第6章振幅調制、解調及混頻1

第6章振幅調制、解調及混頻6.1振幅調制(重點)6.2調幅信號的解調(重點)6.3混頻(重點)6.4混頻器的干擾

調制的基本概念：調制電路調制信號uΩ載波信號uC已調波信號高頻振蕩信號（正弦波、非正弦波）低頻信號（聲音、圖像等轉化而成）振幅調制：用調制信號控制載波振幅，使之按調制信號的規(guī)律變化（線性）三種方式：普通調幅方式——調幅波（AM波）抑制載波的雙邊帶調制——雙邊帶信號（DSB波）抑制載波的單邊帶調制——單邊帶信號（SSB波）高頻（uAM，uFM，uPM）6.1振幅調制載波電壓：調制電壓為單一頻率余弦信號：6.1.1振幅調制信號分析1.調幅波的分析1)AM信號表示式ωc>>Ω已調波信號振幅：Um(t)=UC+ΔUC(t)=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)——調幅度（調制度）ka

——調制靈敏度調幅波信號：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

2）調幅波信號波形調幅波信號：調制信號為一連續(xù)頻譜信號：f（t）——均值為零的歸一化信號實際調制信號的調幅波形：3)調幅波的頻譜調制信號為單一頻率的正弦波時：調制信號頻譜：載波信號頻譜：AM信號頻譜：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

語音頻譜：多頻調制情況下：已調信號頻譜：——以語音信號為例AM信號的產生原理圖：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

uAM(t)=

mcosΩt

UCcosωct+UCcosωct負載電阻RL上消耗的載波功率：負載電阻RL上,一個載波周期內調幅波消耗的功率：4）調幅波的功率每個邊頻（上、下邊頻）平均功率：調幅波的最大功率和最小功率：兩個邊頻總功率載波功率邊頻功率、載波功率、AM波平均功率的關系：AM調制方式中：載波功率（不含調制信號）占總功率的2/3以上；邊頻總功率（含調制信號）小于總功率的1/3

功率浪費大，效率低AM信號的平均功率：單一正弦信號uΩ=UΩcosΩt調制時：2.雙邊帶信號(DSB)雙邊帶信號——在AM調制過程中，將載波抑制就形成抑制載波雙邊帶信號調制信號為一連續(xù)頻譜信號：f（t）雙邊帶調制時的頻譜：調制信號頻譜：載波信號頻譜：DSB信號頻譜：單頻調制時，uDSB（t）=kuuΩuC取下邊帶時：3.單邊帶信號(SSB)單邊帶信號——由DSB信號經邊帶濾波器濾除一個邊帶，在調制過程中，直接將一個邊帶抵消而成。取上邊帶時：單音調制的SSB信號波形：設雙音頻振幅相等Ω2＞Ω1時，受uΩ調制的雙邊帶信號：雙音調制時產生的SSB信號取上邊帶：取下邊帶：等幅雙音信號頻譜：SSB信號頻譜：等幅雙音信號波形：SSB信號波形：語音調制的SSB信號頻譜DSB頻譜：上邊帶頻譜：下邊帶頻譜：語音信號頻譜：uΩ(t)=f(t)，即一般情況下的SSB信號表達式：

單音調制SSB信號的另一種表達式：上邊帶：uSSB(t)=UcosΩtcosωct

-UsinΩtsinωct下邊帶：uSSB(t)=UcosΩtcosωct

+UsinΩtsinωct——希爾伯特變換的傅里葉變換：希爾伯特變換網絡及其傳遞函數：6.1.2振幅調制電路1.AM調制電路高電平調制——功放和調制合二為一，調制后不需再放大主要用于形成AM信號低電平調制——功放和調制分開，調制后需放大主要用于形成

AM

、DSB、SSB信號1)高電平調制高頻功放的調制特性基極調幅、集電極調幅、集電極-基極(或發(fā)射極)組合調幅?；舅枷耄和ㄟ^改變功放晶體管的某一電極的直流電壓以控制集電極高頻電流的振幅集電極調幅功放工作在過壓狀態(tài)，集電極電流的基波分量振幅Ic1與集電極偏置電壓Ec成線性關系——集電極調制特性集電極調幅電路：基極調幅——基極調制特性功放工作在欠壓狀態(tài)，集電極電流的基波分量振幅Ic1與集電極偏置電壓Eb成線性關系當UC>>UΩ時：2)低電平調制（1）二極管電路——單二極管電路、平衡二極管電路單二極管電路：集電極濾波回路：中心頻率為wc，帶寬為2Ω當UC>>UΩ時：二極管平衡電路：集電極濾波回路：中心頻率為wc，帶寬為2Ω濾波后的輸出電壓：（2）差分對電路若將uC加至uA，uΩ加到uB：m=UΩ/Ee，x=UC／VT集電極濾波回路：中心頻率為fc，帶寬為2F，諧振阻抗為RL,濾波后的輸出電壓：單差分對：差分對AM調制器的輸出波形：0tuΩ載波信號雙差分對電路：利用模擬乘法器產生AM信號UA，UB<26mV二極管平衡電路、二極管環(huán)形電路2.DSB調制電路——

一般采用低電平調制（1）二極管調制電路二極管平衡電路：

iL中包含頻率分量：F、fc±F

，(2n+1)fc±F(n=1,2,…)輸出電壓：輸出濾波器：中心頻率為fc，帶寬為2F，諧振阻抗為RL二極管平衡調制器波形：平衡調制器的一種實際線路：u1=uΩ，u2=uC經濾波后：二極管雙平衡調制器（環(huán)形調制器）：雙平衡調制器波形：

雙橋構成的環(huán)形調制器：線性通道：uC，非線性通道：uΩ經濾波后的輸出電壓uo(t)：（2）差分對調制器雙端輸出電流io(t)：差分對調制器：差分對DSB調制器的波形：調制信號若UΩ、UC均很?。弘p差分對電路：差動輸出電流：3.SSB調制電路——濾波法、移相法1）濾波法工作原理：取下邊帶時：取上邊帶時：對邊帶濾波器要求高：(1)通帶、阻帶間有陡峭的過渡衰減特性

(2)通帶內衰減小、衰減變化小衰減40dB濾波法產生SSB的發(fā)射機框圖：在低于工作頻率上調制上變頻搬移到工作頻率2）移相法——省去邊帶濾波器——依據單邊帶調幅信號的時域表達式uΩ(t)=f(t)上邊帶：uSSB(t)=UcosΩtcosωct-UsinΩtsinωct下邊帶：uSSB(t)=UcosΩtcosωct+UsinΩtsinωct下邊帶：上邊帶：uΩ(t)=UΩcosΩt移相法框圖：基本思想：利用移相網絡，對載波和調制信號進行適當的

相移，在相加時抵消一個邊帶而獲得SSB信號需滿足下列兩個條件：(1)兩個調制器輸出的振幅完全相同(2)移相網絡須對載頻及調制信號精確的π／2相移。調幅廣播接收機組成：調幅廣播發(fā)射機組成：解調（檢波）：從高頻已調波信號中恢復出調制信號的過程。調幅信號的解調：6.2調幅信號的解調從時域上看：從高頻已調波信號幅度變化上提取調制信號的過程。從頻域上看：將高頻信號搬移到低頻端，是頻譜的線性搬移。概念——解調器輸出電壓與輸入已調波的包絡成正比的檢波方法，只適用于AM波6.2.1調幅解調的方法分類：峰值包絡檢波、平均包絡檢波包絡檢波、同步檢波1、包絡檢波原理：同步解調器的框圖：2、同步檢波與載波電壓同步DSB：SSB：適用于DSB波、SSB波、AM波（很少采用）同步檢波分類：乘積型、疊加型乘積型：疊加型：6.2.2二極管峰值包絡檢波器1．工作原理原理電路：RC低通濾波器輸入回路末級中放RC網絡作用：1）檢波器負載；2）高頻電流旁路RC網絡滿足的條件：——AM波解調非線性器件理想情況下：對高頻，電容C短路：對直流、低頻，電容C開路：輸入大信號二極管串聯型大信號峰值包絡檢波器輸入為等幅高頻信號時檢波器的輸出波形信號源、二極管、RC網絡串聯檢波過程：檢波器暫態(tài)時電流電壓波形：二極管導通時：二極管截止時：穩(wěn)態(tài)時的二極管電壓電流波形：（1）檢波過程就是信號源通過二極管給電容充電與電容對電阻R放電的交替重復過程。（2）由于RC時間常數遠大于輸入電壓載波周期，放電慢，使得二極管負極永遠處于正的較高的電位（Uo≈Um）。（3）二極管電流iD包含平均分量（直流分量）Iav及高頻分量。檢波過程特點：輸入為AM信號時檢波器的輸出波形：包絡檢波器的輸出電路:直流分量調制分量輸出調制分量：直流分量調制分量輸出直流分量：經低通濾波器的輸出：

6.2.3同步檢波1．乘積型——適于DSB、SSB波解調us=UscosΩt

cosωct輸入信號為DSB信號：本地恢復載波：ur=Urcos(ωrt+φ)當恢復載波與發(fā)射載頻有一定的頻差，ωr=ωc+Δωc當恢復載波與發(fā)射載波同頻同相，即ωr=ωc,φ=0,則

uo=UocosΩt——無失真uo=UocosΔωct

cosΩt——引起振幅失真us=Uscos(ωc+Ω)t=UscosΩtcosωct

-UssinΩtsinωct2.疊加型同步檢波原理電路：輸入單邊帶信號（上邊帶）：

DSB波（SSB波）插入（恢復）載波AM信號包絡檢波器調制信號加法器恢復載波：ur=Urcosωrtus+ur=(UscosΩt+Ur)cosωct

–UssinΩt

sinωct=Um(t)cos［ωct+φ(t)］式中；m=Us/Ur

當Ur>>Us

，m<<1=Urcosωct檢波輸出：平衡同步檢波電路——減小輸出電壓的非線性失真uo2=KdUr(1-mcosΩt)上檢波器輸出：下檢波器輸出：則總的輸出：uo=uo1-uo2=2KdUrmcosΩt3．同步恢復載波的產生

雙邊帶：可從已調信號取出取平方：二分頻：可獲同步信號c單邊帶：（1）若發(fā)射導頻信號，可通過窄帶濾波器從接收信號中取出，放大后作為恢復載波（2）若不發(fā)射導頻信號，接收端只能采用高穩(wěn)定度晶體振蕩器產生指定的恢復載波AM波：通過限幅器去除包絡變化，得到等幅載波信號取2w分量：6.3混頻6.3.1混頻的概述1．混頻器的功能

在通信接收機中,將不同載頻的高頻已調波信號變換為同一個固定載頻(中頻)的高頻已調波信號,而保持其調制規(guī)律不變。無線通信接收設備：初步選擇放大主選擇放大

（1）混頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大器的增益可做得很高而不自激，電路工作穩(wěn)定；經中頻放大后，輸入到檢波器的信號可以達到伏特數量級，有助于提高接收機的靈敏度。采用混頻器后，接收機的性能將得到提高：

（2）接收機在很寬的頻率范圍內濾波性能不能做得很好，而對于某一固定頻率選擇性可以做得很好。fI=fL+fcfI<fc

向下變頻，輸出低中頻fI>fc

向上變頻，輸出高中頻fI=fL-fc

或fI=fC-fL三種頻譜線性搬移功能比較：調制：混頻：解調：高頻已調波信號搬移到低頻段低頻調制信號搬移到高頻段高頻已調波信號搬移到另一個高頻段超外差式廣播接收機中:中頻為465kHz的普通調幅信號載頻535kHz～1605kHz中波波段各電臺普通調幅波載頻88MHz～108MHz的各調頻臺信號中頻為10.7MHz的調頻信號48.5MHz～

958MHz各頻道信號中頻為38MHz的視頻信號廣播電視接收機中：AM收音機:FM收音機:2．混頻器的工作原理已調信號us：

us=UscosΩtcosωct本振電壓uL：uL=ULcosωLt若取中頻fI=fL-fc或

fI=fC-fL

，經帶通濾波器取出所需邊帶，得中頻電壓：組成框圖：FL(ω)=π[δ(ω-ωL)+δ(ω+ωL)]頻域混頻過程：FS(ω)——us的傅立葉變換

FL(ω)——uL的傅立葉變換本振為單一頻率信號，其頻譜為：輸入信號為己調波，則輸出頻譜Fo(ω)：本振頻譜：已調波頻譜：輸出中頻信號頻譜：

FL(ω)=π[δ(ω-ωL)+δ(ω+ωL)]

Fs(ω)6.3.2混頻電路

按本振電壓提供方式不同分為兩種：混頻器、變頻器混頻器：由單獨的振蕩器提供本振電壓變頻器——本振和混頻功能由一個非線性器件完成六端網絡四端網絡1．晶體三極管混頻器晶體三極管頻譜搬移電路ui=usUs<<UL

us=UscosΩtcosωctEb（t）=Eb+uL——變頻跨導輸出中頻電流振幅輸入高頻電壓振幅輸出對中頻：fI=fL

-fc

諧振gC～UL的關系曲線：gC～Eb的關系曲線：混頻器本振注入方式：基極串饋式電路：基極并饋式電路：本振射極注入：基極注入：優(yōu)點：本振需要功率小缺點：fL受us影響用于頻率較高的情況缺點：本振需要功率大用于頻率較低的情況中波AM收音機的變頻電路：雙聯可變電容FM收音機變頻電路：2．二極管混頻電路（工作頻率達到幾十兆赫以上的混頻器）平衡混頻器、環(huán)形混頻器（1）二極管平衡混頻器us——為已調信號uL——本振電壓UL>>Us，大信號工作經中頻濾波器，輸出中頻電壓：（2）二極管環(huán)形混頻器經中頻濾波后,得輸出中頻電