第5章 振幅调制解调及混频

1、第五章振幅调制、解调和混合、5.1振幅调制信号分析5.2振幅调制电路5.3振幅调制信号的解调*5.4混合、振幅调制：调制利用调制信号的大小，使高频载波频率信号的振幅根据调制信号波形的变化而线性变化，其他参数(频率和相位) 5.1 .振幅调制信号的分析，5.2 .振幅调制电路，1 .振幅调制波的数学式的导出，(1)振幅调制波的分析，(a )将调制信号作为单频带馀弦信号载波信号，在振幅调制信号的定义中，如果调制信号的振幅与调制信号u成比例，则调制信号振幅，5.1 .振幅调制信号的分析调制信号不是单频率信号，而是连续频谱信号f(t )，其中，f(t )是平均值为零的标准化调制信号，|f(t)|max

2、=1。 另外，振幅调制波在将调制信号分解后表示为振幅调制波：2、2、2 .通常的振幅调制波的波形图，c、0m1。 (a )调制信号为单频率馀弦波，图中调制波的振幅称为振幅调制信号的包络线(参照图示)，大小为：m1时，存在振幅调制信号产生振幅调制失真的现象(参照第188页图； 因此，m不能大于1。 (b )调制信号是连续频谱信号，(a )调制信号是单频带馀弦波，3 .振幅调制信号的频谱和带宽，从图中可以看出振幅调制过程实际上是频谱移动过程，即，将调制信号的频谱移动到载波附近，在载波频率的两侧对称地配置在对单音调信号调制了振幅调制波的情况下，从频谱图可知，调制信号为连续频谱信号，对于多音频的调制信

3、号，其频率范围为(fmms (a )语音信号频谱(b )调制信号频谱、4 .正常的振幅调制波的功率关系作用于负载电阻RL，(a )载波功率，(c )在振幅调制信号的一个周期内，AM信号的平均输出功率为ma1，因此，周边频率功率之和最大占总输出功率的三分之一正常幅度调制波不经济，因为有效地利用发射器功率。一般振幅调制波的产生原理方框图，(b )发送机的功率利用率不高。 AM信号的主要特征： (a )调制信号的包络反映调制信号的变化规律，(二)抑制载波的双边带幅度调制波()分析中，为了提高设备的功率利用率，仅发送边带信号而不发送载波，由此抑制载波的双边带幅度调制波其数学式为f(t):DSB信号波形

4、，注意：1)波形或调制信号的零交叉点出现180O的相位变化。 2 )双边带调制信号的包络线不再反映调制信号的变化规则。 3 )信号既是振幅调制，又是相位调制，DSB信号的频谱和带宽，其占有的带宽还是2F，或者是调制信号频谱中最高频率的2倍，即，振幅调制波的产生原理框图， (a )抑制载波分量，因此DSB信号的功率大幅节省了发送机的发送功率的双边频带信号的主要特征：(b )双边频带调制信号的包络线不反映调制信号的变化规则如果只传输单边带信号，则称为单边带通信(SSB )。单音调制方式：或：单音调制的波形和频谱图：分析在双音调制时产生的SSB信号波形，以查看SSB信号波形的特征。 为了便于分析，两

5、个声音的振幅相等，即，将式6-22进行频谱分解而得到： 3.2音调调制时SSB的式、式(6-22 )、式(6-23 )、式(6-20 )、式(6-22 )到SSB的时域波形图、式(6-23 )到SSB的频谱图、4.2音调调制时的SSB信号的波形和频谱DSB信号是振幅调制波、5语音信号的频谱图和带宽：带宽：6sb信号的输出功率：8单侧频带信号的主要特征： (a )节约发射机的发送功率。(b )单侧频带的调制信号的频谱宽度被压缩一半，带宽利用率高。 (c )双边带调制信号的包络线不再反映调制信号的变化规则，7单边带调制的实现方法：第一种是滤波法，第二种是移相法。 简单地介绍滤波方法的原理：下边带、

6、上边带、*带通滤波器的带宽大于或等于调制信号的带宽。 3种振幅调制信号的比较、5.2振幅调制电路、(1)AM调制电路、(2).dsb调制电路、(3).ssb调制电路、1 .高电平调制、低电平AM调制、1高电平调制、高电平调制主要用于AM调制，该调制由高频功率放大器进行。 通常可分为基本振幅调制、集电极振幅调制及基于集电极(或发射器)的组合振幅调制。 (a )集电极振幅调制电路，(b )基极振幅调制电路，(a )集电极振幅调制电路，集电极振幅调制原理分析：(b )基极振幅调制电路，(1)二极管电路，(a )单二极管调制电路，(b )平衡二极管调制电路， (2)通过差动对电路产生通常振幅调制波(3

7、)用模拟乘法器产生AM信号的电路，低电平AM调制，(a )单二极管调制电路，(b )平衡二极管调制电路，根据练习问题5-4的分析，u1u， u2uC有：输出频率分量有：(1)c，(2) c，n=0，1，2，(2)差动对电路产生通常的振幅调制波，在uA上加上uC，在uB上加上u时，从式(5-71):输出的频率为： (3)用模拟乘法器产生AM信号的电路，(2)能看到DSB调制电路，(a )二极管平衡调制电路，(b )双平衡调制器(环状调制器)电路，2 .差动对调制器，(a ) (单)差动对电路，(b )双二极管平衡电路和二极管环电路可以生成DSB信号。 1二极管调制电路、(a )二极管平衡调制电路

8、、iL中包含频率分量：(1)F、(2) (2n1) fcf (n=0，1， 2 )，设输出滤波器的中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL，则输出电压为式(5-43):第5章中得到了双平衡调制器的输出电流的式(549): (b )双平衡调制器(利这个等式可以表示为：在滤波之后，存在具有*双桥配置的环型调制器，并且反向地将调制电压施加至双桥的另一对角线。 如果忽略晶体管输入阻抗的影响，则图中ua(t )由于晶体管交流电流iC=ieie=ue(t)/Re，所以输出电压为2 .差动对调制器，式(5-71):如果向uB，u施加uC，则输出频率： (a )差动对电路、双差动对电路的差动输出电流在u、U

9、C都较小时，能够近似上式，(b )双差动对电路、(3)SSB调制电路、SSB信号去除或抵消双频带信号而形成。 主要有滤波法和移相法两种。 1 .滤波方法，上带通滤波器：的中心频率是：(fcFmax/2 )，带宽是Fmax以上。 因为0min，上下频带之间的距离近，为了通过一个频带去除另一个频带，对滤波器提出了严格的要求。 相移法使用相移网络将载波和调制信号适当地相移并相加，由此消除一个边带，获得SSB信号。 2 .移相法，(1)可根据以下：写为：可同样写为：(2)移相法的SSB调制信号的原理框图，5.3振幅调制信号的解调，振幅解调方法可分为包络检测和同步检测两种。 1 .幅度调制解调的方法，幅

10、度解调(也称为检测器)是幅度调制的逆过程。 从调制的高频振动中恢复原来的调制信号。 在频谱上观察，检测器也属于频谱移动电路，因为所检测的波在没有失真的情况下将幅度调制波中的边带信号从载波频率附近移动到零频率附近。 另外，包络检测器：主要用于解调普通的幅度调制(AM )信号。 主要由二极管和低通滤波器构成。 (b )同步检测器：主要用于解调双边频带和单侧频带信号(DSB/SSB )，并且需要以同步的恢复的载波信号ur进行解调。同步检波可以分为积型和重叠型两种。2工作波形图、2、二极管包络检波器、1峰值包络检波器原理电路、RC电路：2作为检波器的负载，在其两端输出恢复了的调制信号。 一个作为高频滤

11、波器发挥作用。 其中，c表示输入信号的载波频率，(超外差接收机具有的中频I )需要满足调制频率。 换言之，理想上，RC网络的阻抗z被称为包络检测器的输出电路、检测器传输系数Kd或者检测系数、检测效率，其是用于描述检测器对输入的调制信号的解调能力和效率的物理量。 设输入载波电压振幅为Um，输出直流电压为Uo，则Kd被定义为(643a )、(643b )、性能分析、(1)传递系数Kd :(651 )、(648 )，因此在输入为信号时，输出电压为：-电流通电角、R-检波器负载电阻、rd-检波器二极管内部即，检波效率Kd接近1是包络检波的主要优点。 如图所示，检波器的输入阻抗包含输入电阻Ri和输入电容

12、Ci。 输入电阻是前级负载，它直接编入输入电路中，影响电路的有效q值和电路阻抗，消耗高频电力。 这是二极管检测器的主要缺点，2 )当二极管关断时，输入电阻Ri的电容器c的两端电压下降的速度取决于RC的时间常数。 为了不发生检波器的变形、1 )惰性变形、惰性变形，无论在哪个高频周期，对电容器c进行r放电的速度都必须在包络线的下降速度以上，无变形的条件下可以得到：(660 )、)负峰值切变(下切变形) Rg表示下层电路的输入电阻。 另外，考虑了耦合电容Cc和低放大输入电阻Rg的检波电路，为了有效地传送低频信号，在检波过程中，经由电阻r和Rg将直流电压分压到Cc的两端，通过r得到的直流电压为：二极管

13、中VR为反偏置电压，有可能阻止二极管导通，产生失真负载峰值截止失真波形为，振幅调制波的最小振幅Vim(1ma )必须大于VR，即，最小信号检测器为DSB信号，即，us=Uscostcosct，且本地恢复载波ur=ur c 考虑到r-c=c经由低通滤波器的输出，r-c=c位于低通滤波器频带内，如果有效的、三同步检测的单积分型恢复载波与发送载波频率相同，即，r=c， 如果=0，则uo=uocost-如果在无失真地恢复调制信号的恢复载波和发射载波频率间存在一定的频率差，则如果存在引起uo=uoocosctost-振幅失真的一定的差， uo=uoocoscost-引起幅度衰减，图648中的一些积分解调

14、器的实际线路，叠加同步检测器将DSB或SSB信号插入到再现的载波中以使其近似于AM信号，并使用包络检测器再现调制信号。 根据DSB信号，只要施加的恢复载波电压在数值上满足一定关系，就获得未失真的AM波形。 重叠型同步检波器的原理电路如图所示。 2 .重叠型、恢复载波ur=Urcosrt=Urcosct为3360 usur=(uscos tur ) cosct-ussintsinc=um (t ) cosct (t )，将单频带调制的单频带信号(上频带)设定为us=us=us 在mUs的情况下，上式可以近似为(682 )，并且在上式中，通过采用下面图示的叠加型平衡同步检测电路，可以减小解调器的输

15、出电压的非线性失真。 这由两个检波器构成了平衡电路。 上检波器的输出为式(682):uo1=KdUr(1 mcost )，下检波器的输出uo2=KdUr(1-mcost )为总的输出uo=uo1-uo2=2KdUrmcost，*5.4混合，1 .混合的概要1混合的概念(:混合为频率在混频器中，有两个输入电压：的输入信号us和本地振荡信号uL。混频器的输出信号(其工作频率分别为fc和fL )被称为中频信号uI，其频率为fc和fL的差频或和频率，即中频fI(b ) 称为分类：fI=fL fc时被称为上变频，输出高中频，在用于发送系统的fI=fL-fc或fI=fc-fL时被称为下变频，输出低中频，用

16、于接收系统。 其中fI=fL-fc被称为超外差，fI=fL-fc被称为超外差，c )作用：在通信接收器中，该作用：将载波频率不同的高频调制信号调制到相同的固定载波频率(通常称为中频)的高频调制信号例如，在超外差方式广播接收机中，将载波频率为535kHz1605kHz的中波频带中的各站的一般振幅调制信号变换为中间频率为465kHz的一般振幅调制信号， 将载频为88MHz10.8MHz的各频率调制站信号变换为中频为10.7MHz的频率调制信号，将载频从40几兆赫位于近千兆赫频带的各站信号变换为中频为38MHz的影像信号。 频率变换的优点：设计和制作增益高，选择性好，工作频率低于原载频率的固定中频放

17、大器比较容易，所以采用混合方式可以大幅度提高接收机的性能。 1 )频率变换可以增加接收机的灵敏度；2 )可以增加接收机的选择性；3 )工作稳定性好；4 )频带工作时质量指标不匹配；频率变换的缺点：容易发生反射镜干扰、中频干扰等干扰； 混合的频谱变换关系(AM超外差式)，(f )混频器的实现方法原理构成框图，(g)3种频谱线性移动功能的频谱变换关系比较图：2混频器的工作原理(1)积分型混频器实现模型，(686 )，(b )输入调制信号us为AM波3 输入到混频器的输入调制信号us和本机振荡电压uL分别设为us=us=ulcoslt，采用中心频率不同的带通滤波器(0s )或(0s )，则完成低中频混合或高中频混合。 (2)叠加型非线性混频器模型，将混频器的输入信号设为(SSB )高频等幅波us=Uscos2fct本地电压设为uL=ULcos2fLt混频电路中的非线性器件的转移特性的幂级数展开式设为： I=a0a1u a2u3u 4， u=us uL=Uscos2fct ULcos2fLt I包括无数组合频率分量：并且通过提取带通滤波器所