第六章频谱搬移

第六章频谱搬移1第一页，共五十九页，2022年，8月28日本章重点：各种频谱线性搬移电路的概念、原理、特点及实现方法。实用的频谱线性搬移电路。了解：第二页，共五十九页，2022年，8月28日概述1．地位通信系统的基本电路。

2．特点对电路中信号频谱进行的变换，电路有新频率成分产生。为此，需引用一些信号与频谱的概念。第三页，共五十九页，2022年，8月28日3．信号与频谱信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图。载

波复音调制波单音调制波频谱波

形表达式信号第四页，共五十九页，2022年，8月28日4．两种类型的频谱变换电路①频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。例：振幅调制、解调、混频电路(本章讨论)。

特点：仅频谱搬移，不产生新的频谱分量。

②频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进行特定的非线性变换。

例：频率调制与解调电路(第7章讨论)。

特点：产生新的频谱分量。第五页，共五十九页，2022年，8月28日

由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化。(SSB)：抑制载波的单边带调制。振幅调制的三种方式：(AM)：普通的调幅；(DSB)：抑制载波的双边带调制；

是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系，其它参数(频率和相位)不变。什么是振幅调制？第一节振幅调制第六页，共五十九页，2022年，8月28日uΩ=UΩcosΩt

（一）调幅波的分析1、表示式及波形设载波电压为:调制电压:uC=UCcosωct已调波振幅：调幅度：调幅信号表达式:第七页，共五十九页，2022年，8月28日（一）调幅波的分析1、表示式及波形调幅度调幅信号表达式调制信号波形载波波形已调波波形波形表示第八页，共五十九页，2022年，8月28日（一）调幅波的分析调幅度调幅信号表达式调制信号波形载波波形已调波波形波形表示第九页，共五十九页，2022年，8月28日（一）调幅波的分析调幅度调幅信号表达式调制信号波形载波波形波形表示已调波波形

过调制！第十页，共五十九页，2022年，8月28日（一）调幅波的分析1、表示式及波形调幅信号表达式连续频谱信号f(t)uAM(t)=UC［1+mf(t)］cosωct若调制信号为：则调幅波表示式为：式中，mn=kaUΩn/UC第十一页，共五十九页，2022年，8月28日（一）调幅波的分析1、表示式及波形连续频谱信号f(t)调幅波表达式:

uAM(t)=UC［1+mf(t)］cosωct调制信号已调波第十二页，共五十九页，2022年，8月28日（一）调幅波的分析1、表示式及波形AM信号的产生原理图或第十三页，共五十九页，2022年，8月28日2、调幅波的频谱调幅波的三角展开：带宽BAM＝2F分析：单频调制(1)频谱的中心分量；(2)两个边频分量；这说明调制信号的幅度及频率消息只含于边频分量中。调制信号频谱载波频谱已调波频谱第十四页，共五十九页，2022年，8月28日2、调幅波的频谱BAM=2Fmax信号带宽是决定无线电台频率间隔的主要因素，如通常广播电台规定的带宽为9kHz，VHF电台的带宽为25kHz。多频调制AM信号占用带宽：调制信号频谱已调波频谱第十五页，共五十九页，2022年，8月28日3、调幅波的功率载波功率上下边频的平均功率AM信号的平均功率设：负载电阻RL两边频功率与载波功率的比值：第十六页，共五十九页，2022年，8月28日例6-1

已知已调幅信号的频谱图如图所示。1)写出已调信号电压的数学表达式：2)计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及已调波的频带宽度。解：1)根据频谱图知因此vAM(t)=2(1+0.3cos2102)cos2106t(V)。2)载波功率双边带功率总功率已调波的频带宽度(Hz)

第十七页，共五十九页，2022年，8月28日AM波的缺点：（一）调幅波的分析特别是AM波解调很简单，便于接收。功率浪费大，效率低。AM波的优点：（1）设备简单。（2）AM占用的频带窄。第十八页，共五十九页，2022年，8月28日（二）双边带信号1.表达式表达式为：第十九页，共五十九页，2022年，8月28日（二）双边带信号2.波形调制信号波形载波波形已调波波形

相位跳变！第二十页，共五十九页，2022年，8月28日（二）双边带信号与AM波相比，DSB信号的特点:AM波的包络正比于调制信号f(t)的波形，而DSB波的包络则正比于|f(t)|。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180°。(1)包络不同。(2)180。相位跳变。（3）DSB信号只有上、下两个边频带，所占频谱宽度为，与AM信号具有相同的带宽。第二十一页，共五十九页，2022年，8月28日2.单边带调幅波上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。其表达式为：

或其频带宽度为：上边频下边频第二十二页，共五十九页，2022年，8月28日单边带调幅波的波形下边频单边带调幅波的频谱第二十三页，共五十九页，2022年，8月28日（三）单边带信号语音调制的SSB信号频谱第二十四页，共五十九页，2022年，8月28日（三）单边带信号SSB波的优点：（1）功率利用率高。（2）频带利用充分。BSSB≈Fm目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。第二十五页，共五十九页，2022年，8月28日电压表达式普通调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号波形图频谱图信号带宽表6-1三种振幅调制信号第二十六页，共五十九页，2022年，8月28日调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。(a)普通调幅波实现框图(b)抑制载波的双边带调幅波(c)单边带调幅波实现框图原理框图如下：6.3.1概述6.3振幅调制方法与电路第二十七页，共五十九页，2022年，8月28日高电平调幅电路一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。低电平调幅电路一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。按调制电路输出功率的高低可分为：第二十八页，共五十九页，2022年，8月28日1.简单的二极管调幅电路二极管调幅电路调制信号和载波信号相加后，通过二极管非线性特性的变换，在电流i中产生了各种组合频率分量，将谐振回路调谐于ω0，便能取出和的成分，这便是普通调幅波。(1)平方律调幅－二极管信号较小时的工作状态当vD很小时，级数可只取前四项6.3.2低电平调幅电路第二十九页，共五十九页，2022年，8月28日利用三角公式展开，并分类整理，可得

第三十页，共五十九页，2022年，8月28日ω0第三十一页，共五十九页，2022年，8月28日 如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。ω0第三十二页，共五十九页，2022年，8月28日经分类整理可知：是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是项。经滤波后平方律调幅器数学表达式:平方律调幅器的调制度：第三十三页，共五十九页，2022年，8月28日(2).平衡调幅器平衡调制是由两个简单的二极管调幅电路对称连接组成。载波成分由于对称而被抵消，在输出中不再出现，因而平衡调制器是产生DSB和SSB信号的基本电路。。单管调幅器频谱中所含的直流分量、载波分量以及载波的各次谐波分量，在平衡调制器里都被抑制掉了。平衡调制器原理图及其等效电路第三十四页，共五十九页，2022年，8月28日 如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式 总的输出电流 总的输出电压ω0平衡调幅电路第三十五页，共五十九页，2022年，8月28日(2)普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅波在调制信号极性变化时，它的高频振荡的相位要发生180的突变，这是因为双边带波是由v0和v相乘而产生的。（1）它虽然是调幅波，但因失去了载波，因而包络不能完全反映调制信号变化的规律，这就给以后的解调工作带来困难；平衡调制器的重要优点就是有效地抑制了载波，其条件是Tr1和Tr2对中心抽头来说必须严格对称，D1，D2两管的特性完全相同。实际上，这是很难做到的。如果电路稍有不平衡，载波电压就会泄漏到输出端。抑制载波的双边带信号波形如图所示，它有两个重要的特点：平衡调制器输出的电压波形第三十六页，共五十九页，2022年，8月28日平衡开关调幅器在大信号情况应用时，依靠二极管的导通和截止来实现频率变换，这时二极管就相当于一个开关。满足的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。输出调幅波有用电流分量平衡调制器输出的电压波形第三十七页，共五十九页，2022年，8月28日

1.单管开关调幅器第三十八页，共五十九页，2022年，8月28日令二极管导通时的电导故通过二极管的电流为：

将和代入，得输出电流为

1.平衡开关调幅器第三十九页，共五十九页，2022年，8月28日t电流波形电压波形第四十页，共五十九页，2022年，8月28日平衡调幅器的一种实用电路电路中C1接地为边带信号提供交流通路；R1和R2配合电位器R3来平衡二极管正向特性的不对称；C2和C1的作用是平衡二极管反向工作时结电容的不对称。调制电压单端输入，边带信号经调谐于载频的回路单端输出，第四十一页，共五十九页，2022年，8月28日3.环形调制器

在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使电路中4个二极管首尾相接构成环形，这就是环形调制器。环行调制器原理图环型调制器等效电路第四十二页，共五十九页，2022年，8月28日环形调制器输出电流的有用分量:=gDV[cos(0)t+cos(0–)t]振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频分量，因而获得了广泛应用。iL=iL1+iL2第四十三页，共五十九页，2022年，8月28日单边带通信设备复杂、价格昂贵，收发信机需要很高的频率稳定度及其它技术措施。单边带通信优点:1.节约频带2.节省功率3.受传播条件影响小,抗选择性衰落能力强缺点:第四十四页，共五十九页，2022年，8月28日4.产生单边带信号的方法(1)滤波法滤波器法实现单边带调制DSB信号经过带通滤波器后，滤除了下边带，就得到了SSB信号。由于0>>max，上、下边带之间的距离很近，要想通过一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。第四十五页，共五十九页，2022年，8月28日实际滤波器法单边带发射机方框图必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。因为倍频后，音频频率Ｆ也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。问题：为什么不用倍频的方法来提高单边带的载波频率?第四十六页，共五十九页，2022年，8月28日第四十七页，共五十九页，2022年，8月28日(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示相移法单边带调制器方框图图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是互相移相90°。因此，输出电压为第四十八页，共五十九页，2022年，8月28日这种方法原则上能把相距很近的两个边频带分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波器。但这种方法要求调制信号的移相网络和载波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地移相90°。这一点在实际上是很难做到的。第四十九页，共五十九页，2022年，8月28日(3)修正的移相滤波法这种方法所需要的90°移相网络工作于固定频率1与2，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便设备，是一种有发展前途的方法。第五十页，共五十九页，2022年，8月28日 高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号vΩ去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度Vcm来实现调幅的。VCC对工作状态的影响过压欠压0临界VCC欠压过压0临界VbmVbm对工作状态的影响6.3.3高电平调幅电路根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。第五十一页，共五十九页，2022年，8月28日高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。1.集电极调幅电路集电极调幅电路调制信号经低频变压器加在集电极上，并与直流电源电压VcT相串馈。高频载波v0(t)=v0cos经高频变压器加在基极回路中。第五十二页，共五十九页，2022年，8月28日集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：1)集电极有效电源电压Vc(t)供给被调放大器的总平均功率2)集电极直流电源VcT所供给的平均功率则为3)调制信号源Vc供给的平均功率4)平均输出功率5)集电极平均耗散功率输出信号为:Vc(t)=Vc(t)cos0t=[VcT+v1cost]cos0t第五十三页，共五十九页，2022年，8月28日6)集电极效率故：2)总输入功率分别由VCT与VC所供给，VCT供给用以产生载波功率的直流功率P=T，VC则供给用以产生边带功率的平均功率PDSB。1)平均功率均为载波点各功率的()倍3)集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的()倍，应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCM≥Pcav。4)输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。5)集电极调幅为等效率、等电压利