高频电子线路(第二章))

1、高频电子线路第二章第二章 振幅调制、解调与混频振幅调制、解调与混频电路电路高频电子线路主要内容说明u2.1 2.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型振幅解调电路和混频电路的组成模型振幅解调电路和混频电路的组成模型u2.2 2.2 相乘器电路相乘器电路非线性器件的相乘作用及其特性非线性器件的相乘作用及其特性双差分对平衡调制器和模拟相乘器双差分对平衡调制器和模拟相乘器大动态范围平衡调制器大动态范围平衡调制器AD630AD630二极管双平衡混频器二极管双平衡混频器u2.3 2.3 混频电路混频电路通信接收机中的混频电路通信接收机中的混频电路二极

2、管混频电路二极管混频电路混频失真混频失真u2.4 2.4 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路振幅调制电路振幅调制电路二极管包络检波电路二极管包络检波电路同步检波电路同步检波电路高频电子线路什么是调制？u调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程调制的作用是把消息置于消息载体，以便传输和处理调制的作用是把消息置于消息载体，以便传输和处理解调是调制的逆过程，从消息载体中还原出原来的消息解调是调制的逆过程，从消息载体中还原出原来的消息u用来传送消息的载体用来传送消息的载体v vc c(t)(t)称为载波，消息称为载波，消息v v(t)(t)称为调制信号，调

3、制后称为调制信号，调制后的信号的信号v(t)v(t)称为已调信号称为已调信号用调制信号用调制信号v v (t)(t)控制载波控制载波v vc c(t)(t)的某些参数，使之随的某些参数，使之随v v (t)(t)的变化而变化，就的变化而变化，就可实现调制可实现调制高频电子线路为什么要调制u天线尺寸天线尺寸无线信道中传输信号时，利用电磁场在空间的传播，需要天线把电磁波发射和无线信道中传输信号时，利用电磁场在空间的传播，需要天线把电磁波发射和接收下来接收下来天线的尺寸和波长相关，如采用天线的尺寸和波长相关，如采用 /4/4天线，对于天线，对于3 3kHzkHz的声音信号，天线尺寸为的声音信号，天线

4、尺寸为2525kmkm，这是无法实现的，如果调制在这是无法实现的，如果调制在900900MHzMHz上，天线仅需上，天线仅需8 8cmcm，容易实现容易实现无线传输系统，调制是一个基本环节无线传输系统，调制是一个基本环节u调制可以将不同信号分在同一信道中传输而互不影响，例如分频复用调制可以将不同信号分在同一信道中传输而互不影响，例如分频复用u调制可以降低干扰对信号传输的影响，如扩频调制调制可以降低干扰对信号传输的影响，如扩频调制n调制可以实现有效地发射和有选择地接收调制可以实现有效地发射和有选择地接收高频电子线路调制分类u按调制信号按调制信号v(t)模拟调制、模拟调制、数字调制数字调制u按载波

5、按载波vc(t)脉冲调制、脉冲调制、正弦波调制正弦波调制、光强度调制、光强度调制u正弦波调制正弦波调制幅度调制、角度调制幅度调制、角度调制（频率调制、相位调制）（频率调制、相位调制）n 调制是一种非线性过程。载波被调制后将产生新的频率分量，调制是一种非线性过程。载波被调制后将产生新的频率分量， 通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带高频电子线路2.1 频谱搬移电路的组成模型2.1.1 振幅调制电路的组成模型u幅度调制（幅度调制（AMAM）是指载波的幅度随调制信号的变化规律而变化，而其角是指载波的幅度随调制信号的变化规律而变化，而其角频率和初

6、相位均为常数频率和初相位均为常数u幅度调制方式幅度调制方式普通（标准）幅度调制（普通（标准）幅度调制（Standard AM）双边带幅度调制（双边带幅度调制（Double SideBand AM）-抑制载波调幅（抑制载波调幅（Suppressed Carrier AM）单边带幅度调制（单边带幅度调制（Single SideBand AM）残留边带幅度调制（残留边带幅度调制（Vestigial SideBand AM）正交幅度调制（正交幅度调制（Quadrature AM）数字幅度调制（数字幅度调制（幅度键控，幅度键控，ASK）高频电子线路一、普通调幅信号及其电路组成模型u普通幅度调制是各种幅度

7、调制中最基本的一种普通幅度调制是各种幅度调制中最基本的一种由于在合理使用功率和占有频带宽度等方面，不如其他调幅方式优越，由于在合理使用功率和占有频带宽度等方面，不如其他调幅方式优越，其应用范围受到限制其应用范围受到限制u在关于幅度调制的性质以及调制与解调技术原理等方面，它还是在关于幅度调制的性质以及调制与解调技术原理等方面，它还是最基本的。最基本的。将幅度调制的共同问题，集中在普通幅度调制里说明，从不同角度说明将幅度调制的共同问题，集中在普通幅度调制里说明，从不同角度说明幅度调制信号的特性幅度调制信号的特性-数学表达式数学表达式-波形图波形图-频谱图频谱图-矢量图矢量图-功率在各频谱分量之间的

8、分配关系功率在各频谱分量之间的分配关系高频电子线路1. 1. 普通幅度调制的基本特性普通幅度调制的基本特性-1-1u数学表达式数学表达式 tVtvccmc cos ：载载波波 tVtvmcos：调调制制信信号号 ttVMtVttMVttVVttvVtvccmaccmcacmcmcmccmAM coscoscos coscos1 coscos cos ：调调幅幅信信号号n定义定义n波形波形n频谱频谱n调幅系数（调幅度）调幅系数（调幅度）n以单音调制为例以单音调制为例高频电子线路普通幅度调制的基本特性-2u波形图波形图 ttMVtvcacmAM coscos1 n在普通幅度调制中，为了不出现过调制

9、，要求在普通幅度调制中，为了不出现过调制，要求Ma 15 . 0 aM0 . 1 aM5 . 1 aM高频电子线路普通幅度调制的基本特性-3u频谱图频谱图 tVMtVMtVttMVtvccmaccmaccmcacmAMcos21cos21cos coscos1 c c c c c jVf jVc jVAM 下边频 上边频 m m c c c mc mc jV jVc jVAM 下下 边边 带带 上上 边边 带带 高频电子线路普通幅度调制的基本特性-4u矢量图矢量图 tVMtVMtVttMVtvccmaccmaccmcacmAM cos21cos21cos coscos1高频电子线路普通幅度调制

10、的基本特性-5u功率分配功率分配载波占有功率载波占有功率上边带功率上边带功率下边带功率下边带功率总功率总功率LcmcRVP221 caLcmausbPMRVMP4212122 tVMtVMtVttMVtvccmaccmaccmcacmAM cos21cos21cos coscos1caLcmalsbPMRVMP4212122 212aclsbusbctMPPPPPn 标准调幅波的有用信息包含在边带内，但一半以上功率却浪费在载波上：缺点标准调幅波的有用信息包含在边带内，但一半以上功率却浪费在载波上：缺点n 由于有大的载波，使得接收机可以使用简单而便宜的解调器电路：主要优点由于有大的载波，使得接收

11、机可以使用简单而便宜的解调器电路：主要优点高频电子线路例：调制指数和功率u有一标准有一标准AMAM波，未调制载波峰值电压为波，未调制载波峰值电压为1010V V，负载电阻为负载电阻为1010 ，调制指数为，调制指数为1 1，求载波，求载波和上下边带的功率；如果调制指数变化为和上下边带的功率；如果调制指数变化为0.50.5，载波和上下边带功率？，载波和上下边带功率？n 在保证不过调的情况下，要使用尽可能高的调制百分比在保证不过调的情况下，要使用尽可能高的调制百分比n 对于振幅最大的有用信号，标准对于振幅最大的有用信号，标准AM系统应保证其调制指数在系统应保证其调制指数在0.90.95之间之间 W

12、RVPLcmc51010212122 WPMPPcalsbusb25. 142 WPPPlsbusbtsb5 . 2 WPPPtsbct5 . 7 1 aM WRVPLcmc51010212122 WPMPPcalsbusb3125. 042 WPPPlsbusbtsb625. 0 WPPPtsbct625. 5 5 . 0 aM高频电子线路普通AM特性再讨论（1）u已调信号的幅度随调制信号而变化。因此，调幅信号已调信号的幅度随调制信号而变化。因此，调幅信号幅度的包络线幅度的包络线近似近似为调制信号的波形，只要能取出这个包络信号就可实现为调制信号的波形，只要能取出这个包络信号就可实现AMAM的

13、解调的解调 ttvVtvccmAM cos 高频电子线路普通AM特性再讨论（2）u普通调幅波的频谱由两部分组成。一部分是载波频谱，另一部分是平移至载波处调制信普通调幅波的频谱由两部分组成。一部分是载波频谱，另一部分是平移至载波处调制信号的频谱，幅度减半号的频谱，幅度减半u普通调幅信号所占的频带宽度为普通调幅信号所占的频带宽度为2 2 m m-调制信号频带宽度的两倍调制信号频带宽度的两倍u但从传递信息的角度看，普通调幅信号所占的频带宽度中有一半是多余的，因此，这种但从传递信息的角度看，普通调幅信号所占的频带宽度中有一半是多余的，因此，这种调幅方式在频率资源利用上是有缺点的调幅方式在频率资源利用上

14、是有缺点的用单边带调幅用单边带调幅 c mc mc jVAM 下下边边带带 上上边边带带 c mc jVSSB 上边带上边带 c mc jVSSB 下边带下边带 高频电子线路普通AM特性再讨论（3）u幅度调制是一种非线性过程，因为幅度调制是一种非线性过程，因为它将调制信号的各频率分量变换为载它将调制信号的各频率分量变换为载波频率与这些频率的和频和差频分量波频率与这些频率的和频和差频分量但这都是将信号的频谱在频率轴上平但这都是将信号的频谱在频率轴上平移，因此又称幅度调制为移，因此又称幅度调制为线性调制线性调制n 有新频率产生，一定是非线性过程有新频率产生，一定是非线性过程n 频谱只是在频率轴上进

15、行了简单的平移，没有结构上的变化，故称线性调制频谱只是在频率轴上进行了简单的平移，没有结构上的变化，故称线性调制 m m c c c mc mc jVf jVc jVAM 下边带 上边带 高频电子线路2.实现普通幅度调制电路组成模型u两种方案两种方案 ttvtVttvVtvcccmccmAM coscoscos n 幅度调制其实是一个变频过程，即两个信号相乘幅度调制其实是一个变频过程，即两个信号相乘易于控制调制指数易于控制调制指数态态相乘器处于差动平衡状相乘器处于差动平衡状高频电子线路1.（抑制载波的）双边带调幅u从信息传输的角度看，载波是多余的，并且普通从信息传输的角度看，载波是多余的，并且

16、普通AMAM载波的功率占了总载波的功率占了总功率的一半以上，对充分利用发射机功率是不利的功率的一半以上，对充分利用发射机功率是不利的采用抑制载波调幅采用抑制载波调幅 ttvtvcDSB cos ccDSBjVjVjV 2121 c mc mc jVAM 下边带 上边带 c mc mmc c jVDSB 下边带下边带 上边带上边带 二、双边带和单边带调制电路组成模型高频电子线路波形图-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1-0.

17、8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81高频电子线路DSB AMDSB AM的性质的性质u已调信号的幅度随调制信号的变化而变化，但其包络不能反映调制信号的形已调信号的幅度随调制信号的变化而变化，但其包络不能反映调制信号的形状状调制信号正值时的载波相位与调制信号负值时的相位是反相的（差调制信号正值时的载波相位与调制信号负值时的相位是反相的（差180 ）不能使用包络检波，只能采用同步检波（相干解调）不能使用包络检波，只能采用同步检波（相干解调）抑制载波调幅不含固定的载波分量，如果调制信号的平均值

18、不为抑制载波调幅不含固定的载波分量，如果调制信号的平均值不为0，将会出现，将会出现载漏现象载漏现象 ttvtvcDSB cos -2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5高频电子线路DSB AM的实现u乘法器实现乘法器实现模拟乘法器模拟乘法器环行乘法器环行乘法器带通滤波器带通滤波器)(tv tVtvcmc cos)( )(tvDSB高频电子线路D

19、SB AM的解调u由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形，因而也不能应用由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形，因而也不能应用峰值包络检波方法。对包络不能反映调制信号变化规律的调幅信号，只能使用同峰值包络检波方法。对包络不能反映调制信号变化规律的调幅信号，只能使用同步解调方法步解调方法低通滤波器低通滤波器)(tvDSB)(tvp)(tvDn同步解调的关键在于产生出和载波信号同频同相的本地载波信号同步解调的关键在于产生出和载波信号同频同相的本地载波信号)(tvc22cos1)()(cos(coscos)(cos)(2ttvttvtttvttvcccccDSB 高频电子线路

20、本地载波的产生DSBv平方器平方器带通滤波器带通滤波器分频器分频器1v2vcv ttvvtvcDSB 2221cos ttvtvc 2cos2122 高频电子线路2. 单边带调幅u双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波分量，因而可以有效地利用发射机的功率传递分量，因而可以有效地利用发射机的功率传递信息信息但它是双边带信号，所占带宽仍为调制信号最高但它是双边带信号，所占带宽仍为调制信号最高角频率的两倍角频率的两倍从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就够了，只传送一个边带的调幅信号称为单边调幅，够了，只传送一个边带

21、的调幅信号称为单边调幅，可以选择上边带也可以采用下边带单边带调幅，可以选择上边带也可以采用下边带单边带调幅，简记为简记为SSBAMSSBAMu单边带调幅既可充分利用发射机的功率又节单边带调幅既可充分利用发射机的功率又节省占有频带省占有频带所以，它是传输信息的最佳调幅方式所以，它是传输信息的最佳调幅方式但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复杂杂 c mc mc jVDSB 下边带下边带 上边带上边带 c mc jVSSB 上上边边带带 c mc jVSSB 下下边边带带 高频电子线路用滤波法实现单边带调幅u对滤波器要求甚高，尤其是调制信号中的低频很低

22、时对滤波器要求甚高，尤其是调制信号中的低频很低时带通滤波器带通滤波器t costc cos tc cos tc cos tc cos tc cos或 f cf minFfc minFfc cfFmin2 HzF300min MHzfc10 %006. 0 kHzfc100 %6 . 0 高频电子线路用移相法实现单边带调幅 ttvttvtvccSSB sin21cos21 - /2- /2 tv tv tc costc sin ttvc cos ttvc sin tvSSBn宽带移相器在很宽的频带上要求移动相同的相位，很难制造宽带移相器在很宽的频带上要求移动相同的相位，很难制造高频电子线路对单音

23、调制的数学分析：对单音调制的数学分析：tVVAtvtvtVVAtvtvtvttVVAttVVAtvttVVAttVVAtvccmmMooccmmMooocccmmMccmmMocccmmMccmmMo)cos()()()cos()()()()cos()cos(21sinsin)()cos()cos(21coscos)(212121高频电子线路对复杂信号调制：对复杂信号调制：高频电子线路2.1.2 振幅解调和混频电路的组成模型一、振幅解调电路u调幅信号的解调就是从调幅信号中取出调制信号，它是调幅的逆过程调幅信号的解调就是从调幅信号中取出调制信号，它是调幅的逆过程u标准调幅波的解调方法分为两类标准

24、调幅波的解调方法分为两类相干解调相干解调-频谱平移，用频谱平移，用同频同相的本地载波同频同相的本地载波与调制信号相乘，如用模拟相乘器实现与调制信号相乘，如用模拟相乘器实现非相干解调非相干解调-利用非线性器件本身的非线性实现解调利用非线性器件本身的非线性实现解调小信号平方律解调小信号平方律解调大信号峰值包络解调大信号峰值包络解调 利用标准调幅波幅度包络变化就是调制信号变化的规律来实现利用标准调幅波幅度包络变化就是调制信号变化的规律来实现解调解调n解调电路也称检波器解调电路也称检波器高频电子线路相干解调u相干解调是将调幅信号与一本地载波信号相乘以得出调制信号分量相干解调是将调幅信号与一本地载波信号

25、相乘以得出调制信号分量这个本地载波信号是在接收设备内产生的，并且与调幅信号中的载波相干，或者这个本地载波信号是在接收设备内产生的，并且与调幅信号中的载波相干，或者说是同步的，即本地载波与调幅信号中载波的频率相同，二者的相位也应相同或说是同步的，即本地载波与调幅信号中载波的频率相同，二者的相位也应相同或有很小的相位差，所以这种解调方法又称同步解调有很小的相位差，所以这种解调方法又称同步解调低通滤波器低通滤波器)(tvAM)(tvp)(tvc )(tvD高频电子线路相干解调的数学分析 低低通通滤滤波波器器 )(tvAM)(tvp)(tvc)(tvD ttvVtvccmAM cos ：调调幅幅信信号

26、号 ttvcccos：本本地地载载波波信信号号 ttvVtvVtttvVtvtvtvccmcmcccmcAMp2cos21cos21 coscos ：相相乘乘器器输输出出 cos21tvVtvcmD ：滤滤波波器器输输出出n 相角相角 直接影响解调输出直接影响解调输出n 产生和载波同频同相的本地载波是相干解调的关键问题产生和载波同频同相的本地载波是相干解调的关键问题高频电子线路非相干解调u利用非线性元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换来实现调幅利用非线性元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换来实现调幅波的解调波的解调它不需要本地载波作为相干信号，因此称之为非相干解调它不需要本地载波作为相

27、干信号，因此称之为非相干解调u非相干解调方法非相干解调方法小信号平方律检波小信号平方律检波大信号峰值包络检波大信号峰值包络检波-当载波频率比调制信号的最高频率高得多时，调幅信号幅度的包络线近似为调制信当载波频率比调制信号的最高频率高得多时，调幅信号幅度的包络线近似为调制信号的波形。因此，只要能取出这个包络信号就可实现解调号的波形。因此，只要能取出这个包络信号就可实现解调mc 100 高频电子线路二、 混频电路u混频电路又称变频电路（混频电路又称变频电路（Mixer,Convter)Mixer,Convter)是实现信号频谱线性变换的一种电路，是实现信号频谱线性变换的一种电路，它完成频谱在频率轴

28、上的搬移。它完成频谱在频率轴上的搬移。u是超外差接收机的重要组成部分。是超外差接收机的重要组成部分。u混频器产生输入信号频率与控制信号频率的和频与差频，取其一为输出信号混频器产生输入信号频率与控制信号频率的和频与差频，取其一为输出信号输出信号频率小于输入信号频率，称为输出信号频率小于输入信号频率，称为下变频器下变频器(Down(DownConvertorConvertor）（取差频）；输出信号频率大于输（取差频）；输出信号频率大于输入信号频率，称为入信号频率，称为上变频器（上变频器（UpUpConvertorConvertor）（取和频）（取和频）高频电子线路混频电路的作用u两个输入电压两个输

29、入电压, ,输入信号输入信号v vs s和本地振和本地振荡信号荡信号v vL L, ,其工作频率分别为其工作频率分别为f fc c和和f fL L输输出信号为出信号为v vI I, ,称为中频信号称为中频信号, ,其频率是其频率是f fc c和和f fL L的差频或和频的差频或和频, ,称为中频称为中频f fI I, , f fI I= =f fL L+ +f fc c或或 fI= fc fL（ fc fL) fLfc（ fcfL)高频电子线路实现模型tVtvttvkVtvLLmLcasmscos)(cos)()(0高频电子线路小结u振幅调制、解调与混频都属于振幅调制、解调与混频都属于频谱搬移

30、电路频谱搬移电路，都可以用乘法器和滤波，都可以用乘法器和滤波器组成的模型来实现。器组成的模型来实现。u乘法器乘法器的作用就是将输入信号频谱不失真的搬到参考信号频率两边。的作用就是将输入信号频谱不失真的搬到参考信号频率两边。u滤波器滤波器是取出有用分量，抑制无用分量是取出有用分量，抑制无用分量高频电子线路2.2 相乘器电路u4.2.1 非线性器件的相乘作用及其特性非线性器件的相乘作用及其特性u4.2.2 双差分对平衡调制器和模拟相乘器双差分对平衡调制器和模拟相乘器u4.2.3 大动态范围平衡调制器大动态范围平衡调制器AD630u4.2.4 二极管双平衡混频器二极管双平衡混频器高频电子线路2.2

31、模拟相乘器u4.2.1 4.2.1 模拟相乘器的基本概念模拟相乘器的基本概念u4.4.2.2 2.2 差分对模拟相乘器电路差分对模拟相乘器电路u4.4.2.3 2.3 模拟相乘器的功能和应用模拟相乘器的功能和应用高频电子线路2.2.1 非线性器件的相乘作用及其特性!)()(!1)!( !)(.)(.)()( )(21000212122122110nvfdvvfdnavvamnmnvvavvavvavvaainVvnnnmmnnnnmnnnnnQ ：其中其中)(vfi 一、非线性器件相乘作用的一般分析一、非线性器件相乘作用的一般分析1.非线性器件的伏安特性非线性器件的伏安特性,可用下面的非线性函

32、数来表示可用下面的非线性函数来表示: v为加在非线性器件上的电压。一般情况下为加在非线性器件上的电压。一般情况下,vvQ+v1+v2,其中其中vQ为静态工作点为静态工作点,v1和和v2为两个输入电压为两个输入电压用泰勒级数用泰勒级数展开得：展开得： 响应电流中出现响应电流中出现2a2v1v2项（对应于项（对应于m1，n2的展开项）的展开项）高频电子线路作用再非线性器件上两个电压均为余弦信号：21, qpqp tVvtcomVvmm222111cos, i中包含下列频率通式表示得众多组合频率分量:产生规律:（pq）为偶数 的组合频率分量均是由级数中n(pq）各偶次方项产生的，（pq）为奇数的组合

33、频率分量均是由级数中n(pq）各奇次方项产生的，高频电子线路为了实现理想的相乘运算（减少无用得高阶相乘项及其产生得组合频率分量），要从三个方面考虑:（1）从非线性器件的特性考虑）从非线性器件的特性考虑 选择合适得静态工作点选择合适得静态工作点（2）从电路考虑）从电路考虑 采用平衡电路采用平衡电路 ，采用补偿或负反馈，采用补偿或负反馈（3）从输入信号的大小考虑。）从输入信号的大小考虑。 减小减小v1，v2高频电子线路二、线性时变状态u变换电流变换电流i为为v2的幂级数：的幂级数：.!2)!2( 22021201101 vvannvvnavainnnnnnnnnu为为if（VQv1v2）在（）在（

34、VQv1）上对）上对v2的泰勒级数展开式的泰勒级数展开式 0211011101122121121)!2()()( )(.)(! 2)( )()( nnnQnnnQnnnQQQQQvannvVfvnavVfvavVfvvVfnvvVfvVfvvVfi 忽略忽略v2的二次方及其以上各次的二次方及其以上各次方项方项高频电子线路i与v2之间的关系是线性的，系数是时变的，称这种器件的工作状态为线性时变状态时变增量电流时变增量电流211)( )( vvVfvVfiQQ 时变增量电导时变增量电导)(10vI)(1vg1)(nt tcos)(1 t)(21.tcosgtcostcos()( 111110221

35、101m11 dnvggdvggggVgvgn其中：其中：）uV1v1mcos1t时，时，g（v1）的傅立叶级数展开式为：）的傅立叶级数展开式为：高频电子线路构成频谱电路时，易于用滤波器取出有用分量构成频谱电路时，易于用滤波器取出有用分量）均均远远离离上上下下边边频频分分量量，其其它它无无用用分分量量（的的上上下下边边频频分分量量。有有用用分分量量为为，构构成成振振幅幅调调制制电电路路时时：.32cos)(cos)()(21 cccmccmcctVtvvtVtvv V2v2mcos2t，g（v1）与）与V2相乘，产生的新的频率分量的频率通式为：相乘，产生的新的频率分量的频率通式为：21, pq

36、pIcLcLcLIcLcsmsLLmLtVtvvtVtvv ）均均远远离离，其其它它无无用用分分量量（有有用用分分量量为为，构构成成混混频频电电路路时时：.32,cos)(cos)(21 高频电子线路例.二极管电路u引入开关函数，其傅立叶级数展开式为引入开关函数，其傅立叶级数展开式为导通区的斜率为：导通区的斜率为：gD1/RDI0(v1) = I0 (t)为半周期余弦脉冲序列为半周期余弦脉冲序列g(v1)=g(t)为矩形脉冲序列为矩形脉冲序列u加在其上的电压：加在其上的电压：v1V1mcos1t足够的大时，足够的大时，轮流工作在导通和截止区；其伏安特性可用自原轮流工作在导通和截止区；其伏安特性

37、可用自原点转折的两段折线近似。点转折的两段折线近似。 1111111)12cos()12(2)1(21.3cos32cos221)(nntnntttK 高频电子线路则则I0（t）和）和g（t）可分别表示为：）可分别表示为：u右图所示电路中，右图所示电路中，v2足够小时足够小时:)()cos()()()()cos()()(11111111110100tKgtVgvgtgtKvgtVIvItIDmDm )()()()(112120tKvvgvtgtIiD 高频电子线路高频电子线路特点：不必限制v2的大小高频电子线路2.2.1小结：u两种相乘模式：两种相乘模式：直接将直接将v1和和v2相乘（模拟相乘

38、器）相乘（模拟相乘器）-频谱搬移电路，信号处理电路频谱搬移电路，信号处理电路将将v2与经过线性变换的与经过线性变换的v1相乘相乘-主要应用于频谱搬移电路中主要应用于频谱搬移电路中高频电子线路2.2.2 双差分对平衡调制器和模拟相乘器 u差分对电流关系差分对电流关系 1T 2T 1i 2i 0I v TvvIii2th021 mVqkTvT26 一、双差分对平衡调制器高频电子线路1.单差分对相乘电路YYeebeEEeEEbeYBvAvRRvVRVvvI 1 )(330TXYTXvvBvAvvIiii2th)( 2th021 1T 2T 1i 2i 0I Xv 3T eR Yv EEV 高频电子线

39、路小信号输入u当输入为小信号时，输出中出现相乘项当输入为小信号时，输出中出现相乘项u同时，也存在非相乘项同时，也存在非相乘项TXYvvBvAi2th)( 12TXvvTXTXvvvv22th YXTXTTXYvvvBvvAvvBvAi222th)( -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.812 . 02 TXvv%)10( TXvv高频电子线路大信号输入u当输入为大信号时，双曲正切被余弦信号激励后，成为双向开关信号当输入为大信号时，双曲正切被余弦信号激励后，成为双向开关信号TXYvvBvAi2th)( 12T

40、Xmvv12th TXmvv tKBvAvtVBvAiXYTXXmY 2)(2costh)( -5-4-3-2-1012345-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 .5cos543cos34cos4 121112 ttttKtKtKtKXXXXXXX 32 TXvv%)10( 3 TXvv高频电子线路2.双差分对相乘器u吉尔伯特（吉尔伯特（GilbertGilbert，19681968）乘法器）乘法器单元电路，是大多数单元电路，是大多数集成相乘器的核心部分集成相乘器的核心部分u利用双差分对，将单差分对中出现的非相乘项消除，以获利用双差分对，将单差分对中出现的非相乘项

41、消除，以获得理想的相乘器功能得理想的相乘器功能u对该电路进一步的改进，可以扩展两个输入信号的线性输对该电路进一步的改进，可以扩展两个输入信号的线性输入范围入范围高频电子线路1T2T3T4T5T6T7T8TXvYvOv1CR2CR3R2R1R1Ci2Ci3Ci4Ci5Ci6Ci7Ci8Ci08787,IiiTTCC ：构成一个恒流源构成一个恒流源TYCCvvthIiiTT2,06565 ：差差分分对对TXCCCvvthiiiTT2,52121 ：差差分分对对TXCCCvvthiiiTT2,63443 ：差分对311CCCiiI 1CI422CCCiiI 2CI111CCCCCRIVV 222CC

42、CCCRIVV CCCCCORIIVVv2112 TXCCCCCCCCOvvthiiRiiiiRv2654321TYTXCOvvthvvthIRv220 CCVEEV1CV2CV高频电子线路两个输入均为小信号u实现了两个输入电压的线性相乘实现了两个输入电压的线性相乘输出电压中仅含有输出电压中仅含有 X XY Y频率分量频率分量u动态范围太小动态范围太小u增益系数和温度增益系数和温度T T有关有关TYTXCOvvthvvthIRv220 YXTCOvvvIRv204 mVvvvTYX26, 202024 kTqIRvIRKCTC高频电子线路一个大信号，一个小信号u大信号使得晶体管工作于开关状态大

43、信号使得晶体管工作于开关状态u作为混频器，其输出电压大小与大信号的幅度无关，与小信号成作为混频器，其输出电压大小与大信号的幅度无关，与小信号成正比正比u小信号的线性范围很小小信号的线性范围很小TYTXCOvvthvvthIRv220 tKvvIRvYXTCO 202 ttvvIRtvvIRvYXXmTCYXTCO coscos2cos4200 高频电子线路两个输入均为大信号u两个输入的差分对管均处于开关状态两个输入的差分对管均处于开关状态u输出电压与两个输入信号的幅度均无关，输出电流中含有输出电压与两个输入信号的幅度均无关，输出电流中含有 X X和和 Y Y的各奇次谐波组合频率分量的各奇次谐波

44、组合频率分量(2(2m-1)m-1) X X (2n-1)(2n-1) Y Y，其中，其中， X XY Y为为v vX X和和v vY Y相乘的频率分量相乘的频率分量TYTXCOvvthvvthIRv220 tKtKIRvYXCO 220 高频电子线路3.通用型相乘器u作为通用相乘器，作为通用相乘器，GilbertGilbert相乘器有如下缺点相乘器有如下缺点小信号输入动态范围小小信号输入动态范围小电路的温度稳定性差电路的温度稳定性差u为了克服上述缺点，需要在电路上采取措施为了克服上述缺点，需要在电路上采取措施线性电压线性电压- -电流变换电流变换反双曲正切函数变换反双曲正切函数变换高频电子线

45、路 5656056056656566552h2 iRiIvRiRIiarctvRiivvRivRivveTeeTeCCbebeeCbeeCbeY 用电阻负反馈实现线性电压-电流变换5Ci6Ci0I5T6TYveReRTYCCvvthIiiiTT2,0655665 ：差差分分对对eYCCRviii 6556TYTeTYTevivIvRvivIvR20201010560560 压压范范围围大大约约为为呈呈现现线线性性关关系系的的输输入入电电与与时时当当压压范范围围大大约约为为呈呈现现线线性性关关系系的的输输入入电电与与时时当当，高频电子线路电阻负反馈的等价形式5T5T6T6T0I021IIY Yv

46、YveYRR2 eReR5Ci6Ci51CYCii 62CYCii 021IIY 线性电压电流变换器 ePPRRII2210, Pv PCi1 PCi2 PPPPCPPPPCPPePPCPCPPCPCRvIiRvIiRvRviiIIii 2121021 22eYCCRviii 6556PPPCPCPRviii221 高频电子线路反双曲正切函数变换 线性电压电流变换器线性电压电流变换器 ePPRRII2,210 Pv PCi1 PCi2Pv 1D 2D CCV PPPPCPPPPCRvIiRvIi 21 SPTDSPTDvvSPvvSPIivvIivveIieIiCCTDCTDC212211ln

47、 ln 21 PPTDDPCCiivvvv21ln21 PPPTPPPPPPTPPPPPPTPRIvarctvRIvRIvvRvIRvIvvh2 11lnln 高频电子线路5.XFC1596集成平衡调制器高频电子线路XFC1596 单电源典型应用举例高频电子线路二.双差分对模拟乘法器u1.电路组成原理电路组成原理656556552265062650516431521ln2222iiVvvvvvvvRvvIiRvvIiVvthiiiVvthiiiTEEBEEEBEEEEEEETT 1111111111000002h2 2121ln22lnETEETPETRIvarctvRIvRIvvRvIRvI

48、vv 高频电子线路当RE2较大时忽略上式第二项：TTEEVvthiiiVvthiiiRvIiRvIi22221643152122062205 TECCVvthRvRRiiiiv22)()(12243210 高频电子线路11102h2ETRIvarctvv 21210211220422vvARRIvvRVvthRvRvMEECTEC 得相乘器的输出电压为：高频电子线路1）模拟相乘器的基本概念u模拟相乘器是完成两个模拟信号瞬时值相乘功能的电路或器件模拟相乘器是完成两个模拟信号瞬时值相乘功能的电路或器件 MxyA tvX tvY tvO tvX tvY tvX tvY tvO tvO tvtvAtv

49、YXMO 2.集成模拟相乘器高频电子线路线性与非线性u模拟相乘器本质上是一个非线性器件模拟相乘器本质上是一个非线性器件产生了新的频率分量产生了新的频率分量u模拟相乘器可以做为线性器件和时变参量器件模拟相乘器可以做为线性器件和时变参量器件如果其中一个输入为直流，则可视为线性器件如果其中一个输入为直流，则可视为线性器件如果其中一个输入为控制信号，则可视为是时变参量器件如果其中一个输入为控制信号，则可视为是时变参量器件 tVtvXXmX cos tVtvYYmY cos ttVKVtvtKvtvYXYXYmXmYXO coscos21 tvKVtvXYO tvtKvtvXYO 高频电子线路2）四象限工作）四象限工作 I 0, 0 YXvv 0 Ov II 0, 0 YXvv 0 Ov III 0,0 YXvv 0 Ov IV 0, 0 YXvv 0 Ov Yv Xv O 高频电子线路3）模拟相乘器的功能u相乘产生和差频相乘产生和差频混频、调制、解调、倍频混频、调制、解调、倍频u还可实现乘、除、平方、开方等运算功能还可实现乘、除、平方、开方等运算功能21RvKvRvOYX YXOvvKRRv12 Ov 0