高频电子线路振幅调制

1、第6章振幅调制、 解调及混频 第6章 振幅调制、 解调及混频 6.1 振幅调制振幅调制 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调 6.3 混频混频 6.4 混频器的干扰混频器的干扰第6章振幅调制、 解调及混频 6.1 振幅调制振幅调制 调制调制，就是用调制信号去控制载波某个参数，就是用调制信号去控制载波某个参数的过程。的过程。 调制信号调制信号是由原始消息是由原始消息(如声音、图像如声音、图像)转变转变成的低频或视频信号。成的低频或视频信号。 未受调制的高频振荡信号称为未受调制的高频振荡信号称为载波载波，是周期，是周期性信号。受调后的振荡波称为性信号。受调后的振荡波称为已调波已调波。 解调解调则是

2、调制的则是调制的逆过程逆过程，是将载于高频振荡，是将载于高频振荡信号上的调制信号恢复出来的过程。信号上的调制信号恢复出来的过程。 振幅调制三种方式：振幅调制三种方式： AM、 DSBSC、SSBSC第6章振幅调制、 解调及混频 6.1.1振幅调制信号分析 1. 调幅波的分析 1) 表示式及波形 设载波电压为coscosCCcuUtuUt调制电压为（61） （62） c第6章振幅调制、 解调及混频 根据振幅调制信号的定义,已调信号的振幅随调制信号u线性变化,由此可得振幅调制信号振幅Um(t) : Um(t)=UC+UC(t)=UC+kaUcost =UC(1+mcost) UC(t)与调制电压u

3、成正比,其振幅UC=kaU与载波振幅之比称为调幅度（调制度） CaCCUk UmUU第6章振幅调制、 解调及混频 ka为比例系数,又称为调制灵敏度。 调幅信号的表达式 uAM(t)=Um(t)cosct =UC(1+mcost)cosctCaCCUk UmUU第6章振幅调制、 解调及混频 图61 AM调制过程中的信号波形第6章振幅调制、 解调及混频 图62 实际调制信号的调幅波形(b)uAM(t)f (t)tt(a)包络未调制00第6章振幅调制、 解调及混频 调幅信号的表达式 uAM(t)=Um(t)cosct =UC(1+mCost)cosct 对于连续频谱信号f（t）, 可用下式来描述调幅

4、波:( )1( )cosAMCcutUmf tt第6章振幅调制、 解调及混频 f（t）是均值为零的调制信号,|f（t）|max=1 若将调制信号分解为11( )cos()( )1cos()cosnnnnAMCnnncnf tUtutUUtt则调幅波表示式为( )1( )cosAMCcutUmf tt第6章振幅调制、 解调及混频 调幅信号的表达式 uAM(t)=Um(t)cosct =UC(1+mcost)cosct图63 AM信号的产生原理图 uAMucu常数(a)uAMucu(b)第6章振幅调制、 解调及混频 2) 调幅波的频谱调幅波的频谱 在单一频率的正弦信号的调制情况下在单一频率的正弦信

5、号的调制情况下,调幅波公式调幅波公式展开展开,可得可得 结果结果: 单频调制的调幅波包含单频调制的调幅波包含三个频率三个频率分量，它是由三个分量，它是由三个高频正弦波叠加而成高频正弦波叠加而成. 两个两个边频分量边频分量以载频为中心对称分布，两个边频幅以载频为中心对称分布，两个边频幅度相等并与调制信号幅度成正比。度相等并与调制信号幅度成正比。 边频相对于载频的边频相对于载频的位置位置仅取决于调制信号的频率。仅取决于调制信号的频率。( )1ccoscososcos()cos()22CcAMCCcCccutUmmmUtUtUttt第6章振幅调制、 解调及混频 图64 单音调制时已调波的频谱 （a）

6、调制信号频谱（b）载波信号频谱c）AM信号频谱U0F(a)fUc0(b)ffc10(c)ffcfc Ffc F2Fm/2m/22 2ACaCCMBUkFUUUFm宽：带第6章振幅调制、 解调及混频 图65 语音信号及已调信号频谱 （a）语音频谱（b）已调信号频谱 振幅0(a)f / Hz3003 400振幅0(b)f / Hzfc 3 400fc 3 400fc在多频调制情况下，各个低频频率分量所在多频调制情况下，各个低频频率分量所引起的边频对组成了上、下两个边带。引起的边频对组成了上、下两个边带。maxmax2 2AMBFF带宽：第6章振幅调制、 解调及混频 3）调幅波的功率 在负载电阻RL

7、上消耗的载波功率为2222222221221( )1(1cos) cos221(1cos)2(1cos)CCccLLAMcCccLLCLcuUPdtRRutPdtUmttdtRRUmtPmRt(69) (610) 在负载电阻在负载电阻RL上上,一个一个周期周期内调幅波消耗的功内调幅波消耗的功率为率为第6章振幅调制、 解调及混频 P是调制信号的函数,是随时间变化的。上、下边频的平均功率均为2221()2241(1)22CcLavcmUmPPRmPPdtP 变频(611) (612)AM信号的平均功率信号的平均功率 AM波的平均功率为载波功率与两个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为22

8、m变频功率载波频率(613) 第6章振幅调制、 解调及混频 可以得到调幅波的最大功率和最小功率,它们分别对应调制信号的最大值和最小值为:2max2min(1)(1)ccPPmPPm(614) 2(1cos)cpPmt由：在普通的在普通的AM调制方式中，载频与边带一起发送，调制方式中，载频与边带一起发送，不携带调制信号分量的载频占去了不携带调制信号分量的载频占去了2/3以上的功以上的功率而带有信息的边频功率不到总功率的率而带有信息的边频功率不到总功率的1/3，功率浪费大，效率低功率浪费大，效率低。第6章振幅调制、 解调及混频 2. 双边带信号 在调制过程中,将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号,

9、简称双边带信号。它可用载波与调制信号相乘得到: 在单一正弦信号u=Ucost调制时:( )( )( )coscos( )cosDSBCDSBCccutkf t uutkU Uttg tt第6章振幅调制、 解调及混频 图66 DSB信号波形 u0(a)uCtuDSB(t)0t(b)(c)t001800U(t) U cost第6章振幅调制、 解调及混频 双边带信号特点 包络不同:AM包络正比于调制信号f(t)的波形，而DSB包络则正比于f(t) 的绝对值。 DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处(调制电压正负交替时)要突变1800 由于DSB信号不含载波，全部功率为边带占有，所以发送的全部功率

10、都载有消息，功率利用率高于AM制。第6章振幅调制、 解调及混频 3. 单边带信号 单边带（SSB）信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中,直接将一个边带抵消而成。 当取上边带时取下边带时( )coscos( )cos()( )cos()DSBCcSSBcSSBcutkU UttutUtutUt第6章振幅调制、 解调及混频 图67 单音调制的SSB信号波形 uSSB(t)0tfc FU第6章振幅调制、 解调及混频 图68 单边带调制时的频谱搬移 0F(a)f0(b)ffcfc F0(c)f第6章振幅调制、 解调及混频 双 音 调 制 时 产 生 的 S S B 信 号 波 形

11、: 设双音频振幅相等,即12212121212121( )coscos112cos()cos()2211cos()cos() cos2211cos()cos()222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt 且21,则可以写成下式:受u调制的双边带信号为（619） (620) (621)(622) 第6章振幅调制、 解调及混频 1221212121212112( )coscos112cos()cos()2211cos()cos() cos2211cos()cos()2221cos()cos()424DSBcSSBcSSBccutUtUtuUttuUtttUuttUUutt 第6章

12、振幅调制、 解调及混频 图69 双音调制时SSB信号的波形和频谱u0(a)t12(21)12(12)12(12)c12(21)t0uSSB(t)(b)SSB信号频谱(c)等幅双音调制信号频谱ff00F1F2fc F1fc F2第6章振幅调制、 解调及混频 包络包络与调制信号的包络形状相同，填充频与调制信号的包络形状相同，填充频率移动了率移动了 双音调制时，每一个调制频率分量产生一双音调制时，每一个调制频率分量产生一个对应的单边带信号分量，它们间的关系个对应的单边带信号分量，它们间的关系和单音调制时一样，和单音调制时一样，振幅间成正比振幅间成正比，频率频率则线性移动则线性移动。这一调制关系也同样

13、适用于。这一调制关系也同样适用于许多频率分量信号许多频率分量信号SSB调制。调制。第6章振幅调制、 解调及混频 ( )cos()( )coscossinsin( )cos()( )coscossinsin( )cos(in( )( )sSSBcSSBccSSBcSSBccSSBccutUtutUttUttutUtutUttUttUtuf ttf tf tt 时：上边带：下边带：第6章振幅调制、 解调及混频 211( )( )( )1sgn( )( )sgn( ) ( )( )sgn( )jff tf tttjtFjFFe sgn()是符号函数,可得f(t)的傅里叶变换 (626) (627)

14、(628) 第6章振幅调制、 解调及混频 图610 希尔伯特变换网络及其传递函数 f (t)H(j)f (t)100()H(j)22第6章振幅调制、 解调及混频 图611语音调制的SSB信号频谱(a)DSB频谱 (b)上边带频谱 (c)下边带频谱 0(a)cFDSB()cmcmF(c)2F(c)2ccmcm0(b)FSSBU()cm0(c)FSSBL()cmcmcm第6章振幅调制、 解调及混频 6.1.2 振幅调制电路振幅调制电路 调制的实现必须以调制的实现必须以乘法器乘法器为基础为基础 1.AM调制电路调制电路 高电平高电平调制和调制和低电平低电平调制两种方式调制两种方式 AM信号大都用于信

15、号大都用于无线电广播无线电广播, 多采用高多采用高电平调制方式电平调制方式,将功放与调制和二唯一。将功放与调制和二唯一。 低电平低电平调制还必须经过功率放大再发射调制还必须经过功率放大再发射出去出去.第6章振幅调制、 解调及混频 图612 集电极调幅电路 ucT1EcT2Ec0uuAMT31)1)高电平调制高电平调制在在高频功率放大器高频功率放大器中进行的。分为基极调幅、集中进行的。分为基极调幅、集电极调幅以及发射极调幅。电极调幅以及发射极调幅。 第6章振幅调制、 解调及混频 图613 集电极调幅的波形 (a)t(b)ttttuCEc0 uEc000ic0ic10Ic10Ecu0t0Ic1Ec

16、0临界欠压区过压区第6章振幅调制、 解调及混频 图图614 基极调幅电路基极调幅电路 RLuC1C2ucC3C4C6C5EcR1LBCBLB1第6章振幅调制、 解调及混频 图615 基极调幅的波形 t0EbIc1Ebmin欠压区过压区Ic1ic1ub00ttEb0EbmaxEbcr第6章振幅调制、 解调及混频 2) 低电平调制低电平调制 二极管电路二极管电路 用单二极管电路和平衡二极管电路作为用单二极管电路和平衡二极管电路作为调制电路调制电路,都可以完成都可以完成AM信号的产生。信号的产生。当当UCU时时, 流过二极管的电流流过二极管的电流iD为为 coscos22()()DDDDCcDDCc

17、CcgggiUUtUtggUtUt 第6章振幅调制、 解调及混频 图图616 单二极管调制电路及频谱单二极管调制电路及频谱 uuo(t)H(j)VDucuDiDi(a)0(b)fFfc2fc3fccoscos22()()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt 第6章振幅调制、 解调及混频 模拟乘法器产生普通调幅波模拟乘法器产生普通调幅波0(1)tanh()2BAocTuuiIEV(630) 若将若将uC加至加至uA,u加到加到uB,则有则有00135(1cos)tanh(cos)2(1cos)( )coscos3cos5oceTcccUUiIttEVImtxttt 式中式中,

18、,m=m=U U/ /E EC C,x,x= =U UC CV VT T 若滤波回路的中心频率若滤波回路的中心频率为为f fc c, ,带宽为带宽为2F,2F,谐振阻抗为谐振阻抗为R RL L, ,则经滤波后的输则经滤波后的输出电压出电压01( )(1cos)cosoLcuI Rxmtt第6章振幅调制、 解调及混频 图图617 差分对差分对AM调制器的输出波形调制器的输出波形 UU0 U00uut(a)(b)iot0未加调制电 压I0 II0 I第6章振幅调制、 解调及混频 图618 利用模拟乘法器产生AM信号 MC1596G23610591 k1 k3.9 k3.9 k12 V0.1 FAM

19、信号输出6.8 k5150 k750750ma值调节510.1F60 mV载波调制信号uC(t)u(t)1 k0.1F51(b)4187300 mV(max)BG31415 V3.3 k3.3 k3 k8.3 k8.3 kYos微调Xos微调u(t)uC(t)10 k(调节ma值)5498126 10111214uo(t)调幅信号输出6.8 k0.1 F1 F Vcc(a)3137第6章振幅调制、 解调及混频 图618 利用模拟乘法器产生AM信号 MC1596G23610591 k1 k3.9 k3.9 k12 V0.1 FAM信号输出6.8 k5150 k750750ma值调节510.1F6

20、0 mV载波调制信号uC(t)u(t)1 k0.1F51(b)4187300 mV(max)BG31415 V3.3 k3.3 k3 k8.3 k8.3 kYos微调Xos微调u(t)uC(t)10 k(调节ma值)5498126 10111214uo(t)调幅信号输出6.8 k0.1 F1 F Vcc(a)3137第6章振幅调制、 解调及混频 2. DSB2. DSB调制电路调制电路1)二极管调制电路 单二极管电路只能产生AM信号,不能产生DSB信号。二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号。22coscos()cos()22cos2()(3)cos(3)33LDDDcDccDcDc

21、g Utg Utg Utig KUuggttUt 第6章振幅调制、 解调及混频 iL中包含F分量和(2n+1)fcF(n=0,1,2,)分量,若输出滤波器的中心频率为fc,带宽为2F,谐振阻抗为RL,则输出电压为 22cos()cos()4coscosoLDcLDcLDcuRg UtRg UtR gUtt第6章振幅调制、 解调及混频 图619 二极管平衡调制电路 带通滤波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t)第6章振幅调制、 解调及混频 图图620 二极管平衡调制器波形二极管平衡调制器波形 i1 i2(a)i20t(b)(d)(c)uot00ti

22、10tuD1uD2i2i100t uu第6章振幅调制、 解调及混频 图图621 平衡调制器的一种实际线路平衡调制器的一种实际线路 RLucVD12/5 pF0.01C1C2VD2C34.7 pFR34747R2R22 kuT第6章振幅调制、 解调及混频 进一步减少组合分量,采用双平衡调制器(环形调制器)。u1=u,u2=uC的情况下,输出式可表示为 2()442coscos3cos38coscosLDcDccoLDcig Kt ugttUtuR g U ttt经滤波后经滤波后,有有 第6章振幅调制、 解调及混频 图622 双平衡调制器电路及波形 T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD

23、4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1第6章振幅调制、 解调及混频 调制电压反向加于两桥的另一对角线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响,则图中ua(t)为 1111( )()4( )coscosacdLocedRu tu KtRrRRu tUttR Rr 因晶体管交流电流因晶体管交流电流iC=ieie=ue(t)/Re,所以输出电所以输出电压为压为(637) (638) 第6章振幅调制、 解调及混频 图623 双桥构成的环形调制器 BR2R2AABL2L2uL2uCL3R1ua(t)Re EeRLLCf0 fcEcuo(t)第6章振幅调制、 解调及混频 0( )(1)t

24、anh()2BAoeTuui tIEVH(j)H(j)EcuA EcuBV3V1V2uoRe2) 差分对调制器差分对调制器 输入信号和控制信号分别控制两个通道。 第6章振幅调制、 解调及混频 2) 差分对调制器差分对调制器 在单差分电路中在单差分电路中,将载波电压将载波电压uC加到线性加到线性通道通道,即即uB=uC,调制信号调制信号u加到非线性通加到非线性通道道,即即uA=u,则双端输出电流则双端输出电流io(t)为为13( )(1cos)tanh(cos)2(1cos)( )cos( )cos3oocTocUi tImttVImtxtxt I0=Ee/Re,m=UC/Ee,x=U/VT ,

25、出现出现 fcnF分量分量经滤波后的输出电压经滤波后的输出电压uo(t)为为 01( )( )coscoscoscosoLcocu tI R mxttUtt(640) 第6章振幅调制、 解调及混频 图图624 差分对差分对DSB调制器的波形调制器的波形 UCUC0 UC0uioioU0utuDSB(t)(a)(b)(c)tt00第6章振幅调制、 解调及混频 双差分对电路的差动输出电流为 002( )tanh()tanh()221( )4ABoTToCTuui tIVVIi tu uV(641) (642) 若若U、UC均很小均很小,上式可近似为上式可近似为第6章振幅调制、 解调及混频 图625

26、 双差分调制器实际线路 12 V0.477501002.7 kW1100副载波12 V0.1250I5I6I1I2I3I4V4V3V2V1W21003 kV5aV5bV6bV6a1 kW33.9 kW415 k300300I012 V300300V7V8色差信号3 k2 k第6章振幅调制、 解调及混频 3. SSB调制电路调制电路 SSB信号是将双边带信号滤除一个边带形信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤除方法的不同成的。根据滤除方法的不同,SSB信号产信号产生方法有好几种生方法有好几种,主要有主要有滤波法和移相法滤波法和移相法两两种。种。 第6章振幅调制、 解调及混频 图626 滤波法产生SSB信号的框图 音 放F1第路话调制器上边带滤波器音 放F2第路话调制器上边带滤波器单边带信号产生器fc F1fc F2频率合成器第 一混频器第 二混频器线性放大功放f1f2fc500 kHz第6章振幅调制、 解调及混频 图627 理想边带滤波器的衰减特性 阻带40通带阻带过滤带b/dB0fcfc Fminfc Fminfc Fmaxf第6章振幅调制、 解调及混频 由两个乘法器，两个由两个乘法器，两个 90相移器和一个相加器组成相移器和一个相加器组成 设设 由由乘法乘法器器I I产生的双边带调制信号为产生的双边带调制信号为m( )cosvtVtO1Mmc