高頻電子電路5.1

5.1概述5.2振幅調(diào)制原理及特性

5.4調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)

第5章

振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻

5.5混頻器原理及電路

返回休息1休息25.3振幅調(diào)制電路

(1)調(diào)制：用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)的某一個(gè)參量的過程。

定義：信號(hào)

載波信號(hào)：（等幅）高頻振蕩信號(hào)

正弦波

方波

三角波

鋸齒波調(diào)制信號(hào)：需要傳輸?shù)男盘?hào)（原始信號(hào)）語言圖像

密碼已調(diào)信號(hào)（已調(diào)波）：經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號(hào)（射頻信號(hào)）振幅調(diào)制解調(diào)（檢波)混頻（變頻）屬于

頻譜線性搬移電路

(2)解調(diào)：調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)波中恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)的過程。5．1概述休息1休息2(7)振幅調(diào)制分三種方式：（5）相位調(diào)制：調(diào)制信號(hào)控制載波相位，使已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號(hào)線變化。

（6）解調(diào)方式：（4）頻率調(diào)制：調(diào)制信號(hào)控制載波頻率，使已調(diào)波的頻率隨調(diào)制信號(hào)線性變化。（3）振幅調(diào)制：由調(diào)制信號(hào)去控制載波振幅，使已調(diào)信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)線性變化。休息1休息25.1頻譜5.1.1頻譜的概念：幅度與頻率的關(guān)系，并且具有疊加性

正弦信號(hào)：

舉例：

思考：

5.1.2非正弦周期信號(hào)頻譜

任意的周期函數(shù)利用傅里葉級(jí)數(shù)，都可以展開成，

其中第1項(xiàng)A0為恒定分量（或直流分量），第2項(xiàng)為1次諧波（基波），其他各項(xiàng)統(tǒng)稱為高次諧波，即2次、3次、4次等等諧波。這種將一個(gè)周期函數(shù)展開或分解為一系列諧波之和的傅里葉級(jí)數(shù)稱為諧波分析

舉例：周期性矩形信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)及其頻譜

周期信號(hào)頻譜的特征：

1、離散頻譜，諧波性

2、總的趨勢(shì)是高頻分量幅度很小，直至忽略（收斂性）5.1.3非周期信號(hào)頻譜非周期信號(hào)頻譜的特征：1、連續(xù)頻譜2、總的趨勢(shì)是高頻分量幅度很小，直至忽略（收斂性）例如典型的音頻信號(hào)頻譜為300—3400Hz5.1.4頻譜寬度（頻寬）

非正弦周期信號(hào)和非周期信號(hào)的頻譜理論上是無限展開的，也就是理論上頻譜寬度無限大。但由于高頻分量的幅度很小，所以人為規(guī)定一個(gè)頻譜寬度（帶寬），使之頻譜寬度內(nèi)的頻譜分量還原出來的信號(hào)誤差可以忽略。

信號(hào)的頻譜寬度是通信中極其重要的一個(gè)概念，決定了通信的容納程度，故希望在不影響性能的情況下，頻譜寬度越小越好。（形象的比喻，車輛的寬度和道路的寬度）例如：前面矩形波例子，帶寬取到七次諧波就能滿足大多數(shù)要求。非周期性矩形脈沖波一般頻寬取在第一個(gè)過零點(diǎn)。5.1.5頻譜的線性搬移

調(diào)制和解調(diào)中，一個(gè)信號(hào)頻譜經(jīng)過變換后，既沒有出現(xiàn)新的無對(duì)應(yīng)分量，而且原信號(hào)頻譜對(duì)應(yīng)的分量間的比率沒有改變，這稱之為頻譜的線性搬移.

頻譜線性搬移時(shí)幅度的改變并沒有改變所傳遞信息的內(nèi)容，可以理解為聲音的音量放大。判斷下列那些屬于線性頻譜搬移，那些屬于非線性頻譜搬移相乘器完成頻譜的線性搬移

從以上我們可以得出，相乘器完成頻譜的線性搬移，以高頻載波頻率wc為中心，信號(hào)頻譜對(duì)稱的線性搬移到wc+和wc-兩側(cè)。

5.2振幅調(diào)制原理及特性一、振幅調(diào)制信號(hào)分析二、雙邊帶信號(hào)三、單邊帶信號(hào)返回休息1休息2振幅調(diào)制完成頻譜的線性搬移。什么是頻譜的線性搬移？（1）設(shè)：載波信號(hào)：

調(diào)制信號(hào)：

那么調(diào)幅信號(hào)（已調(diào)波）可表達(dá)為：

由于調(diào)幅信號(hào)的振幅與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系，即有：

，式中為比例常數(shù)即：

式中ma為調(diào)制度，

常用百分比數(shù)表示。1.AM調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式

返回5.2.1標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制（AM）信號(hào)分析休息1休息2則有

其中：

若將

分解為：

一般，實(shí)際中傳送的調(diào)制信號(hào)并非單一頻率的信號(hào)，常為一個(gè)連續(xù)頻譜的限帶信號(hào)。則2、調(diào)幅信號(hào)波形波形特點(diǎn)：（1）調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)波形一致

(2)調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強(qiáng)弱程度，可以看出：

一般m值越大調(diào)幅越深：

返回休息1休息2仿真如果調(diào)制信號(hào)為連續(xù)頻譜限帶信號(hào)（1）由單一頻率信號(hào)調(diào)幅可見,調(diào)幅波并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的正弦波，包含有三個(gè)頻率分量：

3、調(diào)幅波的頻譜

Ω調(diào)制信號(hào)ωc載波調(diào)幅波返回ωc

+Ω上邊頻ωc

-Ω下邊頻同樣含有三部分頻率成份(2)限帶信號(hào)的調(diào)幅波返回Ωmaxωcω限帶信號(hào)ω

c載波ω調(diào)幅波ωc-Ωmax下邊頻帶ωc+Ωmax上邊頻帶ΩmaxΩmaxΩmax由于：相加器乘法器直流乘法器相加器4、AM信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖可見要完成AM調(diào)制，其核心部分是實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)與載波相乘。仿真返回(2)上、下邊帶的平均功率：

(3)在調(diào)制信號(hào)一周期內(nèi)，調(diào)幅信號(hào)輸出的平均總功率

(4)邊帶功率，載波功率與平均功率之間的關(guān)系：

RL上消耗的載波功率：

(1)5、調(diào)制波的功率那么調(diào)幅波各分量的功率為：

設(shè)調(diào)幅波傳輸信號(hào)至負(fù)載電阻RL上，由于在普通調(diào)幅波信號(hào)中，有用信息只攜帶在邊頻帶內(nèi)，而載波本身并不攜帶信息，但它的功率卻占了整個(gè)調(diào)幅波功率的絕大部分，因而調(diào)幅波的功率浪費(fèi)大，效率低。但AM波調(diào)制方便，解調(diào)方便，便于接收。如當(dāng)100%調(diào)制時(shí)(ma=1)，雙邊帶功率為載波功率的，只占用了調(diào)幅波功率的，而當(dāng),213121=maPc98PAM=休息1休息2在AM調(diào)制過程中，如果將載波分量抑制就形成抑制載波的雙邊帶信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)，它可以用載波和調(diào)制信號(hào)直接相乘得到，即：調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)：

調(diào)制信號(hào)為限帶信號(hào)的調(diào)制：

5.2.2雙邊帶(doublesidebandDSB)調(diào)幅信號(hào)

１、

數(shù)學(xué)表達(dá)式返回休息1休息22.波形與頻譜5.2.2雙邊帶(doublesidebandDSB)調(diào)幅信號(hào)

(1)DSB信號(hào)的包絡(luò)正比于調(diào)制信號(hào)

(2)

DSB信號(hào)載波的相位反映了調(diào)制信號(hào)的極性，即在調(diào)制信號(hào)負(fù)半周時(shí)，已調(diào)波高頻與原載波反相。因此嚴(yán)格地說，DSB信號(hào)已非單純的振幅調(diào)制信號(hào)，而是既調(diào)幅又調(diào)相的信號(hào)。(3)

DSB波的頻譜成份中抑制了載波分量，全部功率為邊帶占有，功率利用率高于AM波。(4)占用頻帶

調(diào)制信號(hào)載波上邊頻下邊頻仿真返回休息1休息2復(fù)雜信號(hào)雙邊帶波形圖

4-1-6雙邊帶調(diào)制信號(hào)(a)

波形(b)

頻譜雙邊帶調(diào)制單邊帶(SSB)信號(hào)是由雙邊帶調(diào)幅信號(hào)中取出其中的任一個(gè)邊帶部分，即可成為單邊帶調(diào)幅信號(hào)。其單頻調(diào)制時(shí)的表示式為：上邊帶信號(hào)下邊帶信號(hào)5.2.3單邊帶(singlesidebandSSB)信號(hào)

返回休息1休息21.SSB信號(hào)的性質(zhì)

在現(xiàn)代電子通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為節(jié)約頻帶，提高系統(tǒng)的功率和帶寬效率，常采用單邊帶（SSB）調(diào)制系統(tǒng)

Ωmaxω限帶信號(hào)ωc載波ωc-Ωmax下邊頻帶信號(hào)ωωc+Ωmax上邊頻帶信號(hào)ωωc+Ωmaxωc-Ωmax由DSB信號(hào)經(jīng)過邊帶濾波器濾除了一個(gè)邊帶而形成，如：上邊帶信號(hào)下邊帶信號(hào)2.單邊帶調(diào)幅信號(hào)的實(shí)現(xiàn)

上邊帶濾波器下邊帶濾波器乘法器返回休息1休息2(1)濾波法

有三種基本的電路實(shí)現(xiàn)方法：濾波法、相移法和移相濾波法：下邊頻帶信號(hào)ωωDSB信號(hào)ωc-Ωmaxωc+Ωmax上邊頻帶信號(hào)ωωc+Ωmaxωc-Ωmax濾波法的缺點(diǎn)是對(duì)濾波器的要求較高。由于載波頻率很高，上下邊帶信號(hào)間隔小，導(dǎo)致單邊帶濾波器的濾波特性曲線陡峭，品質(zhì)因素Q很高，一般來說工程上無法實(shí)現(xiàn)另外由三角公式：

(2)相移法

利用上三角公式的實(shí)現(xiàn)電路如下圖所示：乘法器乘法器９00相移９00相移加法器減法器????返回休息1休息2仿真移相法雖然不需要濾波法中難以實(shí)現(xiàn)的濾波器，但要使移相網(wǎng)絡(luò)對(duì)較低頻率的調(diào)制信號(hào)在寬頻帶內(nèi)都能準(zhǔn)確的產(chǎn)生90度相移，這在技術(shù)上也是很難實(shí)現(xiàn)的。移相濾波法是將移相和濾波兩種方法相結(jié)合，并且只需對(duì)某一固定的單頻率信號(hào)移相900，從而回避了難以在寬帶內(nèi)準(zhǔn)確移相900的缺點(diǎn)。

(3)移相濾波法

移相濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的電路框圖

返回休息1休息2uΩ=sinΩtu=sinω1t單頻信號(hào)uc

=sinωct載波u1

=sinΩtsinω1tu2

=sinΩt

cos

ω1tu3

=cos(ω1-Ω)tu4

=sin(ω1-Ω)tu5

=cos(ω1-Ω)tsinωctu6

=sin(ω1-Ω)t

cos

ωct+乘法器900移相低通濾波乘法器低通濾波乘法器900移相乘法器