西南科大高频电子线路课件第五章

第5章振幅调制、解调与混频电路调制、解调与混频在通信电路起何作用？处于发射机和接收机什么位置？振幅调制、解调与混频电路的输入和输出信号频谱有何特点？振幅调制、解调与混频电路如何构成？有哪些类型？如何分析振幅调制、解调与混频电路？有哪些性能参数？如何计算？5.1振幅调制的基本原理在无线电通信系统中，将信号从发射端传输到接收端时，信号的原始形式一般不适合传输，必须进行调制和解调，所谓调制是将需要传送的信息装载到某一高频振荡信号（载波）上去的过程。在接收端收到了已调波信号后，需要将载波去掉，还原成原有的信息，即调制信号，这个过程是与调制相反的过程，称为解调。调制可分为振幅调制、频率调制和相位调制，简称为调幅、调频和调相，分别对应的解调有检波、鉴频和鉴相。无线电通信发射机的组成框图振荡器高频放大器调制倍频话筒调制信号放大器载波uc调制信号uΩ已调波uAM5.1.1普通调幅波所谓调制，就是使幅度、频率、或相位随调制信号的大小而线性变化的过程。分别称为振幅调制、频率调制或相位调制，简称调幅、调频和调相。解调是调制的相反过程，即从已调波信号中恢复原调制信号的过程。与调幅、调频和调相相对应，有振幅解调、频率解调和相位解调，简称检波、鉴频和鉴相。正弦波一般可表示为：1.AM调幅波的数学表达式设：单音调制信号载波调幅信号（已调波）包络函数称为调幅度、调幅指数或调制系数。kf为比例系数，称为调制灵敏度。2、调幅信号波形一般Ma值越大调幅越深：

仿真载波分量上边带分量下边带分量电压振幅调幅波的频谱图3.AM调幅波的频谱及带宽单音调幅波频谱宽度等于调制信号频率的二倍，即：2)多音调幅波的频谱频谱宽度是调制信号最高频率的二倍，即：电压振幅调幅波的频谱图将单音调幅波电压加到电阻RL两端，得调幅波各频率分量在RL上消耗的功率分别是：⑴载波功率⑵上下边带功率4.AM调幅波的功率分配⑴载波功率⑵上下边带功率结论：能量传送时，由AM传送改为边带传送可节约能量。怎样能抑制掉载波，只保留两个边带呢？当Ma最大为1时，边带功率只占整个调幅波功率的1/3。5.实现AM调幅波的数学模型在AM调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就可形成双边带信号。可以用载波和调制信号直接相乘得到。DSB波数学表达式：5.1.2双边带调幅信号（DSB）DSB波的波形与频谱：双边带调制波的上下边带包含的信息相同，两个边带发射是多余的，为节省频带，提高系统的功率和频带的利用率，常采用单边带调制系统。SSB的数学表达式上边带下边带5.1.3单边带调幅信号（SSB）SSB(上边带)的波形图与频谱图调幅过程是把调制信号的频谱从低频搬移到载频的两侧，搬移过程中，频谱的结构不发生变化，属于频谱的线性搬移。高电平调制（主要用于AM波）基极调制二极管调制器晶体管调制器集成模拟调制器调制方法分类低电平调制（用于AM、DSB、SSB、FM波）集电极调制相乘器5.2振幅调制电路

I0(t)=f(UQ+u1)：时变静态电流。g(t)=f'(UQ+u1)：时变跨导。g(t)=f'(UQ+u1)

i=f(u)=f(UQ+u1+u2)设U1m>>U2m，可将UQ+u1看成元器件的交变工作点，则i=f(u)可在其工作点UQ+u1处展开为泰勒级数：5.2.1非线性电路的线性时变分析法由于u2较小，可忽略u2的二次方及以后各项，得近似表达式：若u1=Um1co训sω1t,u2=Um2co涛sω2t，在周驴期性杰电压UQ+Um1co周s·ω1t作用喊下，g(t)和I0(t)都是宁周期督性变俩化的截，所休以可跳展开犯为傅俭里叶校级数蜘：其中同样溪，I0(t)也可斯以展鞋开为汇傅里穷叶级迅数:可求益得：由上晋式可日以看讯出,i中含蒜有直摔流分羞量,ω1的各歇次谐导波分巷量以悉及|±nω1±ω2|分量(n=0画,林1,扒2哄,锡…)。对于洁二极宜管来魄说，喇若u1的振洲幅足锤够大街时，料可采情用两栏段折低线表乒示伏天安曲灿线。设UQ=0，则挣二极享管半执周导妄通半勒周截荐止，旦完全负受u1的控畏制。洁这种泽工作联状态妥称为开关爽工作伏状态,是线枪性时掌变工检作状貌态的捷一种厦特例锐。在陆导通益区，g(u)是一弄个常死数gD，而g(t)是一庭个矩角形脉巾冲序似列写遍为gDK1(ω1t)。二极规管电帖流：单向下开关撑函数双向斤开关体函数单向蹲开关电函数开关哄函数撤：1.二极疯管电尽路iL=iD1-iD25.穿2.庄2低电简平调劫幅电傲路（1）二骄极管哥平衡精调幅萄器uc(t)=UcmcosωctuΩ(t)=UΩmcosΩtuc为大需信号龙，uΩ为小舍信号尤。Ucm>>UΩm设：uc控制恢二极父管D1、D2开关爷工作绳。iL含频悦谱分睡量：Ω，ωc±Ω，3ωc±Ω…距…ωcωc+ΩωcΩΩ3ωc3ωcΩ3ωc+Ω5ωc5ωcΩ5ωc+Ωw输出扒端采板用中自心频穷率为ωc、带亭宽为2Ω的带精通滤肢波器渠时，画就可史以产径生DS益B调幅先信号垮：(2谷)二极膨管环影形(双平池衡)调幅愉器uc＝Ucmco全sωctuΩ＝UΩmco徒sΩtiL经过LC带通绒滤波席器（嫁中心占频率ωc，BW3d睁B=2卵Ω），事得输套出uo为不惩失真键的uDS源B。Ucm>>UΩm环形(双平纱衡)调幅桶器可罗看成撕是由啦两个各二极予管平胃衡混劝频电会路组捧合而细成的进。其悦分析具方法离与二猎极管雅平衡盛调幅海电路愧相同词。与爆二极老管平烦衡调贺幅器遗相比管，环艇形调怜幅器精不仅偏频谱蛾更纯哥净，谣而且变在相咐同输违入信着号作雕用下屠，调善制效丙率也聪提高翁了一浓倍。(3鞠)集成霜模拟格相乘冲器调写幅电流路1.集电喘极调坡幅电释路5.供2.欲3高电粪平调殊幅电醉路要实兆现集按电极笑调幅面，应框使放蔽大器枣工作糠在过痰压区村。集电宁极调距幅的挥波形2.基极腥调幅桨电路要实它现基裂极调养幅，奇应使扮放大仍器工固作在译欠压掀区。基极屿调幅喘的波智形5.进3振幅盒检波支电路检波复：是暖从已像调幅谦波中村还原传出原倒调制寻信号久的过诱程。它是旱振幅宽调制胖的逆西过程屿。检波披器功钩能：●实现叫频谱职线性喜搬移劣。●检波混器分骡类5.条3.方1振幅东检波雹的基享本原缸理检波扮器的言输入江、输尺出波愤形调幅波频谱ωc+Ωωc-Ωωcω输出信号频谱Ωω1.电路速组成uAM、VD、CRL三者顶是串联糠关系耐。电路焦工作飞在大内信号摘状态蠢，输入狮信号妥在1V左右绿。5.加3.受2二极耳管包援络检见波电倦路条件：为什幻玉么要柴满足步这两插个条粮件？实际游是一兴低通捧电路理想横情况节下：Z(ωc)=爬0，Z(Ω)=RL2.工作忆原理大信逝号的乡丰检波狂过程哄，主此要是敢利用涛二极验管的单向腐导电特性喘和检源波负仙载RC的充艰放电过程楼。输出端电压二极管上电压UAVuav(t)tuAV(t)uAM(t)uAV(t)t仿真输入厚为AM波时秘检波绘器的劫输出抽波形秧图3.主要倡性能奏指标用傅朋氏级格数对i进行管分解昨，其土中直吹流分孩量为设输牧入为枪高频摇等幅芳波（1）四电压递传输反系数负载RL上得带到的倦平均棍电压归：两边同除得将其中级数展开：得：导通鲜角4.非线性失真惰性失真负峰切割失真由能量守恒原理可知，由于很小，消耗在RD上的功率可以忽略，所以检波器输入的高频功率全部转换为输出的平均功率，而，所以有。

（2）等效输入电阻1)惰性卡失真现象董：RLCL太大贝，放升电速帝度跟沿不上镇包络势下降竭的速驻度所个致。这种符现象葱是什翠么原页因引泊起的屋？4.非线靠性失渴真为了疗避免说惰性咳失真番，应息使电到容C放电辟的速落度大每于或等于董包络你的下抖降速场度，盯即因此唐得到雀避免顽产生善惰性精失真乡丰的条膏件：（多音）仿真2)负峰驶切割灶失真穴（劲或称砍底部愿切割拒失真夺）原因杨：检波杨器与病下一逼级级惧连时抱，必城须加缝入隔哗直耦歇合电庸容Cc，Ri2为下袖一级羊负载泼，这怠样检透波器倒的直单流负悦载为RL，交兴流负载帜为RΩ＝RL∥Ri2，交直跳流负剑载不扒同，梢将引姓起底器部失偿真。电路傍：RΩ＝RL∥Ri2交流音负载攀，RL直流睛负载贝。因为Cc较大虽，其注两端挽直流晕电压橡基本侦不变滋，近晨似等熄于载锤波振幅领值Vcm，可预视为届一直陪流电拖源。呆它在押电阻RL和Ri2上产峡生分锦压为：调幅托波的杯最小叛幅值潮为：要避泼免底闸部失舞真应粪满足雄：克服负峰副切割条件游：由得到RΩ＝RL∥Ri2交流姥负载青，RL直流拐负载中。所以有仿真克服负峰快切割措施升：将RL分成RL1和RL2两部鹊分,并通熟过隔谈直电杆容CC将与Ri2并接郊在RL2两端喊。例：景已知搜普通梦调幅袄信号值载频fc=4霜65肃kH凳z,调制净信号在频率土范围罢为30出0最Hz～34院00尤H麻z,Ma=勤0.盈3,RL=1挑0绸kΩ考,如何纲确定哄下图羊所示起二极戏管峰东值包乏络检刃波器戴有关梯元器常件参弟数?

解：一般可按以下步骤进行:检波二极管通常选正向电阻小(500Ω以下)、反向电阻大(500kΩ以上)、结电容小的点接触型锗二极管,注意最高工作频率应满足要求。RC时间常数应同时满足以下两个条件:①电容C对载频信号应近似短路,故应有 通常取;②为避免惰性失真,应有。代入已知条件,可得(1.7～3.4)×10-6≤RC≤0.15×10-33)设,则解。做为避皆免底垦部切捞割失井真,应有Ma≤R’/R,其中R’=R1+R2RL/(R2+RL)。代英入已艘知条笑件,可得R≤6竞3缘瑞kΩ。因鲁为检烂波器义的输易入电象阻Ri不应盛太小,而Ri=R/2赏,所以R不能必太小舌。取R=6阅kΩ渔,另取C=0仪.0哲1μ暖F,这样,RC=削0.樱06移×1锡0-3,满足午上一泪步对球时间欣常数政的要字求。蛾因此,R1=1验kΩ昨,R2=5营kΩ。4)Cc的取共值应虹使低狸频调何制信夏号能佳有效冻地耦止合到RL上,即满溜足:或取Cc=4论7μF5.运3.划3同步菊检波郑电路(1者)作用送：主障要解犁调DS庸B，SS乳B波，蚀也可蛙解调AM波(2亩)类型朝：本地恢复载波与原载波严格同步(同频同相)乘积嘉型乘积办型同予步检抬波是醋直接私把本果地恢扰复载掌波与舍接收震信号相乘么，用爸低通猴滤波直器将纠低频屯信号杰提取叛出来丙。本地恢复载波设理想时经低通滤波器、隔直流电容后，输出：二极峡管环中型同仙步检乖波器MC凡15骑95棉L集成毫模拟伸同步拾检波治器限幅天器相乘陈器低通姐滤波肢器5.疲4混频趋原理最与电膛路混频祥是将死某一隙频率仓的输柳入信沿号变贩换成孙另一慌个频率甚的输捧出信丝式号，机而保摩持原酷有的叼调制枯规律就不变渴的一种宇变频抛器，首混频袜的过馋程属慕于频奖谱的售线性粉搬移狭过程。混频器ooo（其中fI=

fL

-

fC表示中频频率，fL表示本振频率，fC表示载波频率）000的频谱的频谱的频谱1.混频格器的竟变频句作用混频阵器的饮实质驻是什剂么？用什简么器展件可蕉以实蛾现混凭频器炎？2.混频界原理尾的数敌学分技析

假设输入到混频器的两个信号都是余弦波，混频器的伏安特性为将代入上式，即得谐波馅分量和频佣分量差频狗分量通过梳中频塞滤波剖器将翁差频豆分量认取出领，将蜂其它委频率摇分量还滤除棉。3.混频司的实雹现混频演是频庸谱的法线性铺搬移杜过程蜓。完适成频言谱线搭性搬集移的末关键是要困获得君两个骡输入宁信号策的乘享积。也可勾利用忽非线血性器捏件的宾频率价变换善来实桥现混竖频。非线性器件带通滤波器乘法器带通滤波器晶体餐管混突频器场效种应管云混频勤器二极己管混产频器集成倍模拟光混频辫器5.违4.考1混频瞧电路1.晶体扩管混赌频电溉路（1）二暑极管项平衡镜混频秃器VLm>>VSm2.二极迟管混膏频器（2）二缘瑞极管阵环形姥混频告器(二极雄管双赔平衡镜混频握器)VLm>>VSm3.集成敌混频楚器在混亏频器借中，向通过酬非线敞性元沫件的视作用机，在见信号宿和本吐振之间、鸭干扰袍和信馋号之校间、崭干扰孝和干税扰之牌间都栏会产续生一境系列剂的组合频宇率分客量。还当其温中某羽些分价量的界频率朱等于腥或接击近于瞒中频嘴频率时，乖就会丑和有丢用的浙中频堆信号婚一起阁由混洗频电厨路输净出，贩进入钢中频放大简器，王经过脖检波浓后，娱产生拼各种厌哨叫肚声或弹嘈杂应的干蛾扰声锄，从而影尚响正邻常信锄号的平接收屋。5.秘4.获2混频辅干扰非线性元件中频滤波器组合搁频率衔干扰孕的种抢类(1秩)信号篇与本遥振的者自身贺组合要干扰跟（干额扰哨哗声）(2弹)外来闻干扰森与本乱振的是组合脑干扰号（寄拣生通端道干恳扰）(3辆)信号和和外排来干判扰、级本振拢产生峡的组探合干狡扰（伞交调踩干扰找）(4汪)两个油外来亩干扰法和本结振产军生的灿组合拾干扰共（互久调干欺扰）p、q为任畜意正醋整数胆，代掀表本闪振信错号和趟有用彩信号纤的谐怀波次圆数。1.信号鱼与本坏振的鲁自身组合概干扰（干焦扰哨允声）有用的中频信号是某些猜接近谨中频爹的分粱量，交经放萝大，躺形成吗干扰遥，称郑干扰窗哨声逝。再则舒，由续于组镇合频锯率分揉量电著流随p+q的增民加而晚减小毫，所获以对于p+q较大态值产书生的所干扰伏哨声磨可忽算略。非线性元件中频滤波器设组合频率只要满足的信号可产生干扰哨声。上式包括四种情况：如取第三、四种情况不可能，则有将代入，得或者来说当fc/fI一定参，能伍找到让对应迈的整泼数p、q时，来就会椒形成干萄扰。当中讨频fI一定馆时，粘只要被信号钳频率冲接近杂上式鞠的值泼，就懒可能产生价干扰送哨声祝。若对腔应的p、q值大，就掘意味就着阶骆数高餐，其棚分量华幅度串小，形成架的干嫌扰小宰。相剥反p、q值小茫，阶皆数小贿，则射干扰梢影响虎大。一部挽接收例机，妥当中词频频灶率确稍定后逮，在揪其工膝作频栽率范牲围内庙，由渔信号现及本志振产丸生的妄干扰订点是谣确定染的。怎样私来抑共制干模扰哨树声？编号1234567891011121314151617181920p01121231234123412312q12334445555666677788fc/fI121312/33/21/2421/211/321532/53/41/44/32/35/23/21/33/51/511/22/71/21/4某短阻波接览收机垮，波朽段范弱围为2～30映MH绩z。如fI=1睬.5址MH宏z，则变氧比fc/fI=1评.3勺3~起20，干每扰点石为2、4、6、7、10、11、14和15号。若fI=0津.5既MH快z，则可变比fc/fI=4鼓~6始0，干笋扰点挖为7号和11号。但中蜂频降捎低后米，对勺镜像纳干扰缝的抑材制不狱利，挺如选像用高界中频宴，如fI=7型0M误Hz，则箩变比fc/fI=0齐.0全29圾~0它.4躺3，干制扰点予为9、12、13、16、17、19和20号，集影响救很小绸。与p、q的关系表抑制滑干扰取哨声浴的方聚法(1)合理医选择伴中频逮数值元，中供频要遥选在岂工作绞波段泰之外蠢。例如:中波兼段广聋播调斧幅收钟音机膀的接垂收频翁段为53迁5k因HZ－16粘05伶kH捕Z。而中汗频选委在46齿5k辜HZ。调频与广播索的接仅收频万段为88访MH躺Z－10晒8M毯HZ。而中染频选垦在10怒.7费MH池Z。(2坊)采用捉合理系的电愤路形俗式。但中辣频降浊低后秀，对啄镜像聪干扰心频率慎的抑询制不同利。最好钞采用埋高中喊频方棋式。如平脱衡电第路、符环形贫电路灿、乘惧法器另等，用从电昏路上嘱抵消酿一些组部合频琴率干鼠扰。2.外来贿信号爽与本乳振的墙组合侍干扰缝（寄陪生通概道干位扰）若则干扰信号fM变换为fI，它通过中频放大器，表现为串台或哨叫声。这种厘干扰圆是指充外来泻干扰概电压绕与本万振电续压由碎于混赢频器牢的非线性盼形成椅的假蓝中频批。非线性元件中频滤波器在这法类干毒扰中吨主要逮有，中频柄干扰君和镜华像频泄率干储扰。其中有意义。fM产生蚂寄生导通道术干扰⑴中频量干扰当、时，，称中频干扰相当于一个一阶的强干扰。抑制址中频尺干扰乘的方城法：提高键前端狸电路由的选救择性包，降姜低作嗓用在合混频蝇器输和入端瞒的干因扰电牢压。舰如加爹中频源陷波昏电路朱。中频扬陷波贯电路⑵镜频碌干扰信号频率镜频干扰的频率关系当时，。将会听到干扰电台的声音

。由于和对称地位于两侧，呈镜像关系，称这种干扰为镜像频率干扰.（为二阶干扰）例：辨当收头听58桂0k苏HZ的信作号时摇，还脆有一剂个15仰10滩kH茫Z的信怖也作速用在混频档器的土输入僻端，锈可以召同时铲听到键两个木电台购的声抖音，去是什婚么干玻扰？抑制窑镜频鞋干扰肌的方拼法由于待混频色器对凯于fc和fM的变层频作袍用都役是取竟差值培，所忽以混频台器对宰镜像码干扰日无任俘何抑雾制作铃用。抑制锣镜频榴干扰掩的方叨法主嗽要是缝提高滔前端虎电路端的选巾择性性和选用纺高中骄频方帐案。镜频幅干扰脾与中赌频干择扰的腾区别竿是什普么？特点索是当秆接收章有用腥信号恳时，牌可同惩时听呆到信伟号台凑和干林扰台的声祥音。勾一旦帜有用抢信号嘱消失传，干恩扰台件的声豪音也乎随之旺消失怠。抑制谋交调袜干扰坐的措陵施，会一是奋提高领前端帅电路拥的选暗择性呀，二是严选择臂合适俯的器念件即歪工作抓状态或，使仰不需龙要的除非线布性项即尽可能骨减小也，以疫减少花组合承分量康。3.信号烤和外逗来干艰扰、匹本振余产生捞的组夏合干鹿扰（荣交调网干扰振）接收怀机前哑端电封路选禾择性顿不好牲时，窑有用如信号哈和干法扰信抵号会同时辈加到蛋混频内器的辛输入座端，寇若这享两个就信号猪均为予调幅宰波，严这通过混纳频器剃的非雀线性间作用鲁，就蔬会产雕生交递叉调庸制干被扰。互调窄干扰贯是指滥两个谢或多摆个干伐扰电钥压同廊时作垒用在阿混频粮器的输入殿端，飞由于轿混频龙器的李非线弓性作洪用，型使干我扰信贞号彼恐此混巨频，产生赢近似糟中频伏的组伞合分老量，益对有逼用信危号进长行干锻扰。抑制但互调还干扰熔的措须施，喇与抑搅制交蓄调干触扰的续措施缓相同做。4.两个叫外来熊干扰惧和本菌振产袭生的烤组合避干扰者（互欢调干器扰）(1包)包络棚失真(2适)阻塞识干扰非线晶性失打真包络柿失真狼是指布由于面混频洲器的气“非喜线性送”,输出门包络叹与输宏入包脾络不莲成正驾比。摸当输溪入信烫号为耀一振铲幅调芦制信宋号时(如AM信号),混频你器输鸣出包营络中猴出现炭新的利频率哭分量挨。当强匙干扰士信号看与有硬用信川号同弦时进歇入混奇频器摆时，仇强干朱扰会使际混频魄器工蜜作于不严重般的非久线性来区，洒使信把噪比刚大大险下降希，输出吓的有缎用信台号幅适值减诸小，畏严重皱时，扔甚至沟小到搂无法革接收爆。通常孔能减乏少互爹调干崖扰的乏措施咱，都充能改般善包仔络失仗真与榴阻塞失汗真。1.混频办电压吴增益混频渗功率扑增益要求乖混频松器能能抑睡制各岗种干挺扰。5.密4.蜜3混频惯器的销性能困指标2.隔离斜度指三撞个端盒口(输入役、本江振和福中频)相互犁之间砍的隔脖离程周度，围即本狸端口毕的信用号功庭率与休其泄敏漏到航另一拦个端对口的乔功率静之比拳。3.失真匠和干限扰4.混频透噪声5.滋5实用多电路晌举例TA雄76巧41甘BP组成躬的单职片收警音机缘瑞电路本章短小结1.本章添主要错介绍树了三富部分班内容槐：调探幅、乎检波淘和混计频。马它们玩在时赏域上歼都表绝现为窃两信海号的胡相乘罚，在生频域伏上都笋属于厨频谱挥的线团性搬甲移。送三种坦电路蜂的原渣理电右路模询型相椒同，职都由四非线克性器武件实慰现频扑率变缩慧换和悬用滤趁波器妥来滤葱除不志需要济的频衡率分菠量。吧不同沉之处皂是输鸦入信单号、钳参考孤信号朴、滤令波器么特性检在实骨现调丧幅和季检波走时各嘉有不壁同的鸭形式炼，以讨完成年特定茅要求苏的频堆谱搬服移。2.用调杂制信狂号去