高频电子电路振幅调制解调及混频

1、5.1 振幅调制1 什么是振幅调制？什么是振幅调制？2 为什么要进行振幅调制？为什么要进行振幅调制？3 如何进行振幅调制？如何进行振幅调制？定义：定义：信号信号分类分类 载波信号：（等幅）高频振荡信号载波信号：（等幅）高频振荡信号:正弦波正弦波 正弦波正弦波 )cos( tUuccc调制信号：调制信号：需要传输的信号需要传输的信号（原始信号）（原始信号） 语言语言图像图像 tUu cos密码密码已调波信号（已调波）：经过调制后的高频信号（已调波信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号射频信号）5.1.1什么是什么是 振幅调制振幅调制休息1休息2 (1) 调制：调制：用调制信号去控制载波信

2、号的某一个参量的过程用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 （2）振幅调制：由）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅调制信号去控制载波振幅，使，使已调波信号的振已调波信号的振 幅幅 随调制信号线性变化。随调制信号线性变化。5.1.2为什么要进行振幅调制为什么要进行振幅调制发射天线发射天线的尺寸太大的尺寸太大波长波长=c (c为光速为光速)，天线的尺寸，天线的尺寸L /4。比如：某语音信号的频率比如：某语音信号的频率f =2020KHz ，属于低频信号；，属于低频信号；音频信号的波长音频信号的波长=15Km15000Km，接收音频信号所需的天线的接收音频信号所需的天线的 长度长度L= /4=

3、3.75km-3750km，现实中无法制造如此长度的天线。现实中无法制造如此长度的天线。 再比如：当前手机传输的再比如：当前手机传输的4G信号的频率是信号的频率是2.3GHz，属，属于高频信号，于高频信号，4G信号的波长信号的波长=0.13m，接收，接收4G信号所信号所需的天线的需的天线的 长度长度L= /4=0.032m.所以，要想让手机接收到人说话的语音信号，必须把所以，要想让手机接收到人说话的语音信号，必须把该语音信号加载到该语音信号加载到4G信号上，才能实现远距离传播。信号上，才能实现远距离传播。（1） 设：载波信号：设：载波信号： tUuccc cos 调制信号：调制信号： tUu

4、cos那么调那么调 幅信号（已调波）可表达为：幅信号（已调波）可表达为： ttUucmAM cos)( 由于由于调调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：，即有： tUkUtUacm cos)(，式中，式中ak为比例常数为比例常数即：即： )cos1()cos1()(tmUtUUkUtUaccacm 式中式中ma为调制为调制 度，度， caaUUkm 常用百分比数表示。常用百分比数表示。ttmUucacAM cos)cos1( 1. 调幅波的数学调幅波的数学表达式表达式 返回5.1.3如何进行振幅调制？如何进行振幅调制？休息1休息2 波形特点：波形特点： （

5、1）调幅波的振幅（包络）变化规律）调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一致与调制信号波形一致 (2) 调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱程度反映了调幅的强弱程度， 可以看出：可以看出： caUUUmminmax21 一般一般m值越大调幅越深：值越大调幅越深： ttmUucacAMcos)cos1()cos1()(tmUtUacmtUuccc cos tUu cos)1 (maxacmUU cU)1 (minacmUU 实实际际电电路路中中必必须须避避免免包包络络失失真真过过调调幅幅时时百百分分之之百百最最大大调调幅幅时时未未调调幅幅时时,1)(10aaammm返回休息1休息21ma 1m

6、a 仿真仿真2 振幅调制信号的波形振幅调制信号的波形 tmtmtUttmUucacacccacAM)cos(21)cos(21coscos)cos1( 含含传传输输信信息息下下边边频频分分量量含含传传输输信信息息上上边边频频分分量量不不含含传传输输信信息息载载波波分分量量:)(ccc 可见可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量： 3、调幅波的频谱、调幅波的频谱 调制信号调制信号c载波载波调幅波调幅波返回c +上边频上边频caUm21c - 下边频下边频caUm21cU 由于：由于：tUtmtUttmUuccacccacAM co

7、scoscoscos)cos1( 相加器相加器 乘法器乘法器AMu直流直流cu u 乘法器乘法器 相加器相加器 uAMucu5.1.4 如何实现振幅调制如何实现振幅调制可见可见要完成振幅调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。要完成振幅调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。仿真仿真返回振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。如下图所示的电路设如下图所示的电路设:tUumcostUuccmccosmcmUUdddutSgi)( dLdLdLutSZgZiu)( 0001)(ccuutStUtUuccmmd coscos 且且

8、 则回路电流则回路电流: LddZrg 1而而 采用采用 二极管调幅电路二极管调幅电路 tUtUttZguccmmccLdL coscos.3cos32cos221 的频谱成份的频谱成份：di ccnn 122 ,0 c 2 c 3 c仿真仿真 c c 返回休息1 休息2B=2VDusuc+- -+- -RLLCid+- -uL+- -udZLLddoRrg 15.1.4 如何实现振幅调制如何实现振幅调制如果选频回路工作在如果选频回路工作在 c 2B处，且带宽为处，且带宽为 而谐振时的负载电阻为而谐振时的负载电阻为RL，则输出电压，则输出电压 为：为： ttmUttUURUgttRUgtRUg

9、tucccmmLcmdoccLmdoLcmdoL coscos1coscos4121coscos1cos21)(00 为一个振幅调制信号为一个振幅调制信号 上半部分与下半部分电路上半部分与下半部分电路对称其等效电路如右图所示。对称其等效电路如右图所示。 1 电路结构：电路结构：(2)二极管平衡电路二极管平衡电路 2 工作原理分析：工作原理分析：设：设： mcmccmcmUUtUutUu 且且 coscos 22211121)()()()()()(ddddddcdcdutSgiutSgitutuututuu式中式中 LdddRrgg2121 而而 0001)(ccuutSLdLLdLRiuRiu

10、22112;2 )()(4)(2)(2212121tutSgRuutSgRiiRuuudLdddLddLLLL 继续反回仿真仿真休息1 休息2tUttgRumccdLL cos.3cos32cos2214 的频的频Z谱成份：谱成份：Lu ,.)2 , 1 , 0()12(nnc c+ c-3c+3c-如果上半部分与下半部分谐振回路谐振在频率如果上半部分与下半部分谐振回路谐振在频率c处，且带宽处，且带宽B=2 ，谐振时，谐振时的负载阻抗的负载阻抗ZL=2RL，则实际输出电压，则实际输出电压uL为：为：ttURgu coscos4mLdLc T2的初、次级匝比为的初、次级匝比为2:1，T2的次级输

11、的次级输出电压为：出电压为： ttUttURguuLcc coscoscoscos221mLdL 能实现能实现DSB调幅信号的调幅。调幅信号的调幅。 在在AM调制过程中，如果调制过程中，如果将载波分量抑制将载波分量抑制就形成就形成抑制抑制载波的双边带信号载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以，简称双边带信号，它可以用载波和调制用载波和调制信号直接相乘得到信号直接相乘得到，即：，即： ttUkUttUkUucccDSB)cos()cos(21coscos00 nncnnncnccnnncDSBtUtUkUttUkUu)cos()cos(21coscos 调制信号为单一频率信号调制信号为单一频率

12、信号： 调制信号为限带信号的调制调制信号为限带信号的调制： )()(tutkuucDSB 5.2.2双边带双边带( double sideband DSB)调幅调幅信号信号 、 数学表达式数学表达式返回休息1 休息22. 波形与频谱波形与频谱5.2.2双边带双边带( double sideband DSB)调幅调幅信号信号 tU cos(1) DSB信号的包络正比于调制信号信号的包络正比于调制信号 (2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，因此严

13、格地说，DSB信号已非单纯的振信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。(3) DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于用率高于AM波。波。maxmax22FB (4) 占用频带占用频带 调制信号调制信号 载波载波c 上边频上边频下边频下边频仿真仿真返回休息1 休息2 ttUkUtucccDSB)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)( 单单边带边带(SSB)信

14、号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的表示式边带部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的表示式为：为：上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号5.2.3 单边带单边带( single sideband SSB)信号信号 返回休息1 休息21. SSB信号的信号的性质性质 在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（功率和带宽效率，常采用单边带（SSB）调制系统）调制系统 max 限带限带信号信号c c载波载波c c-

15、-max 下边频带信号下边频带信号 c c+max上边频带信号上边频带信号c c+maxc c- -max ttUkUtucccDSB)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)( 由由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，如：如：上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号2. 单边带调幅信号的实现单边带调幅信号的实现 上边带滤波器上边带滤波器SSBUu下边带滤波器下边带滤波器SSBLu乘法乘法 器器 ucuDSBu返回休息1 休息2(1) (1)

16、 滤波法滤波法 有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法 ：下边频带信号下边频带信号DSB信号信号c c- -max c c+max上边频带信号上边频带信号c c+maxc c- -max 另外由三角公式：另外由三角公式： (2) 相移法相移法 ttUttUtuccSSBU sinsincoscos)( ttUttUtuccSSBL sinsincoscos)( 利用上三角公式的实现电路如下图所示：利用上三角公式的实现电路如下图所示：tU cosSSBUuSSBLutUcc cos乘法乘法 器器乘法乘法 器器00相移相移00相移相

17、移加法加法 器器减法减法 器器tUcc sintU sin返回休息1 休息2仿真仿真 移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对某一固定的单频率信号移相某一固定的单频率信号移相900，从而回避了难以在宽带内准，从而回避了难以在宽带内准确移相确移相900的缺点。的缺点。 (3) 移相滤波法移相滤波法 移相滤波法实现单边带调幅的电路框图移相滤波法实现单边带调幅的电路框图 返回休息1 休息2u=sintu =sin1t单频信号单频信号uc =sinct载波载波u1 = sint sin 1tu2 = sint cos 1tu3 = cos(1- -)tu4 = sin (1- -)tu5 = cos(1- -)t sin ctu 6 = sin (1- -)t cos ct+乘法器乘法器900移相移相低通滤波低通滤波乘法器乘法器低通滤波低通滤波乘法器乘法器900移相移相乘法器乘法器相加器相加器相减器相减器- -u5 + u 6u5 - - u 6相加器相加器输出电压：输出电压：u SSBL = u 5+ u 6= sin (c+ 1)-t = sin c1-t 相减器相减器输出电压输出电压：u SSBU = u 5- u