高频第五章改

1、第五章 振幅调制与解调第一节 振幅调制的基本原理第二节 模拟乘法器第三节 低电平调幅电路第四节 振幅检波第一节 振幅调制的基本原理一、概述:1调制目的：（1）使不能直接传送的音频信息借助高频幅射特性载送到接收端。（2）将不同信息附着在不同频率的载波上，以避免多种信息间干扰，实现多路通信。2几个术语：（1）载波：运载信息的工具（高频等幅波），载波的频率称载频。（2）调制信号：控制载波的信息，也就是要传送的信息。（3）已调波：载波经调制信号调制后的波形。（4）调制：载波受调的过程。（5）解调：调制的逆过程，目的是从已调波中检出调制信号3连续调制定义：所谓连续调制是指载波某一参数受调制信号的连续控制

2、。分类分类：按受调参数分为： （1）调幅（AM）：受调参数是载波的幅度。 （2）调频（FM）：受调参数是载波的频率。 （3）调相（PM）：受调参数是载波的相位。4调制、解调的实质：频率变换。 (2)频谱非线性变换电路（FM调/解、PM调/解等）实现频率变换的电路分两大类：(1)频谱搬移电路(AM调/解、混频等)，线性变换。2.调幅波(已调波)的表示式为: =Uc(1+macost)cosct二、调幅波波形和表示式：若调制信号为: u=Ucost载波信号为: uC(t)=UCcosct调幅波的振幅与调制波成正比。 u(t)=UC+kU(t)cosct1.调幅波的振幅为： Um(t)=UC+ KU

3、cost =Uc(1+macost) u(t)=Uc(1+macost)cosct其中ma=kU/Uc，称调幅系数或调幅度；一般用%表示。ma表征载波受调制信号控制的程度。(ma越大，控制作用越大。)调幅波的表示式表明：1）.调幅波的频率为载波的频率。2）.调幅波的幅值随调制信号的变化规律而变。U(t)ttUC(t)U(t)t3.调幅波的波形如图：当ma=0时，称无调制波。当ma=1时，称全调制，100调制。当ma1时，称过调制，此时出现过调失真。（因载波振幅不能为负值。）u(t)为调幅波；可见该波形携带调制信号信息。u为调制信号。uc为载波。调制波的包络线幅值为：KU = ma Uc通常调制

4、信号为非简谐信号且时刻变化，故调幅度也在变；一般其均值ma=0.3=30%。三、调幅波的频谱及谱宽载波分量上边载分量下边载分量表明：调幅波分别由三个不同频率的 高频波组成。（一）调制信号为单一频率 简谐信号时：U(t)= Uc(1+macost)cosct其频谱如图：频谱宽度：B=2 或 BHZ=2F (F=/2)显然：1)调幅波过程为频率搬移的过程。上下边频的振幅为： ma Uc/2（二）调制信号为非简谐信号时:(从maxmin或FmaxFmin) 例：语音信号的频率：3003400Hz；其频谱如图：频带宽度：B=2max或BHZ=2Fmax22无线系统中，为避免电台间干扰，国际上对多波段与

5、不同用途的电台所占有频带均有严格规定；如调幅广播电台容许占有频谱宽度为 9KHZ。若AM波为单频正弦波，负载电阻为R，则载波和上下边频在R上所消耗的功率 (有效功率)为：1.载波功率 : Po=Uc2/2R2.上、下边频功率:3.调制信号一周期内调幅波的平均总功率：载波只是运载工具不含信息，只有边频中有信息。四、调幅波功率1)当ma=1时，PAV=3Po/2即：载波功率Po=2PAV/3;说明不含有用信息的载波消耗了总功率的2/3，而有用功率只占PAV /3，（在理想情况下）。2)功率利用率低是普通AM制的最大缺点。3)为了提高功率利用率，可采用抑制载波功率的边带传输，即双边带（DSB）和单边

6、带（SSB）传输。AM制的优点：结构简单，技术上易于实现，因而比较经济。AM制的缺点：功率利用率低，还需有4倍的功率储备。 讨论五、双边带及单边带调制（一）双边带的表示式、波形及频谱: 当抑制载波之后（载波分量为0），其表示式变为： U(t)=Umcos(c+)t+cos(c-)t它可以由载波信号和调制信号相乘得到： U(t) =kUc(t)U(t)=kUcUcosctcost =kUcU cos(c+)t+cos(c-)t/2 其波形和频谱分别如图：相位突变180o是因为相乘的结果B=2B显见，双边带信号的带宽为：双边带在调制信号相位变化时，其高频振荡相位要发生突变。双边带由于失去载波，其包

7、络线不能完全反映调制信号的实际变化规律。使解调困难。（二）单边带表示式、波形及频谱：因为边频中，任何一个边频已包含了调制信号的全部信息，所以为了节省频带，可进一步抑制掉其中一个边带，而只发送一个边频，这就是SSB。它的表示式为： U(t)=Umcos(c+)t= kUcU cos(c+)t 或 U(t)= kUcU cos(c-)t它可在DSB的基础上用滤波法或移相法得到。其波形和频谱分别如图：或B=B显见，单边带信号的带宽为：此为一单频信号，且随调制信号的变化而变化。 U(t)= kUcU cos(c-)t优点： 1节省频带(节省1/2)，即波段利用率高。 2节省功率，因为AM波，Po=2/

8、3PAV不经济，而SSB全部发送有用功率，在接收端获得相同信噪 比时，SSB发送可节省功率。 3受传播条件影响小：电波传播时，对c 、 c 不同频率成分的衰落和相移不同会引起信号失真称作选择性衰落现象。因SSB只有c +或c -所以这种衰落不严重。4抗干扰性能好，有一定保密性。缺点：发送技术和解调设备复杂，造价较高。（三）单边带调制的优缺点：调制解调的实质是频率变换，而模拟乘法器是实现频率变换的常用器件。模拟乘法器具有频带宽、性能好、外接电路简单等优点。下面我们介绍两种常用的乘法器。 一、压控吉尔伯特乘法器模拟乘法器的符号如图：其输出与输入关系为：uo=ku1u2 k乘积系数(V-1)第二节

9、模拟乘法器由差放传输特性，得各管电流方程为：压控吉尔伯特乘法器原理电路如图：（由三组差分电路构成）所以输出电压： -IORcu1u2/4UT2=-ku1u2 其中：k=IORc/4UT2 完成两模拟信号相乘功能（但受温度影响大）。动态范围小。（为什么？）uo=-(iC1-iC2)Rc= -(i1+i3-i2-i4)Rcuo二、流控吉尔伯特模拟乘法器基于压控吉尔伯特电路原理制成的有MC1596、XCC等。上述MC1596作为通用型乘法器还存在以下问题： 1.输入动态范围小； 2.线性较差。MC1595较好的解决了以上问题：（与其对应的国内型号为BG314等。）其原理电路如图P93图5-10。流控

10、Gilbert乘法器如果此电路用框图表示调幅过程：就是把信号从低频移到载波两侧的频率搬移过程。第三节 低电平调幅电路调幅电路按实现调幅级电平的高低分为：低电平调幅：先实现调幅，后实现放大。（可用来产生普通AM，也可DSB、SSB）。高电平调 幅 ：先实现放大，后实现调幅。（适用于通信、广播设备的普通调幅发射机）；可以看成是一直流电压加低频调制信号，再与高频载波信号相乘；一、普通AM电路：普通调幅波的表达式可写成： U(t)=(UC+UCmacost)cosct可由以下电路实现普通的AM :低通滤除由非线性产生的高次谐波Um已调波幅度，ma=U/E调幅系数度。 可见，调整Rw调整E调整maP96

11、图5-12(b)是利用MC1596调幅器电路：当Rw调至不对称时(E0)，按模拟乘法器的功能：UDSB(t)=kUc(t)U(t) =kUcmcos0tUmcost =kUcmUmcos(c+)t+cos(c-)t/2二、DSB调制电路如果用MC1596实现DSB调制，只需将前述电路中的Rw调至对称（E=0）即可。双边带DSB波的表达式可写成：1滤波法：在DSB调制基础上加一带通滤波器，滤去其中一个边带。三、单边带SSB调制电路：实现单边带调制有两种方法：滤波法；移相法。原理电路:问题：由于c max ，边带得相对距离很近实现滤波很困难；因此，对带通滤波器的要求严格。c + max c解决办法

12、：1.降低载波频率，增大相对带宽。以利于边带滤波器的制作。2.然后再反复多次处理，逐步把载频提高到要求值。3.由于滤波器性能稳定，虽然该方法技术复杂，仍是目前使用的标准形式。2移相法:90o移相网络90o移相网络优点：把相隔很近的上下边频分开。无须多次调制和复杂的滤波器。缺点：使调制信号在整个频带内保证900相移的电路，实现困难。 振幅检波（通常把调幅波解调器称为检波器）调幅波解调：从调幅波中提取出原调制信号。调幅波有三种形式：普通AM、DSB 和 SSB;形式不同，检波方法亦不同，如峰值包络检波，平均包络检波方法，可用于解调普通AM;乘积检波（亦称同步检波），以上三种方式均可用，但主要用于D

13、SB或SSB的解调。第四节 振幅检波注意：kd=Po/Pc2检波失真要小（检波输出的U接近包络）3检波器输入电阻要高，这样对前级影响小中放AM波检波器频率变换器低通滤波器对检波器的要求（质量指标）： 1检波效率kd要高检波器的构成：负载端的平均直流电压一、峰值包络检波：充放Ui(t)=Uc(1+macost)cosIt开始时：Ui+通过D给C充电，充=rdC很小，UL很快接近Ui的峰值，并对D形成反压(-UL)（属大信号检波，一般要求Ui0.50 . 6V）（一）电路： （二）工作原理：当ULUi时：D截止，电容上的电压RL放电，放=RLC，波形如图：只有UiUL时，才有电流id，其幅度与包络

14、幅度相对应。UL为锯齿波型，它与 Ui 的包络形状基本一致；UL重现调制信号包络线形状，从而完成峰包检波。充放UL中既包括低频分量(与Ui包络相对应)又包括直流分量(与Ui的载波振幅相对应),还包括残余的高频分量(由于UL的锯齿状波动)；适当选择RLC的时间常数，使RLCT2(=2/2)，放电极缓慢，可提高输出直流分量，低频分量，抑制高频分量。应该指出：（三）定量分析：则二极管特性的解析式为：0 UDUriD=g(UD-Ur) UDUr考虑到平均直流电压的反作用： UD=Ui-UL=UIcosIt-UL所以： 当UDUr时，iDm=g(UIcosIt-UL-Ur)当It=时，iDm=0所以：

15、cos=(UL+Ur)/Ui=UL/Ui设D的特性可用理想折线表示：用折线法分析：Ui加在二极管上的电压。当一定时，ULUi，当输入为 AM波，ULUc(1+macost)，即输入与输出的峰值包络成正比。即 ULUicos 可以证明，与检波电路参数有关。1、rd UL；RL UL2、一般情况下RL和rd为常数，UL（输出）与Ui （输入）之间是线性关系，因而称为线性检波。 显然：大信号峰包检波的输出与输入之间近似成线性关系。（大信号下为常数）2检波失真（1）对角切割失真（亦称惰性失真）：它主要是由于RLC太大引起的。（四）技术指标1检波效率： kd问题：适当提高RLC有利于滤除高频成分；但如太

16、大，将因放电时间过长面跟不上包络的变化，而产生惰性失真。解决方法：选择合适的RLC，使：放电速率输入振幅变化速率即：推得不产生对角切割失真条件为：（2）底部切割失真（负峰切割失真）：检波器输出常用隔直电容Cc与后一级耦合，电路如图：原理：因为Cc很大，这将会在电容Cc上形成一个基本固定的电压UCc，经RL、Ri2分压后，在RL上的分压为： (k1)它对D来说是反偏，这样当ma较大时，负峰有可能低于URL，使D截止，形成负峰切割失真，如图：URLL所以要防止这种失真，需对ma有一个限制，需此为防止负峰切割失真的条件。交流负载直流负载（3）检波器频率失真：除上述非线性失真外，还需考虑C对调制信号上

17、限频率max和Cc对下限频率min的影响。所以必须保证：1/maxCRL；1/minCcRi2，才能避免检波器频率失真。若输入载波UC=Uccosct：忽略二极管的损耗。（因为导通时间极短，基本不耗功率)；则输入功率 Pi=Uc2/2Ri，输出功率Po=UL2/RL。 则有PiPo （输入功率=输出功率） 若 kd1 则 RiRL/2 。 显然RL越大，则Ri越大，对前级的负载影响越小。Ri=RL/2kd2（三）输入电阻即 Uc2/2RiUL2/RL=（kdUc）2/RL上述峰包检波器只能解调普通AM波，而不能解调DSB、SSB波，因为它们的包络不反映调制信号的变化规律。要解调DSB、SSB波，需采用乘积检波。（一）乘积检波原理 1.电路框图：二、乘积检波则 U2=kUiU1= kUIU1cost cos(t+)+ cos(2C+)t+/2 滤除若输入DSB信号：Ui=UIcosCtcost 本振信号：U1=U1cos(C+)t+ 本振与载波频率差 本振与载波相位差 乘法器传输系数为 k在理想情况下(同步检波)：=0, =0经低通滤波器滤波得到：UL= kUIU1cost cos(t+) /2则有：UL= kUIU1cost /2 （二）本振信号产生 要实现同步检