高频电路原理与分析精品课件第6章

1、第5章 频谱的线性搬移电路 第第6 6章振幅调制、解调与混频章振幅调制、解调与混频p6.1 6.1 振幅调制振幅调制p6.2 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调p6.3 6.3 混频混频p6.4 6.4 混频器的干扰混频器的干扰p思考题与习题思考题与习题第5章 频谱的线性搬移电路 第5章 频谱的线性搬移电路 p相关概念相关概念调制信号：调制信号：未受调制之前的原始信号。未受调制之前的原始信号。载波信号：载波信号：未受调制的高频振荡信号。未受调制的高频振荡信号。调制：调制：用调制信号去控制载波某个参数的过程。用调制信号去控制载波某个参数的过程。已调信号：已调信号：经调制后的高频振荡波。经调制后

2、的高频振荡波。解调：解调：从已调信号中取出原来的信息。从已调信号中取出原来的信息。调制信号调制信号载波载波已调信号已调信号第5章 频谱的线性搬移电路 p调制方式调制方式p调制的目的调制的目的振幅调制振幅调制 频率调制频率调制 相位调制相位调制模拟调制模拟调制 数字调制数字调制高频信号适于天线辐射和天线传播，实现信号的远距离传输高频信号适于天线辐射和天线传播，实现信号的远距离传输实现信道复用，提高信道利用率实现信道复用，提高信道利用率第5章 频谱的线性搬移电路 振幅调制振幅调制 利用调制信号去控制载波的振幅，使载波信号的振利用调制信号去控制载波的振幅，使载波信号的振幅按调制信号的规律变化。幅按调

3、制信号的规律变化。普通调幅方式（普通调幅方式（AMAM）Amplitude Modulation抑制载波的双边带调制（抑制载波的双边带调制（DSB-SCDSB-SC）其输出的已调信号称为调幅波其输出的已调信号称为调幅波Double Side Band-Suppressed Carrier其输出的已调信号称为双边带信号其输出的已调信号称为双边带信号( (DSB) )。抑制载波的单边带调制（抑制载波的单边带调制（SSB-SC）Single Side Band-Suppressed Carrier其输出的已调信号称为单边带信号其输出的已调信号称为单边带信号(SSB)(SSB)。第5章 频谱的线性搬移

4、电路 1 1、普通调幅波（、普通调幅波（AMAM）设载波电压为设载波电压为cosCCcuUt 调制电压为调制电压为cosuUt已调波信号的已调波信号的振幅振幅Um（t）为为( )( )cosmccCaUtUUtUk Ut（1 1）表达式与波形）表达式与波形6.1 6.1 振幅调制振幅调制通常满足通常满足c。调幅的原则：调幅的原则：高频载波的振幅随调制信号高频载波的振幅随调制信号u u (t)(t)成线性关系。成线性关系。第5章 频谱的线性搬移电路 ( )( )cos(1cos)mccCacUtUUtUk UtUmt ( )( )cos1coscosAMmcCcutUttUmtt 普通调幅波的表

5、达式：普通调幅波的表达式：m调幅度调幅度ka比例系数比例系数CaCCUk UmUU调幅度：调幅度：1mt01mt00tut0cut011m1时，称为过调幅。时，称为过调幅。 是调幅波的振幅，它反映了调制信号的是调幅波的振幅，它反映了调制信号的变化规律，称为变化规律，称为调幅波的包络调幅波的包络c1cos tUm（( )( )cos1coscosAMmcCcutUttUmtt m包络的振幅包络的振幅（Ucm）m调制程度越深调制程度越深调制程度越小调制程度越小包络的振幅包络的振幅（Ucm）第5章 频谱的线性搬移电路 (a)调制信号波形 t0uU(b)载波信号波形0 tucUc波形：(c)m1时调幅

6、波波形0uAMUcm(1-m)Uc(1+m)Uc包络Uc (1+mcost)maxminmaxminmaxmincUU(UU)mUU2U振幅（振幅（包络包络）表达式）表达式UAM=Uc(1+mcost)第5章 频谱的线性搬移电路 调制信号为连续频谱信号调制信号为连续频谱信号f(t)时，已调波表达式：时，已调波表达式：1( )cos()nnnnftUt1( )1cos()cos AMCnnncnutUmtt(b)uAM(t)f (t)tt(a)包络未调制00( )( )cos1( )cosAMmcCcutUttUmf tt 第5章 频谱的线性搬移电路 (1cos)coscoscoscosAMcc

7、ccccuUmttUtmt Ut 相加器相加器乘法器乘法器AMu常数常数cu u乘法器乘法器相加器相加器 uAMucuAM信号的产生原理框图信号的产生原理框图要完成要完成AMAM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。第5章 频谱的线性搬移电路 2 2、调幅波的频谱、调幅波的频谱tAMccccccu(t)U (1mcos )cos t11Ucos tmcos()tmcos()t22cccccc11U cos tm U cos()tm U cos()t22载波载波分量分量上边频上边频分量分量下边频下边频分量分量第5章 频谱的线性搬移电路 调制信号调制信

8、号c载波载波调幅波调幅波c+上边频上边频c-下边频下边频 AMut cccccc11U cos tm U cos()tmU cos()t22载波载波分量分量上边频上边频分量分量下边频下边频分量分量cUc1m U2c1m U2 带带宽宽是是调调制制信信号号的的2 2倍倍 : :即即或或：带带宽宽,hz2FF)(f-F)(fBWrad/s2)(-)(WBccAMccAM 第5章 频谱的线性搬移电路 （a a）语音频谱（）语音频谱（b b）已调信号频谱）已调信号频谱 振幅0(a)f / Hz3003 400振幅0(b)f / Hzfc 3 400fc 3 400fc在多频调制的情况下，各个低频频率分

9、量在多频调制的情况下，各个低频频率分量所引起的边频对组成了已调波的上下两个所引起的边频对组成了已调波的上下两个边带。边带。第5章 频谱的线性搬移电路 结论结论p 普通调幅波不是简单的余弦波，它包含有三个频率普通调幅波不是简单的余弦波，它包含有三个频率 分量：分量：载波载波 f fc c、上边频、上边频 f fc c+F+F、下边频、下边频 f fc c-F-Fp 载波分量不包含调制信号的信息，上下两个边频才携带载波分量不包含调制信号的信息，上下两个边频才携带调制信息，它们的振幅反映了调制信号的振幅大小。调制信息，它们的振幅反映了调制信号的振幅大小。p 调幅波从频谱的角度看，就是把低频调制信号的

10、频谱线性调幅波从频谱的角度看，就是把低频调制信号的频谱线性对称地搬移到高频载波的两边，故属于线性频谱变换。对称地搬移到高频载波的两边，故属于线性频谱变换。p 上下两个边频分量对称的分布在载波两边。上下两个边频分量对称的分布在载波两边。第5章 频谱的线性搬移电路 3 3、调幅波的功率、调幅波的功率22( )coscos()cos()AMCcCcCcmmutUtUtUt载波分量功率载波分量功率Lc2c21RUP 边频分量功率边频分量功率：L2c21SB2SB1)(21RUmPPLc2281RUmc241PmAMAM信号的平均功率信号的平均功率SB2SB1cAVPPPP)21 (2cmP第5章 频谱

11、的线性搬移电路 两个边频功率与载波功率的比值为两个边频功率与载波功率的比值为22m载波功率边频功率即便是在即便是在m=1m=1时，时，包含信息的边带功率包含信息的边带功率也只占总功率的也只占总功率的1/31/3，因此这种调幅方式效率很低，功率浪费大。因此这种调幅方式效率很低，功率浪费大。12结论：结论：调制信号的信息携带在上下边频中，载波本身不携调制信号的信息携带在上下边频中，载波本身不携带调制信息。因此在调幅的过程中，应尽量使调制系数带调制信息。因此在调幅的过程中，应尽量使调制系数m m大，以增大上下边带的功率，提高信号的传输能力，但不大，以增大上下边带的功率，提高信号的传输能力，但不能超过

12、能超过1 1 。怎么办？怎么办？第5章 频谱的线性搬移电路 双边带信号（双边带信号（DSBDSB）为什么要抑制载波？为什么要抑制载波？载波不携带信息载波不携带信息载波占据的功率多载波占据的功率多 调制信号调制信号c载波载波调幅波调幅波c+上边频上边频c-下边频下边频cUc1m U2c1m U2 DSBDSB能节省功率，但是不能节省带宽能节省功率，但是不能节省带宽第5章 频谱的线性搬移电路 DSBDSB表达式及波形表达式及波形 在调制过程中在调制过程中, ,将将载波抑制载波抑制就形成了抑制载波双边带信就形成了抑制载波双边带信号号, ,简称双边带信号。简称双边带信号。 用用载波载波和和调制信号调制

13、信号直接直接相乘相乘得到得到( )( )DSBcutkf t u若调制信号为单一正弦信号若调制信号为单一正弦信号u u = =U U coscost t调制时，调制时，( )coscos( )cosDSBCccutkU Uttg tt第5章 频谱的线性搬移电路 u0(a)uCtuDSB(t)0t(b)(c)t001800U(t) U cost相位在过零点突变相位在过零点突变180180度。度。包络正比于包络正比于|f(t)|第5章 频谱的线性搬移电路 DSBDSB信号与信号与AMAM信号相比，有如下特点：信号相比，有如下特点：p 包络不同包络不同。AM波的波的包络正比于调制信号包络正比于调制信

14、号f(t)波形，而波形，而DSB信号波形信号波形的包络正比于的包络正比于|f(t)|。pDSB信号的高频载波信号的高频载波相位在调制电压零交点相位在调制电压零交点处（调制电压正负交替处（调制电压正负交替时）要突变时）要突变180度度即即反相。反相。p功率利用率高于功率利用率高于AMAM。第5章 频谱的线性搬移电路 单边带信号（单边带信号（SSBSSB）引出思路引出思路DSBDSB信号的两个边带完全相同，为信号的两个边带完全相同，为节省带宽，节省带宽，可仅发送一个边带可仅发送一个边带调制前调制前调制后调制后第5章 频谱的线性搬移电路 ( )coscos1=coscos2DSBCcCccutkU

15、UttkU Utt（）DSBDSB信号信号如何得到如何得到SSBSSB信号？信号？滤波器滤波器当取上边带时当取上边带时( )cos()( )cos()SSBcSSBcutUtutUt当取下边带时当取下边带时uSSB信号为等振幅信号第5章 频谱的线性搬移电路 单边带调制时的频谱搬移单边带调制时的频谱搬移 0F(a)f0(b)ffcfc F0(c)f第5章 频谱的线性搬移电路 (1cos)coscoscoscosAMccccccuUmttUtmt Ut 相加器相加器乘法器乘法器AMu常数常数cu u乘法器乘法器相加器相加器 uAMucuAM信号的产生原理框图信号的产生原理框图第5章 频谱的线性搬移

16、电路 DSBDSB信号实现模型：信号实现模型：SSBSSB信号实现模型：信号实现模型：滤波法：滤波法：乘法器乘法器 uDSBucucu乘法器乘法器 u带通滤波器带通滤波器SSBu第5章 频谱的线性搬移电路 相移法：相移法：tttttccc)cos(sinsincoscoscu乘法器乘法器 uSSBu乘法器乘法器相移相移9090o o相移相移9090o o减法器减法器思考：取下边带思考：取下边带SSBSSB信号时，原理图如何改变？信号时，原理图如何改变？第5章 频谱的线性搬移电路 三种调幅的优缺点比较：三种调幅的优缺点比较：所占频带宽，能量利用率低，但实现所占频带宽，能量利用率低，但实现简单，因

17、此在广播系统中广泛的应用。简单，因此在广播系统中广泛的应用。能量利用率高，所占频带宽，但实能量利用率高，所占频带宽，但实现较复杂，较少采用。现较复杂，较少采用。能量利用率高，所占频带窄，节省发能量利用率高，所占频带窄，节省发射机功率，又节约频带，但发射机和射机功率，又节约频带，但发射机和接收机较复杂，在短波通接收机较复杂，在短波通 信中应用广信中应用广泛。泛。单边带调幅：单边带调幅：双边带调幅：双边带调幅：普通调幅普通调幅AMAM：第5章 频谱的线性搬移电路 三种振幅调制信号三种振幅调制信号 电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波cUc(1 mcost)cost载波抑制双边带调幅波载波抑制双

18、边带调幅波ccmU costcost单边带信号单边带信号ccmU cos()t2()ccmU cos(t2或或波形图波形图 频谱图频谱图 c0- c+ c1mU2 c- c+ c1mU2 信号信号带宽带宽,2F2 F2,2 F, c- c+ 第5章 频谱的线性搬移电路 1.在模拟乘法器上接入调制信号电压在模拟乘法器上接入调制信号电压Vcost和载波信号电压和载波信号电压Vccosct后后将产生：将产生： A)c B)2c C)2c D)频谱分量频谱分量 若需得到若需得到SSB信号还必须接入信号还必须接入: A)高通滤波器高通滤波器 B)低通滤波器低通滤波器 C)边带滤波器边带滤波器 2.一单音

19、频调制的普通调幅信号，其载波功率为一单音频调制的普通调幅信号，其载波功率为1kW，调幅系数为，调幅系数为0.3. （1）边频功率为）边频功率为: A)90W B)45W C)22.5W D)100W （2）平均功率为）平均功率为: ? A)1kW B)1.69W C)1.045kW D)2kW 3.当调制信号的频率从当调制信号的频率从1kHz增大到增大到2kHz，振幅从，振幅从1V降到降到0.5V时，时， （1）调幅波的调制指数从）调幅波的调制指数从Ma变到变到: ? A)0.5Ma B)0.1Ma C)不变不变 （2）调幅波的带宽变化到）调幅波的带宽变化到: A)2kHz B)8kHz C)4kHz第5章 频谱的线性搬移电路 4.已知下列数学表达式，指出它们分别是：已知下列数学表达式，指出它们分别是： (1)（1cost/2)cosct; A）普通调幅波）普通调幅波 B)双边带调制波双边带调制波 C)