第7调幅通信电路ppt课件.ppt

2023年4月4日星期二,71 引言 72 振幅调制电路73 振幅解调电路74 AM发射机75 超外差接收机76 单边带通信与复用技术,2023年4月4日星期二,71 引言,调幅通信调幅已调波的发送与接受,包括调幅波的调制与解调振幅调制：普通调幅AM双边带调幅DSB单边带调幅SSB振幅解调：AM波解调DSB波解调SSB波解调,AM发射机：直接调制AM发射机间接调制AM发射机,超外差接收机：单次变频与双重变频外差接收机镜频干扰与抑制方法AGC,SSB通信与复用技术：SSB收发信机AM独立边带发射机SSB频分复用与QM,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,调幅波载波信号：uc(t)=UCmcosCt=UCmcos2fCt调制信号：u(t)=Umcost=Umcos2Ft 且FfC调幅波表达式：,调幅度:,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,7.2.1 调幅信号的波形,调制信号uo(t)，载波信号uc(t)，调幅波信号uo(t),uo(t)振幅受控于uo(t)变化而变化,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,调幅电路的组成模型可以由一个相乘器和一个相加器组成,图7.2.2 调幅电路的组成模型,调幅电路比例常数ka=AMAUCm，AM为相乘器的相乘增益，A为相加器的加法增益。,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,单音调制的调幅信号频谱,图7.2.3 单音调制时的调幅信号的频谱,单音调制的调幅信号频谱由三个频率分量组成。分别为C的载频分量和角频率分别为(C+)、(C-)的上、下边频分量。,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,非余弦周期信号付氏级数展开,调幅波信号:,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,7.2.4 非余弦周期信号调幅波及其频谱（普通调幅AM）,实践中将输出调幅信号频谱包含有载频C和上、下边带(Cn)的调幅称之为普通调幅，用AM表示.,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,功率分析调幅信号在载频信号一个周期内平均功率,载频电压在1欧姆负载上的平均功率,调幅信号在一个调制周期内平均功率:,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,调幅信号在一个调制周期内平均功率:,Pav是调幅信号中载频功率和边频分量的功率之和，边频功率PSB仅占Pav中的一小部分。,上、下边频分量电压产生的功率,每个边频分量的功率为,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,优点：在传送前抑制掉载频频率，在不影响传送信息的条件下，节省发射功率。,上、下边频分量反映调制信号的频谱结构，载频分量仅起着通过相乘器将调制信号频谱搬移到C两边的作用，本身并不反映调制信号的变化。传输前抑制掉载频，不影响发送信息，节省发射功率抑制载频双边带调制DSB。,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.1 振幅调制电路的组成模型,图7.2.5 DSB调制波形、频谱和组成模型,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,SSB通信优点：节省发射功率带宽只占AM已调信号的频宽带宽的一半 提高短波波段的利用率SSB波的选择性衰落现象小缺点：接收端需恢复被抑制的载波频率，对收、发通信机的本振频率稳定度要求高。SSB调制电路实现模型相乘滤波法移相合成法,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,图7.2.6 相乘滤波法SSB调制模型,相乘滤波法:,难点：滤波问题。调制信号通常为音频基带信号，调制后两边带相距很近，对边带滤波器的要求较高.,解决方法：多次相乘滤波移相合成法,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,图7.2.7 SSB调制的二次相乘滤波法框图,二次相乘滤波法:,经过两次相乘调制后，两个边带相对距离为降低了对边带滤波器的要求.,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,图7.2.8 移相合成法SSB调制电路模型,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,图7.2.8 移相合成法SSB调制电路模型,移相合成法相乘器输出:,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,合成器采用减法电路，抵消下边带，取出上边带；采用加法电路，抵消上边带，取出下边带。,图7.2.8 移相合成法SSB调制电路模型,合成器输出：,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,图7.2.9 移相滤波合成法SSB调制电路模型,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,图7.2.9 移相滤波合成法SSB调制电路模型,移相滤波合成法：二次相乘滤波+移相合成法第一相乘的两个相乘器输出,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,图7.2.9 移相滤波合成法SSB调制电路模型,低通滤波器滤除上边带,输出下边带:,2023年4月4日星期二,7.2 振幅调制电路 7.2.2 SSB调制模型和电路,第二次相乘两个相乘器的输出:,图7.2.9 移相滤波合成法SSB调制电路模型,最后由合成电路减法器抵消下边带,取出上边带实现SSB调制。,2023年4月4日星期二,7.3 振幅解调电路 7.3.1 包络检波电路,AM波的振幅包络变化反映了调制信号的变化规律，从AM波中还原出原调制信号相当于把AM波的包络检出来，称之为包络检波。二极管包络检波电路,图7.3.1 包络检波电路和波形,2023年4月4日星期二,7.3 振幅解调电路 7.3.1 包络检波电路,检波效率d：电压传输系数 d=Um/MaUimUm:检波解调音频输出电压幅值MaUim:AM调幅包络振幅,二极管包络检波电路设计要求二极管：导通电阻RD和导通电压UD(on)尽可能小，最好接近零RC值选定标准：,2023年4月4日星期二,7.3 振幅解调电路 7.3.1 包络检波电路,图7.3.2 三极管包络检波电路,三极管包络检波电路,2023年4月4日星期二,7.3 振幅解调电路 7.3.2 同步检波相乘解调电路,SSB波的振幅包络不反映调制信号的规律，不能用包络检波技术来解调。SSB解调也是频谱搬移问题，可以用信号相乘滤波的方法实现解调。SSB同步解调电路模型与频谱,图7.3.3 SSB同步解调（检波）电路模型与频谱,2023年4月4日星期二,7.3 振幅解调电路 7.3.2 同步检波相乘解调电路,单音频调制SSB信号:,接收机本振信号:,同步解调要求：L=C、L=s,相乘器输出:,2023年4月4日星期二,7.3 振幅解调电路 7.3.2 同步检波相乘解调电路,低通滤波器输出,AF：低通滤波器的传输系数AM：相乘器的相乘增益,2023年4月4日星期二,7.3 振幅解调电路 7.3.2 同步检波相乘解调电路,若接收机的本振信号与发射载频不同步,相位差：,角频率差：,分析:若LC，LC则解调输出为：,2023年4月4日星期二,结论：本振信号的不同步将造成解调输出在相位上和频谱上的失真,7.3 振幅解调电路 7.3.2 同步检波相乘解调电路,解决方法：相位不同步提高接收机的灵敏度频率不同步导频SSB技术和频率合成技术,2023年4月4日星期二,7.4 AM发射机,AM发射机类型按调制功率电平低电平AM发射机高电平AM发射机按调制方式射频直接调制发射机（零中频调制发射机）间接调制发射机,2023年4月4日星期二,7.4 AM发射机 7.4.1射频直接调制AM发射机,图7.4.1低电平AM发射机组成框图,信源:产生基带信号基带放大器：高输入阻抗的线性电压放大器缓冲放大器：线性放大器，对基带信号进一步放大，使其足以驱动调制器。,1、低电平AM发射机,2023年4月4日星期二,7.4 AM发射机 7.4.1射频直接调制AM发射机,图7.4.1低电平AM发射机组成框图,射频振荡器RFLO：高稳定度晶振或频率合成器。RF放大器：多级放大器组成。第一级为缓冲级,作RFLO的负载通常为高输入阻抗的共集跟随电路,保证RFLO不受负载影响而稳定振荡。第二、三级是高增益放大器,将RF振荡信号放大到足够电平送入调制器。,1、低电平AM发射机,2023年4月4日星期二,7.4 AM发射机 7.4.1射频直接调制AM发射机,图7.4.1低电平AM发射机组成框图,调制器：AM调制器电路。RFPA：RF功效，保证AM已调信号的不失真放大。,1、低电平AM发射机,2023年4月4日星期二,7.4 AM发射机 7.4.1射频直接调制AM发射机,图7.4.2 高电平AM发射机组成框图,RF功放电路：将射频振荡信号放大到足够功率电平后，送入AM调幅功放电路。AM调幅功放电路：C类RFPA，采用集电极发射极的双重调幅方式。原理图如图7.4.3.,2、高电平AM发射机,2023年4月4日星期二,7.4 AM发射机 7.4.1射频直接调制AM发射机,图7.4.3 AM调幅功放,2、高电平AM发射机,2023年4月4日星期二,7.4 AM发射机 7.4.2间接调制AM发射机,图7.4.4 间接调制发射机组成框图,原理：先将调制信号调制在较低的载频(付载波)上,然后把低载频的已调信号用混频器上搬到射频载波上。中频振荡器IFLO/射频振荡器RFLO：高稳度晶体振荡器或频率合成器。,2023年4月4日星期二,7.4 AM发射机 7.4.2间接调制AM发射机,图7.4.4 间接调制发射机组成框图,中频放大器IFA：线性电压放大器信源、基带放大、调制滤波：同低电平发射机。上变频器：混频电路，混频后由于是将中频搬高至射频，因此必须加上取出上变频的带通滤波器。功放PA和匹配网络：同低电平发射机的电路相同。,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.1单次变频外差式接收机,图7.5.1 间接调制发射机组成框图,1、射频调谐接收机,缺点：1、接收带宽随接收RF中心频率而变化2、多个RFA容易产生自激震荡3、灵敏度不均匀,优点：1、简单实用2、接收灵敏度相当高。,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.1单次变频外差式接收机,图7.5.2 单次变频超外差接收机框图,2、单次变频超外差接收机,RF部分：预选滤波器：宽调谐LC谐振回路带通滤波器,中心频率fR对频带进行初始限制,去除不需要的RF进入接收机射频放大器。射频放大器RFA：增大增益,提高接受灵敏度、选择性、信噪比,有助于抑制镜像频率。,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.1单次变频外差式接收机,图7.5.3单次变频超外差式接收机统调原理示意图,本地振荡和混频：超外差接收的关键技术,2、单次变频超外差接收机,2023年4月4日星期二,超外差接受方式 AM接收机(特别是广播接收机)一般中频为fI=455KHZ。若接收信号为中、短波段,频率范围为500KHz30MHz,外差接收要求本振频率fL始终高出接收射频一个中频fI,即要求fL=955KHz30.455KHz。如图7.5.3所示可用预选回路与本振回路间的统调来实现。始终使。于是接收机对波段内的所有接收频率,都变成处理一个中频频率fI的信号。,7.5 超外差接收机 7.5.1单次变频外差式接收机,2、单次变频超外差接收机,2023年4月4日星期二,超外差接收优点：1、灵敏度高(中频频率可以选择低中频，低中频的电路IFA容易实现高收益放大)2、灵敏度均与(处理同一个固定中频信号，IFA在整个波段内增益稳定不变)3、提高了选择性(接受通道设置预选滤波器和中频滤波器)超外差接收缺点：无法抑制镜像频率干扰信号。,7.5 超外差接收机 7.5.1单次变频外差式接收机,2、单次变频超外差接收机,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.2镜像干扰及其抑制方法,图7.5.4 455KHz的单次变频超外差式接收机的镜像干扰,镜像干扰：镜像频率 fIMGfR2 f1,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.2镜像干扰及其抑制方法,如图7.5.4所示，本振频率14.545MHz，接收机将天线进入的接收频率为14.090MHz信号变换为455kHz中频信号，15.000MHz信号也可以和14.545MHz的本振混频产生455kHZ的中频信号。若接收机前端的选择性差，而15.000MHz信号的功率又强,则当接收机调谐在14.090MHz时,此15.000MHz的信号也将收听到,干扰了实际要接收的14.090MHz的信号。这种干扰称之镜像干扰。,2023年4月4日星期二,抑制方法：高中频方案机理：选择较高频率的中频频率，如中频频率选择在比最高接收频率高35，则镜像干扰频率比接收频率高2倍的中频频率，容易在预选器滤除。缺点：中频选择在接收波段以上的较高频率时，由于滤波器和放大器性能差，邻近波道选择性不容易在中频滤波和IFA放大中达到指标要求。解决方案：二次混频超外差式接收方案,7.5 超外差接收机 7.5.2镜像干扰及其抑制方法,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.2镜像干扰及其抑制方法,图7.5.5 41MHz中频上变频接收机框图,上图所示,接收机频率覆盖范围是500kHz到30MHz,选择中频频率为41MHz,对于14.090MHz的接收信号,镜像干扰频率为96.090MHz,在前端预选器中很容易将该干扰频率信号滤除。,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.3双重变频超外差接收机框图,图7.5.6 典型的双变频接收机组成框图,第一次变频：频率变换到高中频，可抑制镜频。典型中频频率值：5.5MHz,9MHz,10.7MHz,21.4MHz,41MHz;中频滤波：LC滤波器或晶体滤波器,获得较好的选择性；,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.3双重变频超外差接收机框图,第二次变频：变换到低中频455KHZ第三个混频器用作成乘积检波器(即同步检波),对接收调幅信号和单边带(SSB)信号进行解调,第三振荡器称作拍频振荡器(BFO)LO1频率步进间隔=LO2的频率范围；LO2频率步进间隔=接收信号带宽。,图7.5.6 典型的双变频接收机组成框图,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.3双重变频超外差接收机框图,图7.5.7 双重变频外差接收机组成框图,2023年4月4日星期二,图7.5.7中，频率范围在2MHz30MHz之间的射频信号，经过天线进入第一混频器，得到75MHz中频。第一本振是工作在77MHz105MHz，每步0.01MHz的第一个频率合成器。为了使第二个本振可以在第二中频中进行细调，第一中频最小带宽应为10kHz，从74.995MHz75.005MHz,如果远地有一个25MHz的无线电台,它的三次谐波电平足够大(75MHz),这就有可能进入接收机形成干扰。但因预选器的带宽限制，这种干扰也就无法进入接收通道。,7.5 超外差接收机 7.5.3双重变频超外差接收机框图,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.4自动增益控制AGC,图7.5.8 AGC原理框图,比较器：两个输入电压:参考电压ur，AGC起控的门限值;直流放大器输出电压U+输出电压uC，控制可控增益放大器的增益,AGC电路：使接收通道中的高放和中放电路在接受信号较弱时,保持高增益;在接受信号较强时,自动降低增益,以保持输出信号强度基本不变。,接收信号,输出信号,检波器检波输出,直流放大器输出,2023年4月4日星期二,7.5 超外差接收机 7.5.4自动增益控制AGC,图7.5.8 AGC原理框图,2023年4月4日星期二,上图为一次混频普通调幅接收机带有AGC 控制电路的框图。中放输出已调信号振幅Uom,Uom是AGC稳定状态下,通道的输出幅度,Uom始终略大于,且接近AGC为零时的Uom值。,7.5 超外差接收机 7.5.4自动增益控制AGC,图7.5.9 带有AGC电路的调幅接收机框图,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术,单边带通信优点：节省传输功率、节省带宽、抗衰落干扰强、信噪比高适用于频道拥挤的短波段本节内容SSB双向传输收发信机独立边带发射机多信道导频SSB接收机SSB频分复用通信SSB正交复用通信,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.1SSB收发信机,图7.6.1 收发双向传输SSB通信机框图,1、收发双向传输SSB通信机,2023年4月4日星期二,接收方向时，第一中频采用高中频fI1=21.513MHz，第二中频为低中频 fI2=500KHz；发射方向时，第一付载波（第一中频），第二付载波频率合成器：提供三路高稳定度本振频率：可变频率fL1=21.51331.513MHz固定频率fL2=22.013MHz固定频率500KHz：接收时供相乘解调器对fI2进行乘积检波，发射时用作第 一付载波。射频功放电路：由二级宽带电压放大和二级宽带B类推挽功放组成的多级RFPA，输出功率为15W。接收转换：天线收发双工转换器。,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.1SSB收发信机,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.1SSB收发信机,图7.6.2多信道导频SSB接收机组成框图,2、多信道导频SSB接收机,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.2AM独立边带发射机,图7.6.3 ISB的频谱,两个边带调制信号不同所以其频谱分布也不同，每个边带分配的功率与SSB相同，为载波功率的,AM独立边带（ISB）将包含不同信息的两个调制信号互不相干的调制在同一个载频上。ISB调制的发射机有两个独立的SSB调制器，分别用于产生上、下边带，经由相加器合成DSB信号,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.2AM独立边带发射机,图7.6.4 ISB发射机组成框图,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.2AM独立边带发射机,A 信道：调制信号在相乘调制器A中调制在100KHz的LF付载波上，通过边带滤波器BPFA形成下边带A(95KHz100KHz)B信道：调制信号在相乘器B中调制在同一个100KHz LF付载波上，通过边带滤波器BPFB形成上边带B(100KHz105KHz),A、B两路SSB信号在混合网络中合成抑制载波的ISB信号,其频谱为95KHz105KHz。ISB信号在射频混频器MC中与9.9MHz的高稳定RF晶振频率上混频产生RF ISB 信号(频谱为9.995MHx10.005MHz,振幅减小的载频为10MHz)。RF ISB信号经RFPA放大到足够功率电平后,由天线发射出去。,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.3SSB的频分复合,复用：若干个信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法。频分复用：将两个以上的独立信息信号复合在一起，占用同一个信道，彼此互补干扰。应用：公共电话系统等,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.3SSB的频分复合,图7.6.5 SSB频分复用框图,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.3SSB的频分复合,图7.6.5中，4个5KHz带宽信道经频分复用后成为一个20KHz的组合信道。信号分别经过4个信道后，成为5KHz带宽的SSB信道。频率范围：信道1：100KHz105KHz 信道2：105KHz110KHz 信道3：110KHz115KHz 信道4：115KHz120KHz 4个SSB信号由线性相加器复合成一个100KHz120KHz，带宽为20KHz的FDMSSB复合信号,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.3SSB的频分复合,每路窄带SSB信道占用总频谱不同位置，在频谱内各路信道相互连接成一个FDM频谱带宽，如上图所示。在传输过程中，SSB信号之间互不干扰。,图7.6.6 FDM的频谱分布,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.4正交复用,图7.6.7 SSB QM系统框图,2023年4月4日星期二,7.6 单边带通信与复用技术 7.6.4正交复用,正交复用QM：将两个独立信息源的信号调制在同一个载波频率上，该载波被分为两个相互正交的载频信号，因此这两个信道互不干扰。又称为正交AM，即QAM。,载波正交：I信道sinctQ信道cosct调制器输出信号：I信道uI(t)sinctQ信道uQ(t)cosct线性相加器输出：,结束,谢谢!,第8章 调频通信电路,