第4章振幅调制解调与混频电路-1

1、第第 4 章振幅调制、解调章振幅调制、解调与混频电路与混频电路概述概述 4.1调幅波基本特性及其实现方法调幅波基本特性及其实现方法 4.3乘法器电路乘法器电路4.4混频电路混频电路4.2检波电路检波电路2概述概述 1天线的尺寸很大。天线的尺寸很大。只有天线实际长度与电信号的波长相只有天线实际长度与电信号的波长相 比拟时，这时电信号才能以电磁波形式有效地辐射。比拟时，这时电信号才能以电磁波形式有效地辐射。3若直接发射音频信号，则发射机将工作在同一频率范若直接发射音频信号，则发射机将工作在同一频率范围。接收机同时收到多个电台节目，无法选择。围。接收机同时收到多个电台节目，无法选择。一调制的原因一调

2、制的原因 当传送的信号频率太低（如语音）或频带很宽（如图像）当传送的信号频率太低（如语音）或频带很宽（如图像）时，直接采用电磁波的形式传送信号十分不利，原因：时，直接采用电磁波的形式传送信号十分不利，原因： 2.2.为了使发射与接收效率高，发射机与接收机都必须采用为了使发射与接收效率高，发射机与接收机都必须采用天线和调谐回路。对宽带信号，天线和调谐回路的参数天线和调谐回路。对宽带信号，天线和调谐回路的参数应在很宽的范围内变化，难以实现。应在很宽的范围内变化，难以实现。4抗干扰的需要。抗干扰的需要。3 二调制与解调方式（模拟）二调制与解调方式（模拟）调制调制：用待传输的低频信号（：用待传输的低频

3、信号（调制信号调制信号）去控制一个等）去控制一个等幅的高频振荡信号（幅的高频振荡信号（载波、载频载波、载频）的某个参数（幅度、）的某个参数（幅度、频率、相位），使该参数按调制信号的规律变化。调制频率、相位），使该参数按调制信号的规律变化。调制后的高频信号称为后的高频信号称为高频已调波高频已调波。解调解调：调制的逆过程，从高频已调波中把调制信号拾取：调制的逆过程，从高频已调波中把调制信号拾取出来。出来。调制方式：调制方式：调幅（调幅（AM）调频（调频（F）调相（调相（PM）解调方式：解调方式：检波（振幅解调、幅度检波）检波（振幅解调、幅度检波）鉴频（频率解调、频率检波）鉴频（频率解调、频率检波）

4、鉴相（相位解调、相位检波）鉴相（相位解调、相位检波）4三、基本知识三、基本知识 调幅与检波的概念调幅与检波的概念1地位地位调制、解调和混频等电路是通信系统的基本电路。调制、解调和混频等电路是通信系统的基本电路。2特点特点对电路中信号频谱进行变换，电路有新频率成分产生。对电路中信号频谱进行变换，电路有新频率成分产生。为此，需引用一些信号与频谱的概念。为此，需引用一些信号与频谱的概念。53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

5、)(nnntnVtv tVtvcos)( tVtvccmccos)( 64两种类型的频谱变换电路两种类型的频谱变换电路 频谱搬移电路频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。例：振幅调制（例：振幅调制（AM、DSB、SSB）、解调、混频电）、解调、混频电路路( (本章讨论本章讨论) )。 特点：仅频谱搬家。特点：仅频谱搬家。 频谱非线性变换电路频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进行特定：将输入信号的频谱进行特定的非线性变换。的非线性变换。 例：频率调制与解调电路例：频率调制与解调电路( (第第 5 章章讨论讨论) )。 7本章内容本章内容4.1 调幅波基本特

6、性及其实现方法调幅波基本特性及其实现方法(书中的书中的4.1) 4.3 乘法器电路乘法器电路(书中的书中的4.2) 4.4 混频电路混频电路(书中的书中的4.3)4.2 检波检波电路电路(书中的书中的4.4)8一、普通调幅波（一、普通调幅波（AM）的数学表达式的数学表达式 设：单音调制信号设：单音调制信号tVtvcos)( 载波载波信号信号tVtvccmccos)( 其中其中， c = 2 fc c：载波角频率；：载波角频率；fc：载波频率，：载波频率， c 。4.1调幅波基本特性及其实现方法调幅波基本特性及其实现方法调制后，调幅波幅度为调制后，调幅波幅度为0mma( )( )VtVk vtk

7、a:比例常数，由调幅电路决定。比例常数，由调幅电路决定。m0cmVkVk:比例常数，由调幅电路决定。比例常数，由调幅电路决定。Vm0: 是调制信号等于是调制信号等于0时，载波经过调制电路后的振时，载波经过调制电路后的振幅。幅。9maam 0VMkVMa：调制指数：调制指数/ /调幅度调幅度调幅波表达式为调幅波表达式为Om0ac( )( )cosvtVk vttm0ac(1cos)cosVMtt说明：说明：a mMV当当 Vm=0时，时，Ma=0 无调制；无调制；当当 kaVm=Vmo时，时，Ma=1 100%调制；调制；当当 ka Vm Vmo时，时，Ma1 过调制。过调制。10当当 Ma =

8、 0，未调制；当，未调制；当 Ma = = 1，最大不失真；最大不失真；若若 Ma 1，在波形过零点附近，在波形过零点附近，vo(t) 变为负值，出现过调幅失真（图变为负值，出现过调幅失真（图(a) )。在实际调幅电路中，由于管子截止，在实际调幅电路中，由于管子截止，过调幅的波形变为过调幅的波形变为( (b) )图。图。二、普通调幅波的波形二、普通调幅波的波形11 Vmmax=Vmo( 1+ Ma) 最大振幅最大振幅Vmmin=Vmo( 1- Ma) 最小振幅最小振幅mmaxmminammaxmminVVMVV（实验方法测（实验方法测Ma）12三、普通调幅波频谱三、普通调幅波频谱ttVMtVt

9、vcm0acm0ocoscoscos)( tVMtVMtV)cos(21)cos(21coscm0acm0acm0 单音调制时调幅信号的频谱单音调制时调幅信号的频谱：由三个分量组成：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2复杂音调制复杂音调制( (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：为非余弦的周期信号，其傅里叶展开式： 1. 单音频率调制：单音频率调制：如何利用频如何利用频谱图求谱图求Ma？13 max1mcos)(nnnnVtv 式中式中 ， 为最高调为最高调制角频率，其值小于制角频

10、率，其值小于 c ，FFn/maxmaxmax maxmax2 F 输出信号电压为输出信号电压为 ttnVkVttvkVtvnnncm1am0cam0Ocoscoscos)()(max ( (2) )频谱频谱 )cos()cos(2coscosccm1acm1amaxmaxtntnVkttnVknnnnnn 可见，可见，v(t) 的频谱结构的频谱结构：14 ( c )、( c 2 ) 、( c nmax ) ：上、下边频分：上、下边频分量，其幅度与调制信号中相应频谱分量的幅度量，其幅度与调制信号中相应频谱分量的幅度 V mn 成正比。成正比。( (3) ) 频谱宽度频谱宽度 调幅信号的频谱宽度

11、为调幅信号的频谱宽度为调制信号频谱宽度的两倍，调制信号频谱宽度的两倍，即即maxAM2FBW c：载波分量载波分量；153结论结论 普通调幅波：普通调幅波： 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振幅上； 在频谱上，将在频谱上，将 v (t) 的的频谱不失真地搬移频谱不失真地搬移到到 c 两边。两边。四调幅波的功率四调幅波的功率( (设单位电阻、单音调制设单位电阻、单音调制) ) 1.1.调幅信号在一个调幅信号在一个载频周期载频周期内的平均功率内的平均功率2a02a20mcc22a-20m)cos1()cos1(21dcos)cos1(21)

12、(tMPtMVtttMVtP 16式中，式中， ：常数，：常数，载波分量产生的平均功率载波分量产生的平均功率。2/20m0VP P(t) 为为 t 与与 Ma 的函数，的函数，当当 Ma = 1 时，时，Pmax = 4P0，Pmin = 02.2.P P( (t 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SB02a02a0av)211 (d)cos1 (21d)(21PPMPttMPttPP ：上、下：上、下边频分量的功率和边频分量的功率和，称为，称为边频功率边频功率。)21(02aSBPMP 3.3.讨论讨论2max0a2min0a(1)0( )(1)PPMtP t

13、PPMt ，17Pav 为为各频谱分量产生的平均功率之和。各频谱分量产生的平均功率之和。 当当 Pav 一定时，一定时，P0 ，PSB ，而，而 P0 为为载波功率载波功率，PSB 携带信息。携带信息。例例：当：当 Ma = 1 时，时，02aSB21PMP ，0SB0av5 . 1PPPP ，av067. 0PP ，av02aSB33. 021PPMP 这说明这说明：当：当 Ma = 1 时，时，P0 占占 Pav 的的 67%，PSB占占 Pav 的的 33%。 Ma = 0.3( (一般电台发射信号一般电台发射信号) )时，时， P0 = 0.955 Pav, , PSB = 0.045

14、 Pav 。 结论结论：普通调幅波，发射效率极低。：普通调幅波，发射效率极低。解决办法解决办法：抑制载波的：抑制载波的DSB或或SSB调幅方式。调幅方式。18五、普通调幅电路组成模型五、普通调幅电路组成模型ttvkVttvAVAAVAtvtvAtvtvcam0ccmMcmcMcOcos)(cos)()()()()( 式中，式中，AM ：乘法器乘积系数；乘法器乘积系数；A：加法器的加权系数，且：加法器的加权系数，且 A = k，AM AVcm = ka。六、双边带调幅波六、双边带调幅波仅传输两个边频的调制方式仅传输两个边频的调制方式1.1.目的：目的：节省发射机的发射功率。节省发射机的发射功率。

15、19根据根据：调幅信号的频谱结构包括调幅信号的频谱结构包括：上、下边频分量：反映调制信号的频谱结构；上、下边频分量：反映调制信号的频谱结构； 载波分量：通过乘法器将调制信号频谱搬移到载波分量：通过乘法器将调制信号频谱搬移到 c 两两边，本身不反映调制信号的变化，故传输前可抵制掉。边，本身不反映调制信号的变化，故传输前可抵制掉。 2.2.表达式表达式 ttvkVtvcam0Ocos)()( 普通调幅：普通调幅：ttvktvcaOcos)()( 双边带调幅：双边带调幅：特点：特点： 普通调幅：调制波叠加在载波振幅普通调幅：调制波叠加在载波振幅 Vm0 上；上； 双边带调幅：调制波不再依托双边带调幅

16、：调制波不再依托 Vm0 。已调波信号波已调波信号波形在过零点处出现形在过零点处出现 180 的相位突变。的相位突变。203.3.波形和频谱波形和频谱双边带调幅双边带调幅2BWFDSBmax214.4.组成模型组成模型ttvVAtvccmMOcos)()( acmMkVA ttvktvcaOcos)()( 七单边带七单边带(SSB)(SSB)调幅调幅1.1.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：上、下边带均反映了调制波的频谱结构上、下边带均反映了调制波的频谱结构( (区别仅区别仅在于下边带是调制信号频谱的倒置在于下边带是调制信号频谱的倒置, ,对传输信息无关紧要

17、对传输信息无关紧要) )。因此可将其中一个边带抑制掉而不影响传送信息。因此可将其中一个边带抑制掉而不影响传送信息。优点优点：节省发射功率；频谱宽度压缩一半，：节省发射功率；频谱宽度压缩一半，BWSSB = Fmax。 222.2.实现模型实现模型 滤波法滤波法：乘法器：乘法器 + 带通滤波器带通滤波器 乘法器：产生双边带调制信号；滤波器：取出单边乘法器：产生双边带调制信号；滤波器：取出单边带信号。技术难点：调制信号若包含很低的频率分量，要带信号。技术难点：调制信号若包含很低的频率分量，要求滤波器的边沿要非常陡峭。求滤波器的边沿要非常陡峭。 相移法相移法：乘法器、：乘法器、90 相移器、加法器组

18、成相移器、加法器组成乘法器乘法器 I ：)cos()cos(21coscos)(cccmmMccmmM1OttVVAttVVAtv 23乘法器乘法器：两式相减或相加两式相减或相加)(2OtvttVVAttVVAccmmMccmmMsinsin)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输出仅为单边带调制信号。输出仅为单边带调制信号。 对复杂信号，对复杂信号，相移法的组成模型相移法的组成模型也成立。技术难点：也成立。技术难点：对所有频率都移项对所有频率都移项9090 的移相电路难做到。的移相电路难做到。24由于单边带调制复杂，解调质量较差，由于单边带调制复杂，解调质量较差，无法传送直流成分，无法传送直流成分，故在单边带调幅和双边带调幅间折衷为残留边带调幅。