振幅调制与解调与混频

振幅调制与解调与混频第1页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1

振幅调制浙江海洋学院陈庭勋高频电子线路调制：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：第6章振幅调制与解调与混频连续波调制：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)解调：将载波所携带的信号提取出来。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。调幅波实现方法：低电平调幅：高电平调幅：平方律调幅斩波调幅集电极调幅基极调幅调制与调制方式第2页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1调幅波的性质调幅波（AM）的特征浙江海洋学院陈庭勋高频电子线路过调制：调制信号：第6章振幅调制与解调与混频tvΩ载波的振幅随调信号的振幅的变化而变化。0vtVomaVovωo00t载波信号：已调信号：调制度：（0%≤ma＜100%）（ma≥100%）amplitudemodulation第3页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1

调幅波的性质调幅波的频谱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理想化调制公式导出中应用了：单一频率调制已调信号：下边频上边频载波ω00ωω0-Ωω0+Ω整个频段的调制：ω00ω上边带下边带调制信号边频的振幅不超过载波的50%。每一个边频都包含了调制信号的信息。第4页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1

调幅波的性质调幅波中功率关系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：下边频功率：上边频功率：总功率：ω00ωω0-Ωω0+Ω负载电阻结论：调幅波的功率利用率很低第5页，共40页，2023年，2月20日，星期六ω0-Ωω0+Ω§6.1

双边带信号DSB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ω00ω第6页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1

单边带信号SSB浙江海洋学院陈庭勋高频电子线路1、节省调幅发射机的功率。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：只发送ω0+Ω或ω0-Ω成份。ω0-Ω0ωω0+Ωω02、节约信号道频带宽度。3、选择性衰落程度要轻。缺点：使接收设备复杂化，技术要求高。当ma=50%时，功率组成为：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。第7页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1

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——滤波器法：第6章振幅调制与解调与混频SSB输出使用这种方法时，载波频率f0不能太高也不能太低，一般取100kHz。多次平衡调幅与滤波，逐步提高频率。Ωω0+Ωω0±Ω或ω0-Ωω0平衡调制器带通滤波器BM1φ1BM2φ2音频FOSC1f1BM3φ3放大f1±Ff1+FOSC2f2OSC3f3f2±(f1+F)f2+(f1+F)f3±(f2+f1+F)f3+f2+f1+F

(singlesideband)第8页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1

单边带信号的产生产生单带信号的方法——相移法：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：第6章振幅调制与解调与混频输出单边带信号：SSB输出平衡调幅器Av1=VsinΩtsinωot调制信号平衡调幅器B调制信号90°相移网络载波90°相移网络载波振荡器合并网络VosinωotVocosωotVΩ

sinΩtv2=VcosΩtcosωotv3平衡调幅信号：第9页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1

单边带信号的产生产生单带信号的方法——相移滤波法：SSB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输出调制信号vo=Vosinω2tvo`

=Vocosω2tvΩ=

sinΩtv5±v6v=sinω1tv`=cosω1tv1=vΩvv2=vΩv`v4=sin(ω1-Ω)t90°相移网络BM1BM2音频振荡器低通滤波器低通滤波器载波90°相移网络载波振荡器合并网络BM4BM4v3=cos(ω1-Ω)t或第10页，共40页，2023年，2月20日，星期六ω0–Ω1ω0+Ωm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。§6.1

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频AM0ω（vestigalsidebandamplitudemodulation）ω0ω0-Ωmω0+Ωm0ωω0ω0-Ωmω0+Ωm0ωω0-Ωmω0ω0+Ωm0ωω0DSBAMSSBAMVSBAM残留边带调幅具有低频分量加重效果。第11页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1高电平调幅集电极调幅调制电路必须总是工作在过压状态。LC谐振回路谐振在ω0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VΩcosΩt+vb-VBBVCCCLVbmcosω0

t调制信号vΩ作为集电极供电电压的一部分加入。集电极调制电路要求输入的调制电压vΩ幅度较大。调制功率较大，效率较高。第12页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1高电平调幅斩波调幅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ω0的脉冲信号。第6章振幅调制与解调与混频（

cosω0t≥0）按照傅里叶级数展开：tvΩ0tv(t)00tvoS1(t)=+10（

cosω0t

<0）v(t)=vΩ(t)S1(t)可见：v(t)中包含有（ω0±Ω）等项，但无V0cosω0t项。最后输出的是被抑止载波的双边带信号。第13页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1

斩波调幅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由开关信号v1控制四个二极管的通断。输出双边带调幅信号。环形调幅电路：RL+vΩ-+v1-D1D2D4D3+v1-D1D2D4D3R1+vΩ-+v(t)-单向脉冲输出双向脉冲输出+v(t)-ω0-Ω0ωω0+Ωω0第14页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1高电平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mV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-+vΩ-VBBVCCCLVΩcosΩtVbmcosω0

t调制信号vΩ作为基极偏置电压的一部分加入。基极调制电路输入的调制电压vΩ幅度一般控制在1V左右。用于小功率调制。基极调幅电路必须总是工作在欠压状态。第15页，共40页，2023年，2月20日，星期六vΩvω§6.1低电平振调幅平方律调幅工作原理浙江海洋学院陈庭勋高频电子线路非线性器件第6章振幅调制与解调与混频100.5Q0v/Vi/μA0.63050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vi2这一项。0.7带通滤波器+vivov(t)其中:vi控制在mV级。第16页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1低电平振调幅平方律调幅特性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：结论：调幅度ma的大小由调制信号电压振幅VΩ及调制器特性曲线决定。指a1、a2通常a2<<a1，这种方法所得调幅度不大。二极管具有平方律特性的区域较小，只适合小信号调制。第17页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.1

低电平振调幅平衡调幅器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平衡调幅器输出是抑止载波后的双边带。可见：若电路完全对称，输出电压中无载波V0cosω0t成份。+-+-vΩ+vω

-vΩRi1i2+v1--v2+R+vo-电路完全对称，载波vω和调制波vΩ均工作于小信号状态。DSB(doublesideband)第18页，共40页，2023年，2月20日，星期六+v2-VCC+v1-T3T1T2RC2RC1R1+vo

-§6.1

模拟乘法器调幅电路四象限模拟乘法器浙江海洋学院陈庭勋高频电子线路

对于双差分对模拟乘法器，输出电压为：第6章振幅调制与解调与混频iC5iC6i0当v1、v2很小时，单差分模拟乘法器输出电压为：模拟乘法器输出的是双边带信号DSB。RR2T4T5T6T7T8ω0-Ω0ωω0+Ωω0第19页，共40页，2023年，2月20日，星期六ω0§6.2

调幅信号的解调检波简述浙江海洋学院陈庭勋高频电子线路检波的幅度变化规律：检波就是调幅波解调的过程。（包络检波器）第6章振幅调制与解调与混频检波器组成：0tvi0tvi0vot0vot检波的频谱变化规律：00ωω非线性器件低通滤波器检波器电路有多种形式检波器输出信号vi输出信号v0下边带上边带第20页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.2包络检波包络检波器的工作原理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DCiD+vC-R充电0tvo包络检波器电路从频率响应上分析，是一个低通电路。从充放电效果上看，是一个储能电路。当充电时间常数远小于放电时间常数时，电容上的电压vC波形接近于输入信号的包络线。包络检波器适合大信号检波。输入信号的幅度应远大于二极管的导通电压。实际载波频率更高第21页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.2包络检波包络检波器的质量指标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电压传输系数（检波效率）等效输入电阻：（约为负载电阻的一半）包络检波器优点：检波效率高。Kd≈1DCiD+vC-R充电包络检波器缺点：检波电路消耗一定的功率。第22页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.2包络检波包络检波器的失真指标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检波输出波形与原包络线存在一定差别1、惰性失真避免惰性失真条件：DCiD+vC-R充电0tvo2、负峰切割失真（底边切割失真）RC时间常数过大引起检波器的直流、交流负载电阻不相等，且调幅度又相当大引起+-Ccri2VRVim避免负峰切割失真条件：交流负载电阻或第23页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.2包络检波包络检波器的失真指标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例：检波二极管选用2AP9，低放部输入电阻ri2为2kΩ，试确定各元件参数。2AP9的内阻Rd为100ΩDCiD+vC-R+-Ccri23、频率失真（由电容C和Cc的频率特性引起）避免频率失真的条件：4、非线性失真（由检波二极管的伏安特性的非线性引起）负载电阻R值大有利于减小非线性失真。DC2C1R1R2第24页，共40页，2023年，2月20日，星期六已调波v0本地载波§6.2同步检波同步乘积检波用于对双边带或单边带信号进行解调。相乘器ω0=ω1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v1低通滤波器v2vΩ0tvo0tv10tv20tvΩ第25页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.2同步检波同步包络检波其中：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已调波v0本地载波v1包络检波器vΩ+v-v=v1+v1Vm≠KcosΩt的形式，说明检波后存在失真，其中含有二次谐波。在V0>>V1m时，可以使失真减小到允许值。本地载波的产生：发射机发送导频信号各自使用高稳定度的石英晶振第26页，共40页，2023年，2月20日，星期六避免惰性失真条件：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：DCiDR其电压变化速度：要不产生失真：设：则要求A＜1令：得到：因此有：第27页，共40页，2023年，2月20日，星期六依据避免负峰切割失真条件：确定各元件参数R2≈2ri2，取=4.7kΩ。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DC2C1R1R2收音机ma的平均值为30%，保证ma=50%时也能正常工作。不产生惰性失真：其中C1、C2均取0.01μFCc电容Cc由频率失真条件确定：Cc≥1.5μF第28页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.3混频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。0fi-Ffifi+Ffs-Ffsfs+Ff0f相对振幅本振信号接收信号中频信号第29页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.3晶体二极管混频电路二极管平衡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）D1RL+v0-+vs-D2+-+-+-+-vs/2+v0-vs/2vi/2vi/2i1i2输出电流：幅度足够大第30页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.3晶体二极管混频电路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）RL+vs-+v0-工作特点：D1RL+v0-+vs-D3D1D2D4D3i1i3+v0-D2D4RL+vs-i2i4在本振电压v0的正负半周均有混频作用。v0的正半周v0的负半周优点：混频所产生的无用频率成份少。第31页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.3差分对模拟乘法器混频电路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v本振信号

在本振电压v0的正负半周均有混频作用。在输入信号幅度较小时，工作于变跨导频率方式。在本振电压v0幅度较大时，工作于开关混频方式，类似于平衡混频器。第32页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.3差分对模拟乘法器混频电路模拟乘法器电路的分析+v2-VBBVCC+v1-T3T1T2RC2RC1Re+v0-浙江海洋学院陈庭勋高频电子线路不考虑rbb`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：其中：乘积项当时所处的电流值第33页，共40页，2023年，2月20日，星期六§6.3差分对模拟乘法器混频电路模拟乘法器电路的分析浙江海洋学院陈庭勋高频电子线路用iC=αiE代入，线性要求所允许的v1值较小第5章频谱的线性搬移电路线性工作区域?+v2-VBBVCC+v1-T3T1T2RC2RC1Re+v0-iE1iE2i0且设:-3–2–10123Z10.5第34页，共40页，2023年，2月20日，星期六+v2-§6.3双差分对混频电路T1T2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：同理：T3T4VCCT5T6+v0-RC2RC1RR1R2+v1-iC4I0=iC7iC5T7T8iC6iC1iC2第35页，共40页，2023年，2月20日，星期六+v2-§6.3四象限模拟乘法器混频T1T2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：其中做了一定的近似处理：v1、v2足够小。T3