第6章振幅调制与解调与混频..ppt

1、第 6 章,振 幅 调 制 与 解 调及混频,陈 庭 勋,,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,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

2、章 振幅调制与解调与混频,t,v,载波的振幅随调信号的振幅的变化而变化。,Vo,maVo,vo,0,0,t,载波信号：,已调信号：,调制度：,（0%ma100%）,（ma100%）,amplitude modulation,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,0 -,0 +,整个频段的调制：,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。,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

3、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：,0 -,0 +,结论：调幅波的功率利用率很低,0 -,0 +,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,0,0,6.1 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0+或0-成份。,2、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

4、去的载波，才能检出调制信号。,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。,0+,0,或0-,0,BM1,1,BM2,2,音频F,OSC1,f1,BM3,3,放大,f1F,f1+F,OSC2,f2,OSC3,f3,f2(f1+F),f2+(f1+F),f3(f2+ f1+F),f3+f2+ f1+F,(single side band),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

5、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：,平衡调幅信号：,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=Vosin2t,vo =Vocos2t,v= sint,v5v6,v=sin1t,v=cos1t,v1=v v,v2=v v,v4=sin(1-) t,v3=cos(1-) t,或,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

6、 振幅调制与解调与混频,AM,（vestigal sideband amplitude modulation）,0,0 -m,0 +m,0,0 -m,0 +m,0 -m,0,0,DSBAM,SSBAM,VSBAM,残留边带调幅具有低频分量加重效果。,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0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 -,VBB,VCC,C,L,Vbmcos0 t,调制信号v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v幅度较大。调制功率较大，效率较高。,6.1 高电

7、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0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：,S1(t)=,+1,0,（ cos0t 0）,v(t)= v(t) S1(t),可见：v(t)中包含有（0）等项，但无V0cos0t项。最后输出的是被抑止载波的双边带信号。,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,+ v -,D1,D2,D4,D3,

8、+ v1 -,D1,D2,D4,D3,+ v(t) -,单向脉冲输出,双向脉冲输出,+ v(t) -,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 -,+ v -,VBB,VCC,C,L,Vcost,Vbmcos0 t,调制信号v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v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。,v,v,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,

9、非线性 器件,第6章 振幅调制与解调与混频,10,0.5,Q,0,v/V,i/A,0.6,30,50,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,vi,vo,v(t),其中:,vi控制在mV级。,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V及调制器特性曲线决定。,指a1、a2,通常a2a1 ，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。,6.1 低电平振调幅,平衡调幅器,浙江海洋学院 陈庭勋,高频

10、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V0cos0t成份。,+ -,+ -,v,+ v -,v,R,i1,i2,+ v1 -,- v2 +,R,+ vo -,电路完全对称，载波v和调制波v均工作于小信号状态。,DSB (double side band),+ v2 -,VCC,+ v1 -,T3,T1,T2,RC2,RC1,R1,+ 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,iC5,iC6,i0,当

11、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。,R,R2,T4,T5,T6,T7,T8,6.2 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：,检波的频谱变化规律：,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v i,输出信号v0,6.2 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,D,C,iD,+ vC -,R,充电,包络检波器电路从频率响应上分析，是一个低

12、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,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。Kd1,D,C,iD,+ vC -,R,充电,包络检波器缺点：检波电路消耗一定的功率。,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

13、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：,D,C,iD,+ vC -,R,充电,0,t,vo,2、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,避免负峰切割失真条件：,交流负载电阻,或,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2k，试确定各元件参数。 2AP9的内阻Rd为100,D,C,iD,+ vC -,R,3、频率失真,（由电容C和Cc的频率特性引起）,避免频率失真

14、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。,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,0=1,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,v2,v,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,+ v -,v= v1+ v1,Vm Kcost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

15、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,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：,D,C,iD,R,其电压变化速度：,要不产生失真：,设：,则要求A1,令：,得到：,因此有：,依据避免负峰切割失真条件：,确定各元件参数,R22ri2，取=4.7k。,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,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0.01F,Cc,电容Cc由频率失真条件确定：,Cc1.5F,6.3 混 频

16、,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。,0 fi-F fi fi+F fs-F fs fs+F f0,本振信号,接收信号,中频信号,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）,D1,D2,i1,i2,输出电流：,幅度足够大,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,工作特点：,D1,D2,D4,D3,i1,i3,i2,i4,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

17、周,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,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 -,VBB,VCC,+ vs -,T3,T1,T2,Re,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。,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,不考虑rbb的影响，关系式变为：,第5章 频谱的线性搬移电路,iE1,iE2,i0,线性范围内的输入、输出关系：,其中：,

18、乘积项,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=iE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 ?,iE1,iE2,i0,且设:,6.3 双差分对混频电路,T1,T2,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：,T3,T4,6.3 四象限模拟乘法器混频,T1,T2,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,T4,所需注入功率较小,6.3 晶体三极管混频电路,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,共射分散输入,共基射极集中输入,共基分散输入,+ v0 -,+ vs -,+ vi -,+ v0 -,+ vs -,+ vi -,相互牵引的可能性小,工作频率高,变频增益低,（工作于小信号状态）,6.3 晶体三极管混频电路,电路工作原理,按变跨导混频原理分析，取二次近似式代入可以得到：,