振幅调制解调及混频

振幅调制解调及混频第1页/共223页调制与解调的概念载波信号：（等幅）高频振荡信号

调制信号：需要传输的信号（原始信号，低频信号）已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参数的过程。通俗地说，就是用高频振荡信号作为运载工具，将携带信息的低频信号“装载”到高频振荡信号上。解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。第2页/共223页 c相位调制(PhaseModulation,PM)：调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调制信号线性变化。

b频率调制(FrequencyModulation,FM)：调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调制信号线性变化。a振幅调制(Amplitudemodulation,AM)：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振幅随调制信号线性变化。

正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。

调制的方式和分类第3页/共223页振幅调制的分类

在振幅调制中，根据所取出已调信号的频谱分量不同，又分为：标准调幅（AM）抑制载波的双边带调幅（DSB）抑制载波的单边带调幅（SSB）第4页/共223页6.1振幅调制****第六章振幅调制、解调及混频第5页/共223页(一)振幅调制信号分析****第6页/共223页调幅波的表达式设载波电压为（6―1）（6―2）调制电压为通常满足ωc

>>Ω。第7页/共223页

根据振幅调制信号的定义,已调信号的振幅随调制信号uΩ线性变化,由此可得振幅调制信号的振幅为

Um(t)=UC+ΔUC（t）=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)（6―3）式中,ΔUC（t）与调制电压uΩ成正比,其振幅ΔUC=kaUΩ与载波振幅之比称为调幅度（调制度）(6―4)调幅波的表达式第8页/共223页调幅波的表达式由此可得调幅信号的表达式uAM(t)=Um(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

（6―5）

根据振幅调制信号的定义,已调信号的振幅随调制信号uΩ线性变化,由此可得振幅调制信号的振幅为

Um(t)=UC+ΔUC（t）=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)

（6―3）

第9页/共223页调幅波的产生原理图uAM(t)=UC(1+mcosΩt)cosωct

（6―5）uAM(t)=Uccosωct+UCmcosΩtcosωct第10页/共223页将式（6―5）用三角公式展开,可得(6―8)调幅波的频谱和带宽调幅波带宽：第11页/共223页调幅波的波形uAM(t)=UC(1+mcosΩt)cosωct第12页/共223页调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致。调幅波的波形uAM(t)=UC(1+mcosΩt)cosωct第13页/共223页

调幅度ma反映了调幅的强弱程度。ma=Umax-Umin2UcmUmax-UminUmax+Umin=调幅波的波形第14页/共223页调幅波的波形过调幅

调幅度ma反映了调幅的强弱程度。为保证不出现过调制，要求m≤1。uAM(t)=UC(1+mcosΩt)cosωct第15页/共223页

一般传送的信号并非为单一频率的信号,例如是一连续频谱信号f（t）,这时,可用下式来描述调幅波:（6―6）若将调制信号分解为(6―7)则调幅波表示式为调幅波的表达式第16页/共223页图6―2实际调制信号的调幅波形调幅波的波形第17页/共223页00调幅波的频谱和带宽振幅调制的实质是将的频谱线性地搬移到的两侧。第18页/共223页调幅波的功率在负载电阻RL上消耗的载波功率为上、下边频的平均功率均为AM波的平均功率为载波功率与两个边带功率之和第19页/共223页（1）调幅系数ma（2）载波功率PC（3）调幅波平均功率Pav某调幅信号的波形如下图所示，设负载RL=50Ω，试求：课堂练习V(t)(V)062第20页/共223页某调幅信号的波形如下图所示，设负载RL=50Ω，试求：课堂练习ma=Umax-UminUmax+UminV(t)(V)062第21页/共223页

某发射机的输出级在RL=100Ω负载上的输出电压信号为vs(t)=4(1+0.5cosΩt)cosωct(V)，求发射机总的输出功率Pav、载波功率Pc和边频功率PSB各为多少？课堂练习第22页/共223页

某发射机的输出级在RL=100Ω负载上的输出电压信号为vs(t)=4(1+0.5cosΩt)cosωct(V)，求发射机总的输出功率Pav、载波功率Pc和边频功率PSB各为多少？课堂练习第23页/共223页

由于被传送的调制信息只存在于边频分量而不在载频分量中,而携带信息的边频功率最多只占总功率的三分之一(因为ma≤1)。所以普通调幅(AM)的功率利用率很低。调幅波的功率第24页/共223页

为了提高功率利用率,可以只发送两个边频分量而不发送载频分量,或者进一步仅发送其中一个边频分量,同样可以将调制信息包含在调幅信号中。这两种调幅方式分别称为抑制载波的双边带调幅(简称双边带调幅，DSB)和抑制载波的单边带调幅(简称单边带调幅，SSB)。调幅波的功率0第25页/共223页uAM(t)=Um(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

（6―5）双边带信号

在AM调制过程中，如果将载波分量抑制，就形成抑制载波的双边带信号，它可以用载波和调制信号直接相乘得到，即：uDSB(t)=kUCUΩcosΩtcosωct

（6―16）第26页/共223页双边带信号uDSB(t)=kUCUΩcosΩtcosωct第27页/共223页双边带信号

已调信号的幅度仍随调制信号变化，但其包络不是正比于调制信号的形状，而是正比于其绝对值。第28页/共223页双边带信号

调制信号是正值时的已调波相位与调制信号是负值时的已调波相位反相,即在调制电压正负交替时相位要突变180º。uDSB(t)=kUCUΩcosΩtcosωct第29页/共223页双边带信号

由于双边带调幅信号的包络不能反映调制信号,所以包络检波法不适用,而同步检波是进行双边带调幅信号解调的主要方法。第30页/共223页

双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波分量，因而可以有效地利用发射机的功率传递信息。但它是双边带信号，所占带宽仍为调制信号最高角频率的两倍。双边带信号第31页/共223页

由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就够了，这就是单边带调幅，简称SSB。可以选择上边带也可以采用下边带。双边带信号第32页/共223页单边带信号单边带（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。单频调制时,

。当取上边带时（6―17）（6―18）取下边带时第33页/共223页单边带信号

单频调制时的SSB信号仍是等幅波，但不同于原载波。SSB信号的振幅与调制信号的幅度成正比，频率随调制信号的频率不同而不同，因此包含了消息特征。kUCUΩ第34页/共223页

下面分析双音频调制时产生的SSB信号波形。为分析方便，设双音频振幅相等，即且Ω2＞Ω1,则可以写成下式:受uΩ调制的双边带信号为（6―19）(6―20)(6―21)单边带信号第35页/共223页单边带信号受uΩ调制的双边带信号为(6―21)(6―22)若取上边带第36页/共223页单边带信号第37页/共223页进一步展开(6―23)将(6―22)单边带信号第38页/共223页单边带信号

与单音频调制信号及其SSB信号相比较：第39页/共223页残留边带信号残留边带调幅(VSB)是在发射端发送一个完整的边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。这样既保留了单边带调幅节省频带的优点，又具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。第40页/共223页(二)振幅调制电路**第41页/共223页AM信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前AM信号大都用于无线电广播,因此多采用高电平调制方式。高电平调制主要用于AM调制,这种调制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极基极(或发射极)组合调幅。振幅调制电路第42页/共223页高频功放的调制特性

高频功放中，可以用改变某一电极的直流电压来改变高频信号的振幅，从而实现振幅调制的目的。集电极调制特性集电极调制时应工作在过压区第43页/共223页高频功放的调制特性

高频功放中，可以用改变某一电极的直流电压来改变高频信号的振幅，从而实现振幅调制的目的。基极调制特性基极调制时应工作在欠压区第44页/共223页高频功率放大器的调制特性集电极调幅特性基极调幅特性第45页/共223页图6―12集电极调幅电路高电平调幅电路第46页/共223页高电平调幅电路集电极调幅电路第47页/共223页高电平调幅电路第48页/共223页图6―14基极调幅电路高电平调幅电路uAM第49页/共223页高电平调幅电路基极调幅电路第50页/共223页

图6―15基极调幅的波形高电平调幅电路第51页/共223页

为了实现不失真的调制，集电极调幅电路应工作在过压状态，基极调幅电路应工作在欠压状态。高电平调幅电路

需要说明的是：高电平调幅电路可以产生且只能产生普通调幅波。第52页/共223页低电平调幅电路

用单二极管电路和平衡二极管电路作为调制电路,都可以完成调幅信号的产生。uAM第53页/共223页低电平调幅电路当UC>>UΩ时,由式(5―38)可知,流过二极管的电流iD为(6―29)第54页/共223页低电平调幅电路

若滤波回路的中心频率为fc,带宽为2F,谐振阻抗为RL,则经滤波后的输出电压(6―32)普通（标准）调幅信号第55页/共223页图6―18利用模拟乘法器产生AM信号低电平调幅电路第56页/共223页图6―18利用模拟乘法器产生AM信号低电平调幅电路第57页/共223页DSB调制电路单二极管电路只能产生AM信号,不能产生DSB信号，二极管平衡电路和环形电路可以产生DSB信号。图6―19二极管平衡调制电路第58页/共223页DSB调制电路单二极管电路只能产生AM信号,不能产生DSB信号，二极管平衡电路和环形电路可以产生DSB信号。(6―33)第59页/共223页iL中包含F分量和(2n+1)fc±F(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(6―34)DSB调制电路第60页/共223页SSB调制电路SSB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,SSB信号产生方法有好几种,主要有滤波法和移相法两种。第61页/共223页SSB调制电路图6―26滤波法产生SSB信号的框图下边带滤波器第62页/共223页图6―27理想边带滤波器的衰减特性SSB调制电路第63页/共223页SSB调制电路1第64页/共223页课堂练习u(t)=2cos2π×106t+0.4cos2π(106+5×103)t+0.4cos2π(106-5×103)t(V)求：1、调幅系数为多少？定性绘出u(t)的波形。

2、u(t)的频带宽度为多少？

3、若载波功率为100W，则总的边频功率占总功率的百分比是多少？已知某调幅信号：第65页/共223页解：

1、

课堂练习u(t)=2cos2π×106t+0.4cos2π(106+5×103)t+0.4cos2π(106-5×103)t(V)求：1、调幅系数为多少？定性绘出u(t)的波形。

2、u(t)的频带宽度为多少？

3、若载波功率为100W，则总的边频功率占总功率的百分比是多少？已知某调幅信号：第66页/共223页频带宽度：2×5K＝10KHz2、解：课堂练习u(t)=2cos2π×106t+0.4cos2π(106+5×103)t+0.4cos2π(106-5×103)t(V)求：1、调幅系数为多少？定性绘出u(t)的波形。

2、u(t)的频带宽度为多少？

3、若载波功率为100W，则总的边频功率占总功率的百分比是多少？已知某调幅信号：第67页/共223页ma=0.43、解：课堂练习u(t)=2cos2π×106t+0.4cos2π(106+5×103)t+0.4cos2π(106-5×103)t(V)求：1、调幅系数为多少？定性绘出u(t)的波形。

2、u(t)的频带宽度为多少？

3、若载波功率为100W，则总的边频功率占总功率的百分比是多少？已知某调幅信号：第68页/共223页

某调幅发射机的制式为普通调幅波，已知调制信号频率为100Hz～5kHz，载波频率为500kHz，载波功率为10W，调制系数为0.5，试求：（1）该调幅波的频带宽度；（2）该调幅波的总功率；（3）最大调幅系数下的总功率。课堂练习第69页/共223页课堂练习

某调幅发射机的制式为普通调幅波，已知调制信号频率为100Hz～5kHz，载波频率为500kHz，载波功率为10W，调制系数为0.5，试求：

（1）该调幅波的频带宽度；（2）该调幅波的总功率；（3）最大调幅系数下的总功率。第70页/共223页课堂练习

某调幅发射机的制式为普通调幅波，已知调制信号频率为100Hz～5kHz，载波频率为500kHz，载波功率为10W，调制系数为0.5，试求：（1）该调幅波的频带宽度；

（2）该调幅波的总功率；（3）最大调幅系数下的总功率。第71页/共223页课堂练习

某调幅发射机的制式为普通调幅波，已知调制信号频率为100Hz～5kHz，载波频率为500kHz，载波功率为10W，调制系数为0.5，试求：（1）该调幅波的频带宽度；（2）该调幅波的总功率；

（3）最大调幅系数下的总功率。第72页/共223页

已知载波频率为500KHz，振幅为20V，调制信号频率为10KHz，输出调幅信号的包络振幅为7.5V，求：（1）上、下边频f1、f2（2）调幅系数ma（3）调制后载波及上、下边频的振幅（4）画出输出调幅波的波形和频谱（5）包络振幅的最大值、最小值（6）已调波表达式（7）单位电阻上消耗的载波功率、总边频功率、调幅波总功率及已调波的带宽课堂练习第73页/共223页

已知载波频率为500KHz，振幅为20V，调制信号频率为10KHz，输出调幅信号的包络振幅为7.5V，求：（1）上、下边频f1、f2（2）调幅系数ma课堂练习第74页/共223页

已知载波频率为500KHz，振幅为20V，调制信号频率为10KHz，输出调幅信号的包络振幅为7.5V，求：（3）调制后载波及上、下边频的振幅载波振幅边频振幅课堂练习第75页/共223页

已知载波频率为500KHz，振幅为20V，调制信号频率为10KHz，输出调幅信号的包络振幅为7.5V，求：（4）画出输出调幅波的波形和频谱课堂练习第76页/共223页

已知载波频率为500KHz，振幅为20V，调制信号频率为10KHz，输出调幅信号的包络振幅为7.5V，求：（5）包络振幅的最大值、最小值包络振幅的最大值：最小值：（6）已调波表达式课堂练习第77页/共223页

已知载波频率为500KHz，振幅为20V，调制信号频率为10KHz，输出调幅信号的包络振幅为7.5V，求：（7）单位电阻上消耗的载波功率、总边频功率、调幅波总功率及已调波的带宽课堂练习第78页/共223页6.2调幅信号的解调****第六章振幅调制、解调及混频第79页/共223页(一)调幅解调的方法***第80页/共223页调幅解调的方法

振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类。包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。由于AM信号的包络与调制信号成线性关系,因此包络检波只适用于AM波。第81页/共223页图6―30包络检波的原理框图调幅解调的方法第82页/共223页调幅解调的方法

同步检波可用来解调AM、DSB和SSB信号，又可以分为乘积型和叠加型两类。它们都需要用恢复的载波信号ur进行解调。第83页/共223页调幅解调的方法第84页/共223页(二)二极管峰值包络检波器****第85页/共223页二极管峰值包络检波器

图6―33二极管峰值包络检波器第86页/共223页二极管峰值包络检波器第87页/共223页二极管峰值包络检波器第88页/共223页1传输系数Kd

检波器传输系数Kd或称为检波系数、检波效率,是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。若输入载波电压振幅为Um,输出直流电压为Uo,则Kd定义为(6―43a)包络检波器的性能指标第89页/共223页1传输系数Kd

检波器传输系数Kd或称为检波系数、检波效率,是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。对AM信号，定义为检波输出低频电压振幅与输入高频已调波包络振幅之比(6―43b)包络检波器的性能指标第90页/共223页图6―35检波器稳态时的电流电压波形包络检波器的性能指标(6―44)第91页/共223页式中uD=ui-uo,gD=1/rD当ωt=θ时，iD=0，即其中包络检波器的性能指标(6―51)传输系数(6―48)第92页/共223页(6―45)式中uD=ui-uo,gD=1/rD当ωt=0时包络检波器的性能指标iD是周期性余弦脉冲,其平均分量I0为基频分量为

(6―46)(6―47)第93页/共223页2输入电阻Ri包络检波器的性能指标检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci第94页/共223页包络检波器的性能指标2输入电阻Ri

输入电阻是输入载波电压的振幅Um与检波器电流的基频分量振幅I1之比值,即(6―52)

输入电阻是前级的负载,它直接并入输入回路,影响着回路的有效Q值及回路阻抗。由式(6―47),有(6―53)第95页/共223页包络检波器的性能指标2输入电阻Ri(6―53)当θ很小时,sinθ≈θ-θ3/6,cosθ≈1-θ2/2(6―51)代入可得(6―54)第96页/共223页包络检波器的性能指标3检波器的失真1)惰性失真（对角切割失真）产生原因：

调幅波包络下降时，由于时间常数RC太大，电容C的放电速度跟不上输入电压包络的下降速度。第97页/共223页避免产生惰性失真的条件：

电容上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即检波器的非线性失真1)惰性失真（对角切割失真）分析可得：第98页/共223页2)负峰切割失真产生原因：检波器交、直流负载电阻不同，且调幅度过大。检波器的非线性失真第99页/共223页

通常情况下，检波器输出须通过耦合电容Cg，与输入电阻为Rg的低频放大电路相连接。2)负峰切割失真交、直流负载电阻不同检波器的非线性失真R==RR≈=R//Rg直流负载：交流负载：第100页/共223页

因Cg较大，在音频一周内，其两端的直流电压基本不变，可以把它看作一直流电源UC

。它在电阻R和Rg上产生分压，在电阻R上的压降为:

2)负峰切割失真交、直流负载电阻不同检波器的非线性失真第101页/共223页

要避免负峰切割失真,应满足：2)负峰切割失真g检波器的非线性失真R==RR≈=R//Rg第102页/共223页R直=R1+R2R交=R1+R2//RL=R1+R'交

R1足够大时，R'交的影响减小，不易产生负峰切割失真。检波电路的改进改进电路之一：第103页/共223页检波电路的改进

请根据下面的避免产生负峰切割失真的条件式，自行分析其改进原理！g改进电路之二：第104页/共223页某收音机二极管检波器的实际电路包络检波的实际电路第105页/共223页课堂练习

二极管峰值包络检波电路如下图所示，us为调幅信号，其调制信号频率F=100～10000Hz，试求不产生惰性失真和负峰切割失真的调幅指数。+us-+uo-VDC0.01uFRL4.7KCc20uFRg2K第106页/共223页不产生惰性失真课堂练习

二极管峰值包络检波电路如下图所示，us为调幅信号，其调制信号频率F=100～10000Hz，试求不产生惰性失真和负峰切割失真的调幅指数。+us-VDC0.01uFRL4.7KCc20uFRg2K第107页/共223页不产生负峰切割失真课堂练习

二极管峰值包络检波电路如下图所示，us为调幅信号，其调制信号频率F=100～10000Hz，试求不产生惰性失真和负峰切割失真的调幅指数。+us-VDC0.01uFRL4.7KCc20uFRg2K第108页/共223页

在二极管峰值包络检波电路中，己知调制信号频率

F=(100～5000)Hz，mamax=0.8，试求电路不产生惰性失真和负峰切割失真的C和Rg。Cc+us-+uo-VDCRL24K30uFRg1KRL1课堂练习第109页/共223页不产生惰性失真

在二极管峰值包络检波电路中，己知调制信号频率

F=(100～5000)Hz，mamax=0.8，试求电路不产生惰性失真和负峰切割失真的C和Rg。Cc+us-VDCRL24K30uFRg1KRL1课堂练习第110页/共223页不产生负峰切割失真

在二极管峰值包络检波电路中，己知调制信号频率

F=(100～5000)Hz，mamax=0.8，试求电路不产生惰性失真和负峰切割失真的C和Rg。Cc+us-VDCRL24K30uFRg1KRL1课堂练习第111页/共223页isLRe0C1vivo课堂练习

二极管包络检波电路如下图所示。已知输入回路的谐振频率f0=465kHz,空载谐振阻抗Re0=12kΩ，检波负载电阻R=6kΩ，C1=0.01μF，二极管导通电阻rd=50Ω，若输入信号is=(1+0.5cos8π×103t)cos2π×465×103tmA，试求：（1）输出电压vo(t)，（2）检查是否会产生惰性失真。

第112页/共223页isLRe0C1vivo课堂练习vo(t)

=kdvi(t)

二极管包络检波电路如下图所示。已知输入回路的谐振频率f0=465kHz,空载谐振阻抗Re0=12kΩ，检波负载电阻R=6kΩ，C1=0.01μF，二极管导通电阻rd=50Ω，若输入信号is=(1+0.5cos8π×103t)cos2π×465×103tmA，试求：（1）输出电压vo(t)，（2）检查是否会产生惰性失真。

vi(t)=is(Re0//Ri)Ri提示：第113页/共223页课堂练习

二极管包络检波电路如下图所示。已知输入回路的谐振频率f0=465kHz,空载谐振阻抗Re0=12kΩ，检波负载电阻R=6kΩ，C1=0.01μF，二极管导通电阻rd=50Ω，若输入信号is=(1+0.5cos8π×103t)cos2π×465×103tmA，试求：（1）输出电压vo(t)，（2）检查是否会产生惰性失真。

vo(t)

=kdvi(t)vi(t)=is(Re0//Ri)提示：第114页/共223页课堂练习输入电压

vi=isRe=2.4(1+0.5cos8π×103t)cos2π×465×103tV有载谐振阻抗Re=Re0//Ri=12//3=2.4kΩ检波器的输入电阻Ri=R/2=6/2=3kΩ

二极管包络检波电路如下图所示。已知输入回路的谐振频率f0=465kHz,空载谐振阻抗Re0=12kΩ，检波负载电阻R=6kΩ，C1=0.01μF，二极管导通电阻rd=50Ω，若输入信号is=(1+0.5cos8π×103t)cos2π×465×103tmA，试求：（1）输出电压vo(t)，（2）检查是否会产生惰性失真。

第115页/共223页vo=kdVi(t)=0.91×2.4(1+0.5cos8π×103t)=2.2(1+0.5cos8π×103t)V传输系数电流通角输出电压课堂练习(低频调制信号)

二极管包络检波电路如下图所示。已知输入回路的谐振频率f0=465kHz,空载谐振阻抗Re0=12kΩ，检波负载电阻R=6kΩ，C1=0.01μF，二极管导通电阻rd=50Ω，若输入信号is=(1+0.5cos8π×103t)cos2π×465×103tmA，试求：（1）输出电压vo(t)，（2）检查是否会产生惰性失真。

第116页/共223页

若不产生惰性失真，应满足因此电路不会产生惰性失真。课堂练习=

二极管包络检波电路如下图所示。已知输入回路的谐振频率f0=465kHz,空载谐振阻抗Re0=12kΩ，检波负载电阻R=6kΩ，C1=0.01μF，二极管导通电阻rd=50Ω，若输入信号is=(1+0.5cos8π×103t)cos2π×465×103tmA，试求：（1）输出电压vo(t)，（2）检查是否会产生惰性失真。

而第117页/共223页小信号平方律检波

输入高频信号的振幅小于0.2V，工作在二极管伏安特性的弯曲部分，故需外加偏置电压。

二极管小信号检波电路第118页/共223页小信号平方律检波ud=ui+VQ加在二极管的电压：第119页/共223页小信号平方律检波二极管伏安特性输入信号为普通调幅波经低通滤波后，输出分量。第120页/共223页小信号平方律检波

二极管小信号平方律检波电路由于检波效率低，失真严重，应用较少。第121页/共223页(三)同步检波**第122页/共223页同步检波的方法

同步检波（SynchronousDetector）又称为相干检波，主要用来解调DSB和SSB信号，分为乘积型和叠加型两类。它们都需要用恢复的载波信号ur进行解调。第123页/共223页

以乘积型为例，设输入信号为DSB信号,即us=UscosΩtcosωct,本地恢复载波ur=Urcos(ωrt+),这两个信号相乘同步检波的方法

经低通滤波器,且考虑ωr-ωc=Δωc在低通滤波器频带内,有(6―72)(6―73)第124页/共223页(6―73)当恢复载波与发射载波同频同相时,即ωr=ωc,=0,则

同步检波的方法uo=UocosΩt(6―74)若恢复载波与发射载频有一定的频差,则uo=UocosΔωctcosΩt

(6―75)引起振幅失真。若有一定的相差,则uo=UocoscosΩt

(6―76)第125页/共223页同步检波的方法

从以上分析可见，载波恢复性能的好坏，直接关系到同步检波性能的优劣。低通滤波器载波恢复电路vAM(t)vr(t)vO(t)第126页/共223页载波恢复电路若是解调普通AM波，载波恢复电路的组成框图为：第127页/共223页载波恢复电路若是解调DSB波，载波恢复电路的组成框图为：如若输入信号为单频率调制的DSB信号，即

经平方器后的输出为

第128页/共223页载波恢复电路若是解调DSB波，载波恢复电路的组成框图为：经过带通滤波器取出再经二分频，即可得到同步信号。第129页/共223页载波恢复电路

若是解调SSB波，可在发射端发射单边带信号的同时发射导频信号，在接收端采用高选择性的窄带滤波器从输入信号中取出该导频信号，经过放大后即可作为同步信号。第130页/共223页同步检波的方法对于叠加型同步检波器：输入为DSB信号本地振荡信号合成信号通过包络检波器便可检出所需的调制信号。+ur–DRLC+u0–~~+uS–为AM波第131页/共223页6.3混频****第六章振幅调制、解调及混频第132页/共223页高频放大解调器低频放大输入回路直接放大式接收机方框图第133页/共223页超外差式接收机方框图高频放大混频器中频放大解调器低频放大输入回路自动增益控制本地振荡器第134页/共223页(一)混频的概述****第135页/共223页混频（变频）

在通信接收机中,混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号,而保持其调制规律不变。uL(fL)混频器us(fc)vI(fI)第136页/共223页

在超外差式广播电视接收机中，混频电路的作用是：将载频位于535kHz～1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为465kHz的调幅信号,

将载频位于88MHz～108MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号,

将载频位于48.5MHz～958MHz频段内各电视台信号变换为中频为38MHz的电视信号。

混频（变频）第137页/共223页

因为中频比外来信号频率低且固定不变，中频放大器容易获得比较大的增益，从而提高收音机的灵敏度。在较低而又固定的中频上，还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的邻道选择性。混频（变频）

由于设计和制作增益高，选择性好,工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易，所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。第138页/共223页

如果电路本身既产生振荡信号又实现变频，则称之为变频器；如果器件仅实现变频，振荡信号由其它器件产生则称之为混频器。

混频（变频）电路第139页/共223页

混频电路的频谱搬移=fLfc混频前：混频后：第140页/共223页三种频谱线性搬移功能第141页/共223页

混频器的工作原理设输入到混频器的已调信号us和本振电压uL分别为

us=UscosΩtcosωct

uL=ULcosωLt

这两个信号的乘积为(6―85)usuL=UsULcosΩtcosωctcosωLt第142页/共223页(6―86)

若中频fI=fL-fC，经带通滤波取出所需边带，可得中频电压为

混频器的工作原理第143页/共223页混频器的主要性能指标1)变频增益变频电压增益定义为变频器中频输出电压振幅UI与高频输入信号电压振幅Us之比,即(6―88)第144页/共223页混频器的主要性能指标1)变频增益

变频功率增益为输出中频信号功率PI与输入高频信号功率Ps之比,即

通常用分贝数表示变频增益,有(6―89)(6―90)(6―91)第145页/共223页混频器的主要性能指标2)噪声系数混频器的噪声系数NF定义为输入信噪比(信号频率)

输出信噪比(中频频率)

(6―92)

混频器常作为超外差接收系统的前级，对整机的噪声系数影响大。所以希望混频级的NF越小越好。

第146页/共223页混频器的主要性能指标变频器的失真主要有:频率失真

非线性失真

变频器还会产生各种非线性干扰,如组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。3)失真与干扰第147页/共223页混频器的主要性能指标混频器中输出与输入信号幅度应成线性关系。实际上由于非线性器件的限制,当输入信号增加到一定程度时,中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系。4)变频压缩(抑制)第148页/共223页5)选择性混频器的中频输出应该只有所要接收的有用信号(即fI=fL-fc),而不应该有其它不需要的干扰信号。但在混频器的输出中,由于各种原因总会混杂很多与中频频率接近的干扰信号。混频器的主要性能指标

为了抑制这些不需要的干扰信号，要求中频输出回路具有良好的选择性，矩形系数趋近于1。第149页/共223页(二)混频电路**第150页/共223页

晶体三极管混频器(6―93)第151页/共223页经集电极谐振回路滤波后,得到中频电流iI(6―94)

晶体三极管混频器第152页/共223页本振信号注入方式:

基极注入：串联馈入方式(a)

并联馈入方式(b)射极注入：(c)

晶体三极管混频器第153页/共223页

实际混频电路AM收音机变频电路第154页/共223页

实际混频电路FM收音机变频电路P235第155页/共223页

实际混频电路电视接收机混频电路第156页/共223页共基组态，输入阻抗小，但高频特性好，上限频率高

实际混频电路电视接收机混频电路第157页/共223页高通滤波高放混频本振第158页/共223页

二极管平衡混频电路第159页/共223页

二极管平衡混频电路

输入信号us为已调信号；本振电压为uL,有UL>>Us,大信号工作,由第5章可得输出电流io为输出端接中频滤波器,则输出中频电压uI为第160页/共223页

二极管环形混频器第161页/共223页二极管环形混频器的输出电流io为经中频滤波后,得输出中频电压

二极管环形混频器第162页/共223页其它混频电路

除晶体管混频电路和二极管混频电路外，第5章介绍的频谱线性搬移电路均可完成混频功能，如差分对混频器、模拟乘法器构成的混频器等。第163页/共223页差分对混频器第164页/共223页模拟乘法器的基本原理

YXOvKvv=Ebe26mV)+(1Irb»XELOmV26'vIRvbb-»eXYLXEL2mV26'mV26'RvvRvIR»=第165页/共223页模拟乘法器的基本原理

模拟乘法器是一种能实现模拟量相乘的集成电路，设vO和vX、vY分别为输出和两路输入

其中K为比例因子，具有的量纲。模拟乘法器的电路符号如下第166页/共223页变跨导式模拟乘法器

前示电路对非线性失真等因素没有考虑，相乘的效果不好。实际的变跨导模拟乘法器的主要电路环节如左图所示。第167页/共223页用模拟乘法器构成混频器第168页/共223页

场效应管混频电路

场效应管混频电路结构与晶体管混频电路相似，有源极注入式和栅极注入式；优点：场效应管近似为平方律特性，因此组合频率分量少；另外场效应管的噪声电平也较晶体管低；缺点：场效应管跨导小，因此变频增益比晶体管低。第169页/共223页

场效应管混频电路第170页/共223页

场效应管混频电路栅极注入式第171页/共223页

场效应管混频电路源极注入式第172页/共223页

场效应管平衡混频电路uGS1=us+uLuGS2=-us+uLiD1=a(us+uL)+b(us+uL)2iD2=a(-us+uL)+b(-us+uL)2iD=iD1-iD2=2aus+4busuL第173页/共223页6－24图示为二极管平衡电路，用此电路能否完成振幅调制（AM、DSB、SSB）、振幅解调、倍频、混频功能？若能，写出u1、u2应加什么信号，输出滤波器应为什么类型的滤波器，中心频率f0、带宽B如何计算？课堂练习U2>>U1：U1>>U2：ω1、(2n+1)ω1±ω2,n=0,1,2,…第174页/共223页6－24图示为二极管平衡电路，用此电路能否完成振幅调制（AM、DSB、SSB）、振幅解调、倍频、混频功能？若能，写出u1、u2应加什么信号，输出滤波器应为什么类型的滤波器，中心频率f0、带宽B如何计算？课堂练习

将u1加载波信号，u2加调制信号，可实现AM调制。滤波器为带通滤波器，f0=fC，B0.7=2Fmax。fCfC-FfC+FfC-3FfC+3FfCfC-FfC+F3fC-F3fC+FUΩ>>UC：UC>>UΩ

：第175页/共223页6－24图示为二极管平衡电路，用此电路能否完成振幅调制（AM、DSB、SSB）、振幅解调、倍频、混频功能？若能，写出u1、u2应加什么信号，输出滤波器应为什么类型的滤波器，中心频率f0、带宽B如何计算？课堂练习

将u1加调制信号，u2加载波信号，可实现DSB或SSB调制。滤波器为带通滤波器，DSB调制时，f0=fC，B0.7=2Fmax；SSB调制时，f0=fC±(Fmin+

Fmax)/2，B0.7=Fmax-Fmin≈Fmax。第176页/共223页6－24图示为二极管平衡电路，用此电路能否完成振幅调制（AM、DSB、SSB）、振幅解调、倍频、混频功能？若能，写出u1、u2应加什么信号，输出滤波器应为什么类型的滤波器，中心频率f0、带宽B如何计算？课堂练习

将u1加调幅信号，u2加载波信号，可实现振幅解调。滤波器为低通滤波器，上限频率fh>Fmax。uo=UocosΩt第177页/共223页6－24图示为二极管平衡电路，用此电路能否完成振幅调制（AM、DSB、SSB）、振幅解调、倍频、混频功能？若能，写出u1、u2应加什么信号，输出滤波器应为什么类型的滤波器，中心频率f0、带宽B如何计算？课堂练习

将u1加已调信号，u2加本振信号，可实现混频。滤波器为带通滤波器，中心频率为中频频率，f0=fL-fc，B0.7=2Fmax。第178页/共223页6－24图示为二极管平衡电路，用此电路能否完成振幅调制（AM、DSB、SSB）、振幅解调、倍频、混频功能？若能，写出u1、u2应加什么信号，输出滤波器应为什么类型的滤波器，中心频率f0、带宽B如何计算？课堂练习

将u1加正弦信号，u2不加信号，可实现倍频。滤波器为窄带滤波器，中心频率为所需倍频的频率。第179页/共223页6.4混频器的干扰****第六章振幅调制、解调及混频第180页/共223页混频干扰

除了有用信号之外的所有信号统称为干扰。混频器件的非线性是产生各种干扰的根源，混频干扰主要包括：

信号与本振自身形成的组合频率干扰；外来干扰与本振形成的副波道干扰；外来干扰之间形成的互调干扰；外来干扰与信号形成的交调干扰；第181页/共223页(一)信号与本振的自身组合干扰****第182页/共223页信号与本振的自身组合干扰

对混频器而言,作用于非线性器件的两个信号为输入信号us(fc)和本振电压uL(fL),则非线性器件产生的组合频率分量为

fΣ=±pfL±qfc(6―102)

当有用中频为差频时,即fI=fL-fc或fI=fc-fL,只存在pfL-qfc=fI或qfc-pfL=fI两种情况可能会形成干扰,即

pfL-qfc≈±fI(6―103)第183页/共223页信号与本振的自身组合干扰第184页/共223页信号与本振的自身组合干扰fL－fC=465kHz=fI例：设某电台fC=931kHz则本振fL=931+465=1396kHz5fC－3fL=5×931－3×1396=467kHz≈fI正常中频信号也可通过中频通道形成干扰！第185页/共223页信号与本振的自身组合干扰

能产生中频组合分量的信号频率、本振频率与中频频率之间存在着下列关系(6―104)当取fL-fc=fI时,上式变为(6―105)fc／fI称为变频比。第186页/共223页编号123456789101112

p011212312341

q123344455556fC/fI12132/33/241/21252/5fc／fI与p、q的关系例：设某电台fC=931kHz

fC/fI=931/465≈2则fL=931+465=1396kHz查表可知，存在2、10号干扰：5fC－3fL=5×931－3×1396=467kHz2fC－fL=2×931－1396=466kHz信号与本振的自身组合干扰“干扰哨声”第187页/共223页编号123456789101112

p011212312341

q123344455556fC/fI12132/33/241/21252/5fc／fI与p、q的关系信号与本振的自身组合干扰干扰哨声的形成干扰哨声的抑制：减少干扰点的数目提高干扰的阶数采用合理的电路形式第188页/共223页(二)外来干扰与本振的组合干扰****第189页/共223页外来干扰与本振的组合干扰

这种干扰是指外来干扰电压与本振电压由于混频器的非线性而形成的假中频，也称为副波道干扰、寄生通道干扰。设干扰电压为uJ(t)=UJcosωJt,频率为fJ，接收机在接收有用信号时,某些无关电台也可能被同时收到,表现为串台,还可能夹杂着哨叫声。第190页/共223页外来干扰与本振的组合干扰第191页/共223页外来干扰与本振的组合干扰

如果干扰频率fJ满足：pfL－qfJ≈±fI，即就能形成干扰。用fL=fc+fI代入上式,可得(6―107)这一类干扰主要有中频干扰、镜频干扰和其它副波道干扰。第192页/共223页中频干扰

当干扰频率fJ等于或接近于接收机中频fI时,如果接收机前端电路的选择性不够好,干扰电压一旦漏到混频器的输入端,混频器对这种干扰相当于一级(中频)放大器,从而将干扰放大,并顺利地通过其后各级电路,在输出端形成干扰。第193页/共223页中频干扰(6―107)

中频干扰fJ≈fI

，即p=0、q=1,是一阶干扰。中波段低端对中频干扰的抑制能力最弱。第194页/共223页中频干扰

抑制中频干扰的措施主要是提高前端电路的选择性和加中频陷波电路。第195页/共223页镜频干扰

设混频器中fL>fc，当外来干扰频率fJ=fL+fI时，uJ与uL共同作用在混频器输入端，也会产生差频fJ-fL=fI，即p=1、q=1，从而在接收机输出端听到干扰电台的声音。例：580kHz1045kHz1510kHz第196页/共223页镜频干扰

中频干扰的频率是固定的,但镜频干扰的频率随着信号频率的变化而变化。第197页/共223页组合副波道干扰

若只观察p=q时的部分干扰,这时式(6―107)变为(6―108)

当p=q=2,3,4时，fJ分别为fL±

fI/2，fL±

fI/3，fL±

fI/4，其中最严重的是fL－

fI/2第198页/共223页

对于fJ=fL–

fI/2，有2fL–2

fJ=fI，为四阶组合干扰，阶数最低且距fC最近。当p=q=2,3,4时，fJ分别为fL±

fI/2，fL±

fI/3，fL±

fI/4

抑制这种干扰的主要方法是提高中频数值和提高前端电路的选择性。组合副波道干扰

若只观察p=q时的部分干扰,这时式(6―107)变为(6―108)第199页/共223页组合副波道干扰例：某调幅广播接收机在接收1090kHz的电台信号时，可以收到1323kHz的电台信号，试分析这是什么干扰？

接收1090kHz信号时，同时可以收到1323kHz的信号，说明这是一个副波道干扰信号，它与本振信号混频，产生了接近中频的干扰信号。此时本振频率为fL=1090+465=1555kHz，根据pfL－qfJ=±fI的判断条件，当p=2、q=2时，2fL－2fJ=3110－2646=464≈fI。因此断定这是4阶副波道干扰。第200页/共223页(三)交叉调制干扰（交调干扰）****第201页/共223页交叉调制干扰（交调干扰）

交调干扰的形成与本振无关,它是有用信号与干扰信号一起作用于混频器时，由混频器的非线性形成的干扰。

交调干扰的表现为：当收听有用信号声音的同时，也可听到干扰信号的声音，一旦有用信号消失，干扰台的声音也随之消失。第202页/共223页交叉调制干扰（交调干扰）

i=a0+a1u+a2u2+a3u3+a4u4+…

若设u=us+uL+uJ,在输出电流表达式中,四次方项产生的中频分量为3a4UsUJ2ULcos2π(fL–fc)t。显然这个中频分量与二次方项a2u2

产生的有用中频分量a2UsULcos2π(fL–fc)t不同,因为它的振幅是受外来干扰uJ的振幅UJ控制的。第203页/共223页交叉调制干扰（交调干扰）

交调干扰的含义：一个已调的强干扰信号与有用信号同时作用于混频器，由于混频器的非线性作用，将干扰的调制信号调制到了中频载波上，即将干扰的调制信号转移到有用信号的载波上，再与本振混频得到中频信号，从而形成干扰。

交调干扰的表现：当收听有用信号声音的同时，也可听到干扰信号的声音，一旦有用信号消失，干扰台的声音也随之消失。3a4UsUJ2ULcos2π(fL–fc)t。第204页/共223页交叉调制干扰（交调干扰）第205页/共223页抑制交调干扰的措施：

(1)提高前级电路的选择性;(2)选择合适的器件，合适的工作点，使不需要的非线性项（4次方项）尽可能小，以减少组合频率分量。交叉调制干扰（交调干扰）3a4UsUJ2ULcos2π(fL–fc)t。第206页/共223页(四)互调干扰****第207页/共223页互调干扰

互调干扰是指两个或多个干扰信号同时作用于混频器的输入端，由混频器的非线性产生近似为中频的组合分量，落入中放通频带之内形成的干扰。

表现特点：同时接收到多个干扰信号，且一个干扰信号消失时另一个也随之消失。第208页/共223页互调干扰设两个干扰信号为同时作用于混频器的输入端与本振由四次方项a4u4可分解出uJ12uJ2uL项,其中有第209页/共223页互调干