路，其电容值一般为510F; Rg是所接负载。检波器的直流负载R= = R，而低频交流负载R=RRg/(R+Rg)。因R=R，将引起底部失真。2) 底部切削失真底部切削失真底部切削失真又称为负峰切削失真。这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路99因为Cg较大，在音频一周内，其两端的直流电压基本不变，其大小约为载波振幅值UC，可以把它看作一直流电源。它在电阻R和R

54、g上产生分压。在电阻R上的压降为调幅波的最小幅度为UC(1m)，若小于UR,二极管会截止，产生底部切削失真。CgRURRRU要避免底部切削失真，应满足 即CgC)1 (URRRmURRRRRmg模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路100 这一结果表明，为防止底部切削失真，检波器交流负载与直流负载之比应大于调幅波的调制度m。因此必须限制交、直流负载的差别。在工程上，减小检波器交、直流负载的差别有两种常用的措施： 一是在检波器与低放级之间插入高输入阻抗的射极跟随器; 二是将R分成R1和R2，R=R1+R2。此时，R=R1+R2 ，R

55、=R1+R2Rg。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路1015. 二极管并联检波器二极管并联检波器并联检波器的二极管、负载电阻和信号源是并联的，其工作原理与串联检波器相似。电容C起检波兼隔离作用，但不能起到高频滤波作用，所以输出电压就是二极管两端的电压。不仅含有平均分量，还含有高频分量; 因此输出端除需隔直电容外，还需加高频滤波电路，以滤除高频分量，得到所需的低频分量。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路102当电路参数相同时，并联型检波器和串联型检波器具有相同的

56、电压传输系数Kd，但因高频电流通过负载电阻R时，损耗了一部分高频功率，因而并联型检波器的输入电阻比串联型检波器小。根据能量守恒原理，实际加到并联型检波器中的高频功率，一部分消耗在R上，一部分转换为输出平均功率，即当UavUC时(UC为载波振幅)有 RURURU2av2ci2c223iRR 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路1036.2.3 同步检波同步检波前已指出，同步检波分为乘积型和叠加型两种方式，这两种检波方式都需要接收端恢复载波接收端恢复载波支持，恢复载波性能的好坏，直接关系到接收机解调性能的优劣。1 乘积型乘积型 低通

57、滤波器低通滤波器 ( )su t( )ru t( )ov t设输入信号为DSB信号：us=Us cost cosct本地恢复载波：ur=Ur cos(rt+)模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路104经低通滤波器的输出，且考虑rc=c在低通滤波器频带内，有 uo=Uo cos(ct+) cost 当恢复载波与发射载波同频同相时即r=c ，=0，则 uo=Uo cost无失真地将调制信号恢复出来。 t )cos(t )cos(t cosUU21 )tcos(tcost cosUUuucrcrrsrcrsrs 模 拟 电 子 线 路

58、模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路105 若恢复载波与发射载频有一定的频差若恢复载波与发射载频有一定的频差，即，即r=c+c uo=Uo cosct cost引起振幅失真。引起振幅失真。 若有一定的相差若有一定的相差，则，则 uo=Uo cos cost相当于引入一个振幅的衰减因子相当于引入一个振幅的衰减因子cos，当，当=/2时，时，uo=0。当。当是一个随时间变化的变量时，即是一个随时间变化的变量时，即=(t)时，恢复出的解调信时，恢复出的解调信号将产生振幅失真。号将产生振幅失真。类似的分析也可以用于AM波和SSB波。这种解调方式关键在于获得两

59、个信号的乘积，所学的频谱线性搬移电路均可用于乘积型同步检波。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路1062. 叠加型叠加型 叠加型同步检波是将DSB或SSB信号插入恢复载波，使之成为或近似为AM信号，再利用包络检波器将调制信号恢复出来。 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路107本地恢复载波本地恢复载波 同步检波的关键是产生一个与载波信号同频同相的恢复载波。同步检波的关键是产生一个与载波信号同频同相的恢复载波。 AM波通过限幅器就能去除其包络变化, 得到等幅载波信号

60、，这就是所需同频同相的恢复载波。 DSB信号，将其取平方，从中取出角频率为2c的分量，再经二分频器，就可得到角频率为c的恢复载波。 SSB信号，往往在发射机发射SSB信号的同时，附带发射一个载波信号，称为导频信号，它的功率远低于SSB信号的功率。接收端就可用高选择性的窄带滤波器从输入信号中取出该导频信号，导频信号经放大后就可作为恢复载波信号。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路1086.3 混混 频频6.3.1 混频的概述混频的概述 混频，又称变频，也是一种频谱的线性搬移过程，它是使信号自某一个频率变换成另一个频率。完成这种功能