第4部分振幅调制解调和混频电路

1、第4部分振幅调制解调和混频电路 掌握掌握AMAM信号的特点（时域、频域），频谱搬移电路的信号的特点（时域、频域），频谱搬移电路的实现模型，二极管混频器的分析方法；理解线性时变工作实现模型，二极管混频器的分析方法；理解线性时变工作状态的条件及在频谱搬移电路中的作用，二极管检波器的状态的条件及在频谱搬移电路中的作用，二极管检波器的工作原理和性能特点；了解混频干扰的成因，双差分对平工作原理和性能特点；了解混频干扰的成因，双差分对平衡调制器、集成模拟相乘器在频率变换电路中的应用。衡调制器、集成模拟相乘器在频率变换电路中的应用。基本要求与基本知识点基本要求与基本知识点: 重点与难点：重点与难点：AMAM

2、信号的特点（时域、频域、功率），频信号的特点（时域、频域、功率），频谱搬移电路的实现模型；线性时变工作状态。谱搬移电路的实现模型；线性时变工作状态。概述概述1地位地位2特点特点对电路中信号频谱进行的变换，电路有新频率成分产生。对电路中信号频谱进行的变换，电路有新频率成分产生。通信系统的基本电路通信系统的基本电路3信号与频谱信号与频谱信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图。信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图。载载 波波复音复音调制调制波波单音单音调制调制波波频频 谱谱波波 形形表达式表达式信号信号 max1mcos)(nnntnVtv tVtvcos)( tVtvccmccos)( 4模

3、拟相乘器模拟相乘器 作用：实现两信号的相乘，实作用：实现两信号的相乘，实现频谱变换。现频谱变换。5两种类型的频谱变换电路两种类型的频谱变换电路 频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。特点：仅频谱搬移，不产生新的频谱分量。特点：仅频谱搬移，不产生新的频谱分量。 频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进行特定频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进行特定的非线性变换。的非线性变换。 特点：产生新的频谱分量。特点：产生新的频谱分量。 本章内容本章内容4.1频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型( (调制、解调、混频调制、解调、混频) )( (原理原

4、理) )4.2相相乘器电路乘器电路( (电路实现电路实现) )4.3混频电路混频电路4.4振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路频谱搬移电路的重要应用频谱搬移电路的重要应用4.1.1 4.1.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型(t) v调幅调幅AM 普通调幅普通调幅 DSB 抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅 SSB 抑制载波的单边带调幅抑制载波的单边带调幅 4.1 4.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型一、一、AMAM信号及其电路组成模型信号及其电路组成模型 AM信号：载波信号振幅在原值上下按照低频（调制）信号：载波信号振幅在原值上下按照低频（调制）信号规律变

5、化，即：信号规律变化，即：t(t)vkV(t)vcam0ocoscmmkVV0：未经调制的输出载波电压振幅；：未经调制的输出载波电压振幅；akk：取决于调幅电路的比例常数。：取决于调幅电路的比例常数。(t)vkVam0要求：要求：组成模型组成模型:加法器加法器 + 相乘器相乘器1 1电路组成模型电路组成模型式中，式中，AM ：相：相乘器乘积系数；乘器乘积系数；A：相加器的加权系数，：相加器的加权系数，且且 A = k，AM AVcm = ka。2单音调制单音调制( (1) )表达式表达式 vO(t) = Vm0 (1 + Ma cos t) cos ct( (4- -1- -2) )式中：式中

6、： Vm0 (1 + Ma cos t) ：vO(t) 的振幅，反映调制信号的的振幅，反映调制信号的变化，称为调幅信号的包络。变化，称为调幅信号的包络。 ：调幅度，表征调幅信号的重要参数。：调幅度，表征调幅信号的重要参数。m0maaVVkM 图图 4- -1- -2调幅信号的波形调幅信号的波形%1002/m0mminmmaxa VVVM）（( (2) )波形波形 ( (a) )( (b) )图图 4- -1- -3过调幅失真过调幅失真( (3) )频谱频谱ttVMtVtvcm0acm0Ocoscoscos)( tVMtVMtV)cos(21)cos(21coscm0acm0acm0 单音调制时

7、调幅信号的频谱：由三个分量组成：单音调制时调幅信号的频谱：由三个分量组成： c 载波分量载波分量 ( c + ) 上边频分量上边频分量 ( c ) 下边频分量下边频分量两边频为相乘器对两边频为相乘器对 v (t) 和和 vc c(t) 相乘的结果。相乘的结果。3复音调制复音调制( (1) )表达式表达式设设 v (t) 为非余弦的周期信号，其傅里叶展开式为为非余弦的周期信号，其傅里叶展开式为 max1mcos)(nnnnVtv式中，式中，nmax = max / = Fmax / F， max = 2 Fmax 为最高调为最高调制角频率，其值小于制角频率，其值小于 c 。ttnVkVttvkV

8、tvnnnc1mam0cam0Ocoscoscos)()(max ( (2) )频谱频谱 )cos()cos(2coscoscc1mac1mamaxmaxtntnVkttnVknnnnnn 图图 4- -1- -5过调幅失真过调幅失真( (a) )调制信号调制信号( (b) )普通调幅信号普通调幅信号( (3) ) 频谱宽度频谱宽度 BWAM = 2Fmax4实质实质 调幅电路组成模型中的相乘器可对调幅电路组成模型中的相乘器可对 v (t) 和和 vc(t) 实现相实现相乘运算，其结果乘运算，其结果 ： 在波形上，将在波形上，将 v (t) 不失真地转移到载波信号振幅上；不失真地转移到载波信号

9、振幅上； 在频谱上，将在频谱上，将 v (t) 的频谱不失真地搬移到的的频谱不失真地搬移到的 c 两边。两边。5 调幅波的功率调幅波的功率( (设单位电阻、单音调制设单位电阻、单音调制) ) ( (1) )调幅信号调幅信号在一个载频周期内的平均功率在一个载频周期内的平均功率2a01)cos()(tMPtP式中，式中， ：常数，载波分量产生的平均功率。：常数，载波分量产生的平均功率。2/20m0VP ( (2) )P(t) 在一个调制波周期内的平均功率在一个调制波周期内的平均功率SB02a0av211PPMPP)(：上、下边频分量的功率，称为边频功率。：上、下边频分量的功率，称为边频功率。)21

10、(02aSBPMP ( (3) )讨论讨论三、双边带和单边带调制电路组成模型三、双边带和单边带调制电路组成模型1双边带双边带( (DSB) )调制调制：仅传输两个边频的调制方式。仅传输两个边频的调制方式。( (1) )目的目的( (2) )表达式：表达式： ttvk(t)vcaocos)(与与AM的区别：的区别：1 1）. .包络不同；包络不同；2）. 信号的高频相位在信号的高频相位在由正变负时突变由正变负时突变180( (3) )波形波形图图 4- -1- -6双边带调制信号双边带调制信号( (a) ) 波形波形( (b) ) 频谱频谱( (4) )组成模型组成模型图图 4- -1- -6双

11、边带调制信号双边带调制信号( (c) ) 频谱频谱ttvVAtvccmMOcos)()( acmMkVA 2单边带单边带( (SSB) )调制信号调制信号( (1) )定义定义仅传输一个边频的调制方式。仅传输一个边频的调制方式。原理：原理：优点：节省发射功率；频谱宽度压缩一半，优点：节省发射功率；频谱宽度压缩一半，BWSSB = Fmax。 ( (2) )实现模型实现模型 ( (a) ) ( (b) )图图 4- -1- -7采用滤波法的单边带调制电路组成模型采用滤波法的单边带调制电路组成模型( (a) ) 组成模型组成模型( (b) ) v(t) 频谱频谱 滤波法：相乘器滤波法：相乘器 +

12、带通滤波器。带通滤波器。 相相乘器：产生双边带调制信号；滤波器：取出单边带乘器：产生双边带调制信号；滤波器：取出单边带信号。信号。( (a) ) ( (b) )图图 4- -1- -7采用滤波法的单边带调制电路组成模型采用滤波法的单边带调制电路组成模型( (a) ) 组成模型组成模型( (b) ) v(t) 频谱频谱 相移法：相乘器、相移法：相乘器、90 相移器、相加器组成相移器、相加器组成相乘器相乘器 ：)cos()cos(21coscos)(cccmmMccmmM1OttVVAttVVAtv 相乘器相乘器：两式相减或相加两式相减或相加)(2OtvttVVAttVVAccmmMccmmMsi

13、nsin)2cos()2cos( )cos()cos(21cccmmMttVVA tVVAtvtvtVVAtvtvtv)cos()()()cos()()()(ccmmM2O1OccmmM2O1OO 上边带抵消上边带抵消下边带抵消下边带抵消振幅解调和混频电路的组成模型振幅解调和混频电路的组成模型特点：均实现频谱不失真地搬移，两类组成模型类似。特点：均实现频谱不失真地搬移，两类组成模型类似。一、振幅解调电路一、振幅解调电路1定义定义解调解调( (Demodulation) )：调制的逆过程。：调制的逆过程。振幅检波振幅检波( (简称检波简称检波 Detector) )2组成模型组成模型图图 4- -1- -11( (a) )调幅解调电路的调幅解调电路的组成模型组成模型相乘器相乘器 + + 低通低通滤波器滤波器。vS(t) ：调制信号调制信号vr(t) ：同步信号同步信号tVtvcrmrcos)( 二、混频二、混频( (Mixer) )电路电路 1作用作用图图 4- -1- -12混频电路的作用混频电路的作用频谱搬移：将载频为频谱搬移：将载频为 fc 的的已调信号已调信号 vS(t) 不失真地变换为不失真地变换为载频为载频为 fI 的已调信号的已调信号 vI(t) 。vL(