高频电子线路_第七章ppt课件

.,1,7振幅调制与解调,7.1概述,7.2调幅波的性质,7.3平方律调幅,7.4斩波调幅,7.5模拟乘法器调幅,7.6单边带信号的产生,.,2,7.7残留边带调幅,7.8高电平调幅,7.9包络检波,7.10同步检波,7.11单边带信号的接收,.,3,7.1.1振幅调制简述,将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。,声音,1.定义,.,4,7.1.1振幅调制简述,调制：传送信号一方将所要传送信号“装载”在高频振荡之上（载波），再由天线发射出去。解调：反调制过程，将载波所携带信息取出，得到原有信息。,1.定义,2.调制的原因,从切实可行的天线出发,为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。,.,5,7.1.1振幅调制简述,2.调制的原因,便于不同电台相同频段基带信号的同时接收,频谱搬移,.,6,7.1.1振幅调制简述,2.调制的原因,可实现的回路带宽,基带信号特点：频率变化范围很大。,高频窄带信号,频谱搬移,低频（音频）:20Hz20kHz,高频（射频）:,AM广播信号:,5351605kHz，BW=20kHz,.,7,7.1.1振幅调制简述,3.调制的方式和分类,调幅,调相,调制,连续波调制,脉冲波调制,脉宽调制,振幅调制,编码调制,调频,脉位调制,.,8,7.1.1振幅调制简述,4.调幅的方法,平方律调幅,斩波调幅,调幅方法,低电平调幅,高电平调幅,集电极调幅,基极调幅,.,9,7.1.2检波简述,从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。,1.定义,.,10,7.1.2检波简述,图7.1.1检波器的输入输出波形,检波过程是一个解调过程，与调制过程正相反。作用：从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号。,.,11,7.1.2检波简述,图7.1.2检波器检波前后的频谱,.,12,7.1.2检波简述,2.组成,检波器由三个重要部分组成：高频信号输入电路；非线性器件:通常用工作于非线性状态的二极管或晶体管。低通滤波器:通常用RC电路，取出原调制频率成分，滤除高频分量。,.,13,7.1.2检波简述,3.检波的分类,二极管检波器,三极管检波器,检波,器件,信号大小,小信号检波器,大信号检波器,工作特点,包络检波器,同步检波器,.,14,7.2调幅波的性质,7.2.1调幅波的数学表示式与频谱,7.2.2调幅波中的功率关系,.,15,7.2.1调幅波的数学表达式与频谱,1.普通调幅波的数学表示式,首先讨论单音调制的调幅波。,调幅信号（已调波）：,即：,.,16,7.2.1调幅波的数学表达式与频谱,波形特点(1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致(2)调幅度ma反映了调幅的强弱度,.,17,7.2.1调幅波的数学表达式与频谱,调幅度ma的物理意义：调幅波振幅相对于载波振幅的变化值。,.,18,7.2.1调幅波的数学表达式与频谱,.,19,7.2.1调幅波的数学表达式与频谱,图7.2.2由非正弦波调制所得到的调幅波,.,20,ma最大值为1，故边频振幅最大值不能超过载波振幅的二分之一。,7.2.1调幅波的数学表达式与频谱,.,21,7.2.1调幅波的数学表达式与频谱,2.普通调幅波的频谱,（1）由单一频率信号调幅,单音信号对载波进行调幅只产生两个边频。,通常的调制信号比较复杂，含有许多频率。因此所形成的上、下边频也不只一个，而是多个，组成所谓的上下边频带。,.,22,7.2.1调幅波的数学表达式与频谱,信号带宽,(2)限带信号的调幅波,调制信号,载波,.,23,7.2.1调幅波的数学表达式与频谱,调幅过程，实际是频谱搬移过程。经调制后，调制信号的频谱搬移到载频附近，形成上、下边带。频谱搬移，属于一种线性频谱搬移电路，频谱相对幅度不变，相对间隔不变。,.,24,7.2.2调幅波中的功率关系,如果将普通调幅波输送功率至电阻R上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：,载波功率:,上边频或下边频:,在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是,.,25,7.2.2调幅波中的功率关系,载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。,当ma1时，PoT(2/3)Po；,当ma0.5时，PoT(8/9)Po；,从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。,.,26,7.2.2调幅波中的功率关系,.,27,普通调幅波中的载波功率占有已调波输出功率的绝大部分，却不包含信息。因此,为了提高整机效率,可以只发送上、下边带(都属于高频范畴)而不发送载波。只发送两个边带功率的调幅称为双带边调幅。也称为抑制载波调幅,抑制载波的双边带调幅波的数学表达式为:,7.2.2调幅波中的功率关系,.,28,双边带调幅又称为平衡调幅.,7.2.2调幅波中的功率关系,.,29,平衡调幅波的特点,(1)从平衡调幅波波形看,由于抑制了载波,当调制信号过零时,已调波也为零。(2)调制信号瞬时值为正值时,平衡调幅波的相位与未调载波相位相同,当调制信号瞬时值为负值时,平衡调幅波的相位与未调载波相位相反。(3)当调制信号过零点时,平衡调幅波也倒相。(4)平衡调幅波由于失去了载波分量,其包络已不是普通调幅波的包络的形状,因此，解调方式也与普通调幅波不同。,7.2.2调幅波中的功率关系,.,30,单边带调幅,这种调幅称为单边带调幅(SingleSidebandAM，SSBAM)。其数学表达式为:,7.2.2调幅波中的功率关系,.,31,单边带调制具有以下优点,(1)提高了频带的利用率。与普通调幅波相比,由于抑制了载波及一个边带,因而信道的传输频带可节省一半,这有助于解决频道拥挤问题。(2)节省功率。采用单边带调幅,从理论上看,其发射功率可全部用于传输含有信息的一个边带,在调幅波总功率相同的条件下,可提高接收端的信噪比,因而可增大通信距离。(3)减小由选择性衰落引起的信号失真。在短波传播的过程中,调幅波的载波分量大,载波和上、下边带的电流衰落不同,使原始相位关系在传播过程中易遭到破坏,接收端收到的信号时强时弱,并且有失真,这种现象称为选择性衰落。单边带调幅波因不含载波,选择性衰落现象也就不明显。,7.2.2调幅波中的功率关系,.,32,三种振幅调制信号,.,33,7.3平方律调幅,7.3.1工作原理,7.3.2平衡调幅器,.,34,7.3.1工作原理,调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。,这里将调制信号v与载波信号v0相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分。,图7.3.1非线性调幅方框图,.,35,7.3.1工作原理,二极管的特性可表示为：,输入电压为：,代入上式，化解得：,滤波后得：,.,36,图7.3.2串联双二极管平衡调幅器简化电路,7.3.2平衡调幅器,.,37,7.3.2平衡调幅器,将两个平方律调幅器对称形式连接，构成平衡调幅器。平衡调幅器的输出电压只有两个边带，没有载波，即载波被抑制的双边带。,总的输出电压,.,38,7.3.2平衡调幅器,（双边带信号）平衡调幅波：抑制载波的调幅信号。振幅与调制信号的瞬时幅度成正比。解调时应采用同步解调器（相干解调）。,实际电路,.,39,7.4斩波调幅,7.4.1工作原理,7.4.2实现斩波调幅的两种电路,.,40,7.4.1工作原理,.,41,开关函数S1(t)以下式代表：,7.4.1工作原理,.,42,输出波形：,7.4.1工作原理,.,43,以上是用不对称的开关电路来获得斩波调幅的。实际上，更常用对称的开关电路。,7.4.1工作原理,.,44,7.4.1工作原理,它的傅立叶展开式为：,则有：,.,45,7.4.2实现斩波调幅的两种电路,二极管电桥斩波调幅电路,.,46,环形调幅器电路,7.4.2实现斩波调幅的两种电路,.,47,7.5模拟乘法器调幅,晶体三极管差分对模拟乘法器原理电路,.,48,调幅波的功率关系,上边频、下边频功率分别为,已调波表达式为,.,49,(5-3-9),.,50,调幅波的平均输出功率为,多音频调制时,.,51,7.6单边带信号的产生,7.6.1单边带通信的优缺点,7.6.2产生单边带信号的方法,.,52,7.6.1单边带通信的优缺点,定义：调幅波所传送的信息是包含在两个边带内的，载波本身不包含任何信息。因此可以将载波抑制，并进一步再抑制一个边带，只让另一个边带发送出去。这样，仍具有传递信息的功能，即所谓单边带发送。,使所容纳的频道数目增加倍，大大提高波段利用率。,单边带制能获得更好的通信效果。,单边带制的选择性衰落现象要轻得多。,要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。,.,53,7.6.2产生单边带信号的方法,1.滤波器法,图7.6.1滤波器法原理方框图,.,54,7.6.2产生单边带信号的方法,图7.6.2滤波器法单边带发射机方框图,必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。因为倍频后，音频频率也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。,.,55,图7.6.3单边带发射机方框图举例,7.6.2产生单边带信号的方法,.,56,7.6.2产生单边带信号的方法,2.相移法,图7.6.4相移法单边带调制器方框图,.,57,2.相移法,因此，输出电压为：,这种方法原则上能把相距很近的两个边频带分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波器。这是相移法的突出优点！,7.6.2产生单边带信号的方法,.,58,3.第三种方法修正的移相滤波法,相移法的主要缺点是要求移相网络准确地移相90度。尤其对音频移相网络来说，要求在很宽的音频范围内准确地移相90度是很困难的。为了克服这一缺点，产生了单边带的第三种方法修正的移相滤波器法（modifiedphase-shiftmethod）.,7.6.2产生单边带信号的方法,.,59,3.第三种方法修正的移相滤波法,图7.6.5产生单边带信号的第三种方法,7.6.2产生单边带信号的方法,.,60,7.7残留边带调幅,单边带调幅具有节约频带与节约发射功率两大优点，因而受到重视，可以说是最好的调幅制式。但是单边带的调制与解调都比较复杂，而且不适于传送带有直流分量的信号。为此在单边带调幅与双边带调幅之间，有一种折衷方法，即残留边带调幅（vestigalsidebandamplitudemodulation，简写为VSBAM）,.,61,7.7残留边带调幅,残留边带调幅：它传送被抑制边带的一部分，同时又将被传送边带也抑制掉一部分。为了保证信号无失真地传输，传送边带中被抑制部分和抑制边带中的被传送部分应满足互补对称关系。,特点:所占频带比单边带略宽一些;它在附近的一定范围内具有两个边带，因此在调制信号（例如电视信号）含有直流分量时，这种调制方式可以适用;残留边带滤波器比单边带滤波器易于实现。,.,62,图7.7.1各种调幅制式的频谱示意图,7.7残留边带调幅,.,63,7.8高电平调幅,7.8.1集电极调幅,7.8.2基极调幅,.,64,7.8高电平调幅,定义：高电平调幅就是在功率电平高的级中完成调幅过程。这个过程通常都是在丙类放大级进行的。根据调制信号控制的电极不同，调制方法主要有：集电极（或阳极）调制：调制信号控制集电极（阳极）电源电压，以实现调幅。基极（或控制栅极）调制：调制信号控制基极（控制栅极）电源电压，以实现调幅。,.,65,7.8高电平调幅,高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号v去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度Vcm来实现调幅的。P193页(图5.3.8、图5.3.9),临界,过压,欠压,VCC（t）,临界,过压,欠压,VBB(t),.,66,7.8.1集电极调幅,集电极调幅电路,集电极调幅：用调制信号来改变高频功率放大器的集电极（阳极）直流电源电压，以实现调幅。,?,.,67,集电极调幅电路,7.8.1集电极调幅,.,68,7.8.1集电极调幅,.,69,优点：集电极效率高，晶体管获得充分的应用。,7.8.1集电极调幅,缺点：,.,70,其中,调幅指数,7.8.1集电极调幅,.,71,直流电源输入功率,输出高频已调波功率,集电极功率损耗,集电极效率,7.8.1集电极调幅,.,72,当处于调幅波的最大值时，电流和电压都达到最大值,7.8.1集电极调幅,.,73,(),(),(),7.8.1集电极调幅,.,74,7.8.2基极调幅,基极调幅电路,所谓基极（栅极）调幅，就是用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极（栅极）偏压，以实现调幅。,.,75,基极调幅电路,7.8.2基极调幅,.,76,7.8.2基极调幅,iC,vAM（t）,.,77,基极（栅极）调幅的优点：所需调制功率很小，对整机的小型化有利。,缺点：基极调幅的平均集电极效率不高。,7.8.2基极调幅,.,78,7.9包络检波,7.9.1包络检波器的工作原理,7.9.2包络检波器的质量指标,.,79,7.9.1包络检波器的工作原理,从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号,输入AM信号,检出包络信息,.,80,假定检波器输入高频调幅波为,(),7.9.1包络检波器的工作原理,.,81,虽然电容两端的电压Uc有些起伏,但由于二极管导通时间很短,放电时间远大于高频输入电压的周期,所以,实际上Uc的起伏很小,可近似认为Uc与高频已调波的包络基本一致,所以又叫包络检波。,7.9.1包络检波器的工作原理,.,82,7.9.2包络检波器的质量指标,在分析大信号检波时,只对其稳定工作时的情况作工程近似分析。,通常作两种假定:,一是假定负载R1C1具有理想的滤波特性,即电容C1对低频信号完全开路,对高频信号完全短路；,二是在大信号检波时,忽略二极管特性曲线的弯曲部分,而用折线近似表示二极管的伏安特性曲线。如图5-4-8所示。,.,83,（1）二极管电流通角,7.9.2包络检波器的质量指标,.,84,ri为下一级输入电阻值,只要检波器的等效负载电阻远大于二极管导通电阻Rd,在工程上仍可用式(5-3-14)来估算检波器的输入电阻。,当,工程上通常，取Kd=0.50.9来估算检波效率。,特别说明：R1为检波器的负载电阻,当检波器接有下一级电路(低频放大器)时,检波器的负载电阻则为,7.9.2包络检波器的质量指标,.,85,7.9.2包络检波器的质量指标,3)失真,产生的失真主要有：惰性失真；负峰切割失真；非线性失真；频率失真。,如果检波电路的时间常数RC太大，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作惰性失真。,惰性失真(对角线切割失真),不产生对角切割失真的条件为,.,86,7.9.2包络检波器的质量指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,负峰切割失真(底边切割失真),隔直电容Cc数值很大，可认为它对调制频率交流短路，电路达到稳态时，其两端电压VCVim。,失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，Cc将通过R和RL缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压VCVim将在R和RL上分压。直流负载电阻R上的电压为,.,87,负峰切割失真(底边切割失真),7.9.2包络检波器的质量指标,.,88,7.9.2包络检波器的质量指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,负峰切割失真(底边切割失真),要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足,交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。,.,89,7.9.2包络检波器的质量指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,非线性失真,这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。,如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。,.,90,7.9.2包络检波器的质量指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,频率失真,所谓频率失真（线性失真）是指由阻抗随频率变化的线性电抗元件电容、电感引起的失真。,如右图所示，检波器中存在检波电容C和隔直电容Cc两个电容。检波电容C用于跟踪调幅波包络变化，隔直电容Cc用于去除载波分量对应的直流输出。,对调制频率=