第六章频谱搬移ppt课件.ppt

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1、1,第6章振幅调制、解调及混频,6.1 振幅调制 6.2 调幅信号的解调 6.3 混频 6.4 混频器的干扰 思考题与习题,2,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：,3,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。,4,3信号与频谱,信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图。,5,4两种类型的频谱变换电路, 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。, 频谱非线性变换

2、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。,6,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,7,u = Ucost,（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 = UCcosct,已调波振幅：,调幅度：,调幅信号表达式:,8,（一） 调幅波的分析,1 、表示

3、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,9,（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,10,（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,11,（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 ) =UC1 + m f (t)cosct,若调制信号为：,则调幅波表示式为：,式中，mn=kaUn/UC,12,（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 ) =UC1

4、+ m f (t)cosct,调制信号,已调波,13,（一） 调幅波的分析,1 、表示式及波形,AM信号的产生原理图,或,14,2、调幅波的频谱,调幅波的三角展开：,带宽,BAM2F,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,15,2、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9 kHz，VHF电台的带宽为25 kHz。,多频调制,AM信号占用带宽：,调制信号频谱,已调波频谱,16,3、调幅波的功率,载波功率,上下边频的平均

5、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：,17,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),18,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。,19,（二）双边带信号,1. 表达式,表达式为

6、：,20,（二）双边带信号,2.波形,调制信号波形,载波波形,已调波波形,21,（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。,22,2. 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：,23,单边带

7、调幅波的波形,单边带调幅波的频谱,24,（三）单边带信号,语音调制的SSB信号频谱,25,（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。,26,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,27,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。,原理框图如下：,6.3.1概述,6.3振幅调制方法与电路,28,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

8、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：,29,1. 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0，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,30,利用三角公式展开，并分类整理，可得,31,32,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。,33,经分类整理可知： 是我们所需要的上、下边频。这

9、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：,34,( 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,35,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,平衡调幅电路,36,(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

10、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,37,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，

11、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,38,1.单管开关调幅器,39,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,40,电流波形,电压波形,41,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，,42,3. 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

12、器原理图,环型调制器等效电路,43,环形调制器输出电流的有用分量:,= gDVcos(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+iL2,44,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:,45,4. 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0max，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

13、出了严格的要求。,46,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?,47,48,(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,49,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

14、要准确地移相90。这一点在实际上是很难做到的。,50,(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。,51,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v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。,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。,52,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

15、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。,53,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 cos 0t,54,6) 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

16、。,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PCMPcav。,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、等电压利用系数调幅。,55,直流功率：P,在调幅峰处： V,= V,(1+m,=I,(1+m,=I,=,V,. I,=P,(1+m,),输出功率：P,=,V,I,=P,(1+m,),集电极耗散功率：P,=P,-P,=P,(1+m,),集电极效率：,),),(1+m,),.,56,集电极调幅电路波形图,集电极调幅应工作

17、在过压区,57,2. 基极调幅电路,基极调幅电路,与集电极调幅电路同样的分析，可以认为VB(t)=VBT+v(t)是放大器的基极等效低频供电电源。,因为VB(t)随调制信号v(t)变化，如果要求放大器的输出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随VB(t)变化。,放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流Ic1m、输出电压Vc(t)按基极供电电压VBT(t)变化，从而实现输出电压随调制电压变化的调幅。,58,ic,vAM（t）,基极调幅电路应工作在欠压区,VBE,VCE,59,二、振幅调制电路,可分为高电平调制和低电平调制。,是将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可直接发送出去。,是将调制和功放分开，调制后的信号电平较低，还需经功率放大后达到一定的发射功率再发送出去。,调制效率高、调制线性范围大、失真要小等。,高电平调制：,低电平调制：,对调制器的主要要求：,