高頻電子線路課件

1、高頻電子線路課件高頻電子線路課件6.1 概述 調(diào)制電路與解調(diào)電路是通信系統(tǒng)中的重要組成部分。 正如緒論中所介紹的, 調(diào)制是在發(fā)射端將調(diào)制信號從低頻段變換到高頻段, 便于天線發(fā)送或?qū)崿F(xiàn)不同信號源、不同系統(tǒng)的頻分復(fù)用；解調(diào)是在接收端將已調(diào)波信號從高頻段變換到低頻段, 恢復(fù)原調(diào)制信號。 在模擬系統(tǒng)里, 按照載波波形的不同, 可分為脈沖調(diào)制和正弦波調(diào)制兩種方式。 牛牛文庫文檔分享6.1 概述 牛牛文庫文檔分享 脈沖調(diào)制是以高頻矩形脈沖為載波, 用低頻調(diào)制信號分別去控制矩形脈沖的幅度、寬度或位置三個參量, 分別稱為脈幅調(diào)制(PAM), 脈寬調(diào)制(PDM)和脈位調(diào)制(PPM)。 正弦波調(diào)制是以高頻正弦波為

2、載波, 用低頻調(diào)制信號分別去控制正弦波的振幅、頻率或相位三個參量, 分別稱為調(diào)幅(AM)、 調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)。 本書僅討論正弦波調(diào)制。 牛牛文庫文檔分享 脈沖調(diào)制是以高頻矩形脈沖為載波, 用低頻調(diào)制6.2.1普通調(diào)幅方式 1. 普通調(diào)幅信號的表達(dá)式、 波形、 頻譜和功率譜 普通調(diào)幅方式是用低頻調(diào)制信號去控制高頻正弦波(載波)的振幅, 使其隨調(diào)制信號波形的變化而呈線性變化。 設(shè)載波為uc(t)=Ucmcosct,調(diào)制信號為單頻信號，即u(t)=Umcost(c), 則普通調(diào)幅信號為:uAM(t)= (Ucm+kUm cos t)cosct =Ucm(1+Macost)cosct(6.2

3、.1)6.2 振幅調(diào)制與解調(diào)原理 牛牛文庫文檔分享6.2.1普通調(diào)幅方式(6.2.1)6.2 振幅調(diào)制與解圖 6.2.1 普通調(diào)幅波形與頻譜 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.1 普通調(diào)幅波形與頻譜 www.niuwk.c 其中調(diào)幅指數(shù)0Ma1, k為比例系數(shù)。 表達(dá)式:（6.2.2） 牛牛文庫文檔分享 其中調(diào)幅指數(shù)0Ma1, k為比例 式(6.2.1)又可以寫成uAM(t)=Ucmcosct+ cos (c+)t+cos (c-)t 可見,uAM(t)的頻譜包括了三個頻率分量：c(載波)、 c+(上邊頻)和c-(下邊頻)。原調(diào)制信號的頻帶寬度是或（F= ）, 普通調(diào)幅信號的頻帶寬度是2(或2F),

4、 是原調(diào)制信號的兩倍。 牛牛文庫文檔分享 式(6.2.1)又可以寫成 牛牛圖 6.2.2 過調(diào)制波形顯然, 當(dāng)Ma1時, 普通調(diào)幅波的包絡(luò)變化與調(diào)制信號不再相同, 產(chǎn)生了失真, 稱為過調(diào)制, 如圖6.2.2所示。所以, 普通調(diào)幅要求Ma必須不大于1。 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.2 過調(diào)制波形顯然, 當(dāng)Ma1時, 普通調(diào) 由式(6.2.3)還可以看到, 若此單頻調(diào)幅信號加在負(fù)載R上, 則載頻分量產(chǎn)生的平均功率為:兩個邊頻分量產(chǎn)生的平均功率相同, 均為: 調(diào)幅信號總平均功率為:(6.2.4)(6.2.5)(6.2.6) 牛牛文庫文檔分享 由式(6.2.3)還可以看到, 若此單頻調(diào)幅攜帶信息的邊頻

5、功率最多只占總功率的三分之一(因?yàn)镸a1)。 在實(shí)際系統(tǒng)中, 平均調(diào)幅指數(shù)很小, 所以邊頻功率占的比例更小, 功率利用率更低。 為了提高功率利用率, 可以只發(fā)送兩個邊頻分量而不發(fā)送載頻分量, 或者進(jìn)一步僅發(fā)送其中一個邊頻分量, 同樣可以將調(diào)制信息包含在調(diào)幅信號中。 這兩種調(diào)幅方式分別稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅(簡稱雙邊帶調(diào)幅)和抑制載波的單邊帶調(diào)幅(簡稱單邊帶調(diào)幅)。 牛牛文庫文檔分享攜帶信息的邊頻功率最多只占總功率的三分之一(因?yàn)镸a1)圖 6.2.3 一般調(diào)幅信號的波形與頻譜 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.3 一般調(diào)幅信號的波形與頻譜 www.niuwk 2. 普通調(diào)幅信號的產(chǎn)生和解調(diào)方法 式

6、(6.2.1)可以改寫如下：其中，k1=k/Ucm 牛牛文庫文檔分享 2. 普通調(diào)幅信號的產(chǎn)生和解調(diào)方法其中，k1圖 6.2.4 低電平調(diào)幅原理圖 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.4 低電平調(diào)幅原理圖 (1) 包絡(luò)檢波。 非線性器件工作在開關(guān)狀態(tài), 其特性可用單向開關(guān)函數(shù)來表示, 輸出電流為: io(t)=guAM(t)K1(ct) =gUcm(1+Macost)cosct 其中的低頻分量是: 牛牛文庫文檔分享 (1) 包絡(luò)檢波。 www.niuwk.co圖 6.2.5 包絡(luò)檢波原理圖 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.5 包絡(luò)檢波原理圖 (2) 同步檢波。 同步檢波必須采用一個與發(fā)射端載波同頻同相(或

7、固定相位差)的信號, 稱為同步信號。同步檢波可由乘法器和低通濾波器實(shí)現(xiàn)。 牛牛文庫文檔分享 (2) 同步檢波。 www.niuwk.c圖 6.2.6 同步檢波原理圖 ur(t)=Urmcosct 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.6 同步檢波原理圖 ur(t)=Urmcosc則乘法器輸出為: 牛牛文庫文檔分享則乘法器輸出為: 牛牛文庫文檔分享 如果同步信號與發(fā)射端載波同頻不同相, 有一相位差, 即ur=Urmcos(ct+) 則乘法器輸出中的分量為 k2UcmUrmMacoscost。若是一常數(shù), 即同步信號與發(fā)射端載波的相位差始終保持恒定, 則解調(diào)出來的分量仍與原調(diào)制信號成正比, 只不過振幅有所減

8、小。若= 90, 則cos=0, 分量也就為零了。若是隨時間變化的, 即同步信號與發(fā)射端載波之間的相位差不穩(wěn)定, 則解調(diào)出來的分量就不能正確反映調(diào)制信號了。 牛牛文庫文檔分享 如果同步信號與發(fā)射端載波同頻不同相, 有一相 6.2.2雙邊帶調(diào)幅方式 1 雙邊帶調(diào)幅信號的特點(diǎn)載波 uc(t)=Ucmcosct, 調(diào)制信號為u(t)=Um cost(c), 則雙邊帶調(diào)幅信號為:uDSB(t)=ku(t)uc(t)=kUm Ucmcostcosct = cos (c+)t+cos (c-)t 其中k為比例系數(shù)。 (6.2.10) 牛牛文庫文檔分享 6.2.2雙邊帶調(diào)幅方式 (6.2.10圖 6.2.7

9、 雙邊帶調(diào)幅波形與頻譜 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.7 雙邊帶調(diào)幅波形與頻譜 www.niuwk.c 2. 雙邊帶調(diào)幅信號的產(chǎn)生與解調(diào)方法產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號的最直接法就是將調(diào)制信號與載波信號相乘。 牛牛文庫文檔分享 2. 雙邊帶調(diào)幅信號的產(chǎn)生與解調(diào)方法ww 同步檢波解調(diào)雙邊帶信號：同步信號為ur(t)=Urmcosct(6.2.11) 牛牛文庫文檔分享 同步檢波解調(diào)雙邊帶信號：(6.2.11)www.niuwk 6.2.3單邊帶調(diào)幅方式 單邊帶調(diào)幅方式是指僅發(fā)送上、下邊帶中的一個。如以發(fā)送上邊帶為例, 則單頻調(diào)制單邊帶調(diào)幅信號為：(6.2.12) 產(chǎn)生單邊帶調(diào)幅信號的方法主要有濾波法、 相移法

10、以及兩者相結(jié)合的相移濾波法。 牛牛文庫文檔分享 6.2.3單邊帶調(diào)幅方式(6.2.12) 圖 6.2.8 濾波法原理 1 濾波法 這種方法是根據(jù)單邊帶調(diào)幅信號的頻譜特點(diǎn), 先產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號, 再利用帶通濾波器取出其中一個邊帶信號。濾波法原理見圖6.2.8。 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.8 濾波法原理 1 濾波法ww圖 6.2.7 雙邊帶調(diào)幅波形與頻譜 對于頻譜范圍為minmax的一般調(diào)制信號, 如min很小, 則上、下兩個邊帶相隔很近, 用濾波器完全取出一個邊帶而濾除另一個邊帶是很困難的。 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.7 雙邊帶調(diào)幅波形與頻譜 對于頻譜范圍為min圖 6.2.9 相移法原理

11、 2 相移法 這種方法是基于單邊帶調(diào)幅信號的時域表達(dá)式。 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.9 相移法原理 2 相移法www.niuwk 顯然, 對單頻信號進(jìn)行90相移比較簡單, 但是對于一個包含許多頻率分量的一般調(diào)制信號進(jìn)行90相移, 要保證其中每個頻率分量都準(zhǔn)確相移90是很困難的。 (6.2.13) 牛牛文庫文檔分享 顯然, 對單頻信號進(jìn)行90相移比較簡單, 圖 6.2.10 相移濾波法原理 3 . 相移濾波法 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.10 相移濾波法原理 3 . 相單邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)也不能采用包絡(luò)檢波方式而只能采用同步檢波方式。從單邊帶調(diào)幅信號中無法提取同步信號。 一般可在發(fā)送單邊帶調(diào)幅

12、信號的同時, 也附帶發(fā)送一個功率較小的載波信號, 供接收端從中提取作為同步信號。（副載波信號） 牛牛文庫文檔分享單邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)也不能采用包絡(luò)檢波方式而只能采用同步檢圖 6.2.11 殘留邊帶調(diào)幅發(fā)送和接收濾波器幅頻特性(a) 發(fā)送； (b) 接收 上邊帶上邊帶6.2.4殘留邊帶調(diào)幅方式 牛牛文庫文檔分享圖 6.2.11 殘留邊帶調(diào)幅發(fā)送和接收濾波器幅頻特性上邊6.2.5 正交調(diào)幅方式設(shè)兩路正交載波分別為uc1(t)=Ucmcosctuc2(t)=Ucmsinct， 兩路調(diào)制信號分別為u1（t）=U1cos1t u2(t)=U2cos2t，則正交調(diào)幅信號為uQAM(t)=u1(t)uc1(

13、t)+u2(t)uc2(t) =U1Ucmcos1tcosct+U2Ucmcos2tsinct =uI（t）+uQ（t）（6.2.14） 牛牛文庫文檔分享6.2.5 正交調(diào)幅方式（6.2.14）www.niuwk 一般情況下， 正交調(diào)幅信號的波形比較復(fù)雜。 圖6.2.12給出了單頻調(diào)制時的頻譜圖。 圖6.2.12 正交調(diào)幅信號頻譜圖 正交調(diào)幅的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸帶寬 牛牛文庫文檔分享 一般情況下， 正交調(diào)幅信號的波形比較復(fù)雜。 圖6.2.13 正交調(diào)幅與解調(diào)原理圖 2.正交調(diào)幅信號的產(chǎn)生與解調(diào)方法 牛牛文庫文檔分享圖6.2.13 正交調(diào)幅與解調(diào)原理圖 2.正交調(diào)幅信號的產(chǎn)生解調(diào)電路中兩個乘法器

14、輸出分別是 牛牛文庫文檔分享解調(diào)電路中兩個乘法器輸出分別是 6.3.1高電平調(diào)幅電路 丙類諧振功放的調(diào)制特性分為基極調(diào)制特性和集電極調(diào)制特性兩種, 據(jù)此可以分別組成基極調(diào)幅電路和集電極調(diào)幅電路。 現(xiàn)以集電極調(diào)幅電路為例, 說明高電平調(diào)幅的原理。 6.3 調(diào)幅電路 牛牛文庫文檔分享6.3.1高電平調(diào)幅電路6.3 調(diào)幅電路www.niuw圖 6.3.1 集電極調(diào)幅電路原理 牛牛文庫文檔分享圖 6.3.1 集電極調(diào)幅電路原理 www.niuwk.co圖 3.2.10 集電極調(diào)制特性近似有UcmUCC(t)的關(guān)系。則輸出信號可寫成:uo(t)=Ucmcosct=kUCC0+u(t)cosct 牛牛文庫

15、文檔分享圖 3.2.10 集電極調(diào)制特性近似有UcmUCC(t)的圖 6.3.2 基極調(diào)幅電路原理 牛牛文庫文檔分享圖 6.3.2 基極調(diào)幅電路原理 圖 3.2.9 基極調(diào)制特性 牛牛文庫文檔分享圖 3.2.9 基極調(diào)制特性 牛高電平調(diào)幅電路的優(yōu)點(diǎn)：調(diào)幅、 功放合一, 整機(jī)效率高, 可直接產(chǎn)生很大功率輸出的調(diào)幅信號；缺點(diǎn)和局限性：一是只能產(chǎn)生普通調(diào)幅信號, 二是調(diào)制線性度差, 例如集電極調(diào)制特性中Ucm與UCC并非完全成線性關(guān)系。 牛牛文庫文檔分享高電平調(diào)幅電路的優(yōu)點(diǎn)： 牛牛文庫文 例 6.1 采用圖6.3.1所示集電極調(diào)幅電路進(jìn)行普通調(diào)幅。已知調(diào)制信號頻率范圍為300Hz4 kHz,平均調(diào)幅指數(shù)Ma=0.3， UCC0=24V，IC0=25mA，集電極效率c=70%。求輸出載波功率Pc、邊帶功率2PSB、功率利用率SB 和頻帶寬度BW。 牛牛文庫文檔分享 例 6.1 采用圖6.3.1所示集電極調(diào)幅平均調(diào)幅指數(shù)Ma=0.3 UCC0=24VIC0=25mAc=70%。求Pc 、 2PSB、SB 和BW。 牛牛文庫文檔分享平均調(diào)幅指數(shù)Ma=0.3 牛牛文庫其中，RD=UCC