第6章 振幅调制与解调与混频

1、第第 6 章章振振 幅幅 调调 制制 与与 解解 调及混频调及混频陈陈 庭庭 勋勋6.1 振幅调制振幅调制浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路调制：调制： 将需传送的信号加载在高频的射频信号中。将需传送的信号加载在高频的射频信号中。低频信号难以发射：低频信号难以发射：第6章 振幅调制与解调与混频连续波调制：调幅连续波调制：调幅(AM)、调频、调频(FM)、调相、调相(PM)解调：解调： 将载波所携带的信号提取出来。将载波所携带的信号提取出来。频率低，波长尺寸太大频率低，波长尺寸太大相对频带宽度大，不能用谐振方式选频。相对频带宽度大，不能用谐振方式选频。调幅波实现方法：调幅波

2、实现方法：低电平调幅：低电平调幅：高电平调幅：高电平调幅：平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅集电极调幅集电极调幅基极调幅基极调幅 调制与调制方式调制与调制方式6.1 调幅波的性质调幅波的性质 调幅波（调幅波（AM）的特征）的特征浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路过调制：过调制：调制信号：调制信号：第6章 振幅调制与解调与混频tv载波的振幅随调信号的振幅的变化而变化。载波的振幅随调信号的振幅的变化而变化。0 0vtVo oma aVo ovo0 00 0ttVvcos载波信号：载波信号：tVv00cos已调信号：已调信号： ttmVtva00coscos1调制度：调制度：00max0VVVVVm

3、a（0%ma a100%100%）（ma a100%100%）amplitude modulation6.1 调幅波的性质调幅波的性质 调幅波的频谱调幅波的频谱浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路tVmtVmtVaa000000cos21cos21cos第6章 振幅调制与解调与混频理想化调制理想化调制公式导出中应用了：公式导出中应用了：cos21cos21sinsin单一频率调制单一频率调制已调信号：已调信号： ttmVtva00coscos1下边频下边频上边频上边频载波载波00 00 -0 +整个频段的调制：整个频段的调制：00 0上边带上边带下边带下边带调制信号调制信号 边频的振幅不超边频的振

4、幅不超过载波的过载波的50%50%。每一。每一个边频都包含了调个边频都包含了调制信号的信息。制信号的信息。6.1 调幅波的性质调幅波的性质 调幅波中功率关系调幅波中功率关系RVPT20021浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频载波功率：载波功率：下边频功率：下边频功率：上边频功率：上边频功率：总功率：总功率：00 00 -0 +负载电阻负载电阻结论：调幅波的功率利用率很低结论：调幅波的功率利用率很低TaaPmVmRP0220412210TaaPmVmRP0220412210TaToPmPPPP02021000 -0 +6.1 双边带信号双边带信号DSB 从频谱上理解双边

5、带信号从频谱上理解双边带信号高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频00 0 ttUkUtuccDSBcoscos6.1 单边带信号单边带信号SSB浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路1 1、节省调幅发射机的功率。、节省调幅发射机的功率。优点：优点：第6章 振幅调制与解调与混频 单边带信号的特点单边带信号的特点单边带信号：只发送单边带信号：只发送0+或或0-成份。成份。0 -0 00 +02 2、节约信号道频带宽度。、节约信号道频带宽度。3 3、选择性衰落程度要轻。、选择性衰落程度要轻。缺点：使接收设备复杂化，技术要求高。缺点：使接收设备复杂化，技术要求高。当当ma=50%时，功率组成时，功率组成

6、为：为：5.5%、89%、5.5%接收机先恢复原来失去的载波，才能检出调制信号。接收机先恢复原来失去的载波，才能检出调制信号。6.1 单边带信号的产生单边带信号的产生浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路 产生单带信号的方法产生单带信号的方法滤波器法：滤波器法：第6章 振幅调制与解调与混频SSB输出输出 使用这种方法时，载波频率使用这种方法时，载波频率 f0 不能太高也不能太低，不能太高也不能太低，一般取一般取100kHz。多次平衡调幅与滤波，逐步提高频率。多次平衡调幅与滤波，逐步提高频率。0+0或或0-0平衡平衡调制器调制器带通带通滤波器滤波器BM11BM22音频音频FOSCOSC1f1BM33放

7、大放大f1Ff1+FOSCOSC2f2OSCOSC3f3f2(f1+F)f2+(f1+F)f3(f2+ f1+F)f3+f2+ f1+F (single side band)t0sin6.1 单边带信号的产生单边带信号的产生 产生单带信号的方法产生单带信号的方法相移法：相移法：dbcos1cos1lg10边带抑止度浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路相移误差引起的边带抑止度：相移误差引起的边带抑止度：第6章 振幅调制与解调与混频输出单边带信号：输出单边带信号：SSB输出输出平衡调平衡调幅器幅器A Av1=Vsint sinot调制信号调制信号平衡调平衡调幅器幅器B B调制信号调制信号9090相移网

8、络相移网络载波载波9090相移网络相移网络载波载波振荡器振荡器合并合并网络网络VosinotVocosotV sintv2=Vcost cosotv3平衡调幅信号：平衡调幅信号：tKVvvKv0213costVv01sin5 . 0tVv02cos5 . 0t0cos6.1 单边带信号的产生单边带信号的产生 产生单带信号的方法产生单带信号的方法相移滤波法：相移滤波法：ttv11sinsinSSB输出：输出：浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频SSB输出输出调制信号调制信号vo=Vosin2tvo =Vocos2tv= sintv5v6v=sin1tv=cos1tv1=v

9、 vv2=v vv4=sin(1-) t9090相相移网络移网络BM1BM2音频音频振荡器振荡器低通低通滤波器滤波器低通低通滤波器滤波器载波载波9090相移网络相移网络载波载波振荡器振荡器合并合并网络网络BM4BM4v3=cos(1-) t或或ttvvvo1235cossinttv12cossinttvvvo 1246sincostvv1265sintvv1265sin0 10 +m 保留低频分量的双边带调幅方式，保留低频分量的双边带调幅方式，而高频分量采用单边带传送。而高频分量采用单边带传送。6.1 残留边带调幅残留边带调幅VSBAM浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混

10、频AM0 0（vestigal sideband amplitude modulation）00 -m0 +m0 000 -m0 +m0 00 -m00 +m0 00DSBAMSSBAMVSBAM残留边带调幅具有低频分量加重效果。残留边带调幅具有低频分量加重效果。6.1 高电平调幅高电平调幅 集电极调幅集电极调幅调制电路必须总是工作在过压状态。调制电路必须总是工作在过压状态。LCLC谐振回路谐振在谐振回路谐振在0上。上。浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频Vcost +vb-VBBVCCCLVbmcos0 t 调制信号调制信号v作为集电极供电电作为集电极供电电压的一部分

11、加入。集电极调制电路压的一部分加入。集电极调制电路要求输入的调制电压要求输入的调制电压v幅度较大。幅度较大。调制功率较大，效率较高。调制功率较大，效率较高。 ttttS00015cos523cos32cos2216.1 高电平调幅高电平调幅 斩波调幅斩波调幅工作原理工作原理浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路将调制信号切割出角频率为将调制信号切割出角频率为0的脉冲信号。的脉冲信号。第6章 振幅调制与解调与混频（ cos0t0 ）按照傅里叶级数展开：按照傅里叶级数展开：tv0 0tv(t)0 00 0tvoS1(t)=+10（ cos0t 0）v(t)= v(t) S1(t) 可见：可见：v(t)中

12、中包含有包含有（0）等项，等项，但无但无V0cos0t项。最后输出的是被抑止载项。最后输出的是被抑止载波的双边带信号。波的双边带信号。6.1 斩斩 波波 调调 幅幅 实现斩波调幅的电路实现斩波调幅的电路浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频二极管桥式斩波调幅电路二极管桥式斩波调幅电路 由开关信号由开关信号v1控制四个二极管控制四个二极管的通断。输出双边带调幅信号。的通断。输出双边带调幅信号。环形调幅电路：环形调幅电路：RL+v-+ v1 -D1D2D4D3+ v1 -D1D2D4D3R1+v-+v(t)-单向脉冲输出单向脉冲输出双向脉冲输出双向脉冲输出+v(t)-0 -0

13、 00 +06.1 高电平调幅高电平调幅 基极斩波调幅基极斩波调幅 注意：基极调制不同于基极注入调制，当注入信号幅度为注意：基极调制不同于基极注入调制，当注入信号幅度为mV级时，属于平方律调制方式。级时，属于平方律调制方式。浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频+vb-+ v -VBBVCCCLVcost Vbmcos0 t 调制信号调制信号v作为基极偏置电压作为基极偏置电压的一部分加入。基极调制电路输入的一部分加入。基极调制电路输入的调制电压的调制电压v幅度一般控制在幅度一般控制在1V1V左左右。用于小功率调制。右。用于小功率调制。基极调幅电路必须总是工作在欠压状态。基

14、极调幅电路必须总是工作在欠压状态。vv6.1 低电平振调幅低电平振调幅 平方律调幅工作原理平方律调幅工作原理2210iiovavaav浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路非线性非线性器件器件第6章 振幅调制与解调与混频100.5Q0v/Vi/A0.63050让二极管工作于具有平方律特性的区域让二极管工作于具有平方律特性的区域: :实际产生上、下边频的是实际产生上、下边频的是vi2 2这一项。这一项。0.7带通带通滤波器滤波器+ +vivov(t)其中其中: :vi控制在控制在mV级。级。tVtVvicoscos00tVatVatVaVVaavocoscoscos5 . 021100122020tt

15、VVa0002coscostVatVa2cos5 . 02cos5 . 0220202ttVaaVa01201coscos216.1 低电平振调幅低电平振调幅 平方律调幅特性平方律调幅特性ttVVatVa0002001coscoscos浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频调幅度：调幅度：结论：结论：调幅度调幅度m ma a的大小由调制信号电压振幅的大小由调制信号电压振幅V及调制器特性曲线决定。及调制器特性曲线决定。指指a1 1、a2 2通常通常a2 2 V1m时时，可以使失真减小到允许值。，可以使失真减小到允许值。本地载波的产生：本地载波的产生：发射机发送导频信号发射机

16、发送导频信号各自使用高稳定度的石英晶振各自使用高稳定度的石英晶振tVttVttVvmm000101cossinsincoscostVm0costVvm011costVvm000cos避免惰性失真条件：避免惰性失真条件：tmVVaimimcos1tVmdtVdimaimsinRvdtdvCcc输入信号：输入信号：浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频对于检波电路：对于检波电路：DCiDR R其电压变化速度：其电压变化速度：要不产生失真：要不产生失真：设：设：则要求则要求A A1 1令：令：得到：得到：因此有：因此有：tmRCVRCvdtdvaimcccos1dtVddtdv

17、imcdtdvdtVdAcim0dtdAaammRCA1max11aammRC依据避免负峰切割失真条件：依据避免负峰切割失真条件：确定各元件参数确定各元件参数2min1icrCFC6610009. 0107 . 65 . 427 . 1kR21R R2 22r2ri2i2，取，取=4.7k=4.7k。按一般规律：按一般规律：浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频D DC2C1R1R2收音机收音机ma的平均值为的平均值为30%30%，保证，保证ma=50%=50%时也能正常工作。时也能正常工作。不产生惰性失真：不产生惰性失真：其中其中C C1 1、C C2 2均取均取0.0

18、1F0.01FC Cc c电容电容C Cc c由频率失真条件确定：由频率失真条件确定：C Cc c1.5F1.5F7 . 1maxRC3maxmax105 . 422f5 . 02122221RRrRrRRiiamRR7 . 45 . 04 . 111RR6.3 混混 频频 混频的功能混频的功能高频电子线路第6章 振幅调制与解调与混频实现频谱搬移的目的。实现频谱搬移的目的。0 fi-F fi fi+F fs-F fs fs+F f0f相对振幅本振信号接收信号中频信号6.3 晶体二极管混频电路晶体二极管混频电路 二极管平衡混频器二极管平衡混频器 0121vvRrtSisLd浙江海洋学院 陈庭勋高

19、频电子线路第5章 频谱的线性搬移电路（开关式混频）（开关式混频）D1RL+ v0 -+vs-D2+-+-+-+-vs/2+ v0 -vs/2vi/2vi/2i1i2输出电流：输出电流：幅度足够大幅度足够大 sLdvvRrtSi2102 ttttS0005cos523cos32cos221 tVtSRrvtSRriiissmLdsLdcos11216.3晶体二极管混频电路晶体二极管混频电路 二极管环形混频器二极管环形混频器浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第5章 频谱的线性搬移电路（开关式混频）（开关式混频）RL+vs-+ v0 -工作特点：工作特点：D1RL+ v0 -+vs-D3D1D2D4D

20、3i1i3+ v0 -D2D4RL+vs-i2i4在本振电压在本振电压v0的正负半周均有混频作用。的正负半周均有混频作用。v0的正半周的正半周v0的负半周的负半周优点：混频所产生的无用频率成份少。优点：混频所产生的无用频率成份少。6.3差分对模拟乘法器混频电路差分对模拟乘法器混频电路 电路结构电路结构浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第5章 频谱的线性搬移电路+v0-VBBVCC+vs-T3T1T2Re中频输出中频输出v本振信号本振信号 在本振电压在本振电压v0的正的正负半周均有混频作用。负半周均有混频作用。在输入信号幅度较小时，在输入信号幅度较小时，工作于变跨导频率方式。工作于变跨导频率方式。

21、在本振电压在本振电压v0幅度较大幅度较大时，工作于开关混频方时，工作于开关混频方式，类似于平衡混频器。式，类似于平衡混频器。00261iImVrrbbbe6.3差分对模拟乘法器混频电路差分对模拟乘法器混频电路 模拟乘法器电路的分析模拟乘法器电路的分析2110120262vKvvKvgvIRvCo+v2-VBBVCC+v1-T3T1T2RC2RC1Re+ v0 -浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路不考虑不考虑r rbbbb 的影响，关系式变为：的影响，关系式变为：第5章 频谱的线性搬移电路iE1iE2i0线性范围内的输入、输出关系：线性范围内的输入、输出关系：其中：其中：乘积项乘积项当时所处的电流

22、值当时所处的电流值12vrRvbeCokTqvSEBEeIi/11kTqvSEBEeIi/22qKT26120gvi 6.3差分对模拟乘法器混频电路差分对模拟乘法器混频电路 模拟乘法器电路的分析模拟乘法器电路的分析kTqvEEEEEEeiiiiiii/1121210111浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路用用i iC C= =iiE E代入，代入，线性要求所允许的线性要求所允许的v1 1值较小值较小第5章 频谱的线性搬移电路线性工作区域线性工作区域 ? ?+v2-VBBVCC+v1-T3T1T2RC2RC1Re+ v0 -iE1iE2i0且设且设: :-3 2 1 0 1 2 3Z10.50ii

23、CkTqvEeii/0111kTqvEeii/0211kTqvZ1mVqkTv261ZCeii101ZCeii10202iiC01iiC+v2-TTVvCVvCeiei/5/11116.3 双差分对混频电路双差分对混频电路11/52111TTVvVvCCCeeiiiT1T2浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第5章 频谱的线性搬移电路电路工作基本依据：电路工作基本依据：同理：同理：TTBEBEVvVvvCCeeii/21121kTqvESEBEeIi/11/63411TTVvVvCCCeeiii11/76522TTVvVvCCCeeiii521CCCiiiT3T4VCCT5T6+ v0 -RC2R

24、C1RR1R2+v1-iC4I0= iC7iC5T7T8iC6iC1iC2643CCCiiiTVvCCeii/5211TVqkT+v2-11/6511TTVvVvCCCeeRii6.3 四象限模拟乘法器混频四象限模拟乘法器混频11/721212121TTTTTTTTVvVvVvVvVvVvVvVvCCeeeeeeeeiRT1T2浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第5章 频谱的线性搬移电路乘法器输出电压：乘法器输出电压：其中做了一定的近似处理：其中做了一定的近似处理：v1 1、v2 2足够小。足够小。CCCCCCRiiRiiv42310TTCCVvVviR2221711/76522TTVvVvCCCeeiiiT3T4VCCT5T6+ v0 -RC2RC1RR1R2+v1-iC4I0= iC7iC5T7T8iC6iC1iC21111/71122TTTTVvVvCVvVvCeeReei所需注所需注入功率入功率较小较小6.3 晶体三极管混频电路晶体三极管混频电路 电路种类及特点电路种类及特点浙江海洋学院 陈庭勋高频电子线路第5章 频谱的线性搬移电路共射基极集中输入