第6章振幅调制解调及溷频1.ppt
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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,1.调制的原因,从切实可行的天线出发,为使天线能有效地发送和接收电磁波,天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟,一般不宜短于1/4波长。,音频信号:20Hz20kHz,波长:15 15000 km,天线长度:3.75 3750km,6.1.0 振幅调制简述,1.调制的原因,便于不同电台相同频段基带信号的同时接收,频谱搬移,6.0.1 振幅调制简述,2.调制的方式和分类,调幅,调相,调制,连续波调制,脉冲波调制,脉宽调制,振幅调制,编码调制,调频,脉位调制,6.0.1 振幅调制简述,3.调幅的方法
2、,调幅方法,低电平调幅,高电平调幅,集电极调幅,基极调幅,6.0.1 振幅调制简述,6.0.2 检波简述,从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。,1.定义,图 6.1.1 检波器的输入输出波形,6.0.2 检波简述,图 6.1.2 检波器检波前后的频谱,6.0.2 检波简述,图 6.1.3 检波器的组成部分,6.0.2 检波简述,2.组成,End,3.检波的分类,二极管检波器,三极管检波器,检波,器件,信号大小,小信号检波器,大信号检波器,工作特点,包络检波器,同步检波器,6.0.2 检波简述,6.1 振幅调制,1.普通调幅波的数学表示式,首先讨论单音调制的调幅波。,载波信号:,调制信号
3、:,调 幅信号(已调波):,由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系,即有:,即:,式中ma为调制度,,常用百分比数表示。,图63 AM信号的产生原理图,6.1 振幅调制,6.1 振幅调制,图 由非正弦波调制所得到的调幅波,6.1 振幅调制,2.普通调幅波的频谱,(1)由单一频率信号调 幅,6.1 振幅调制,单频调制的AM波的频带宽度:,信号带宽,(2)限带信号的调幅波,调制信号,载波,6.1 振幅调制,多频调制的AM波的频带宽度:,如果将普通调幅波输送功率至电阻R上,则载波与两个边频将分别得出如下的功率:,载波功率:,上边频或下边频:,在调幅信号一周期内,AM信号的平均输出功率是,3),33
4、33 3)调幅波的功率,载波本身并不包含信号,但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。,当ma1时,Pc(2/3)Pav;,当ma0.5时,Pc(8/9)Pav;,从调幅波的频谱图可知,唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构,而载波分量仅是起到频谱搬移的作用,不反映调制信号的变化规律。,6.1 振幅调制,普通调幅波的特点,普通调幅波中载波分量占有的功率较大,而含有信息的上、下边频分量占 有的功率较小。,从能量观点看,普通调幅波进行传送,不含信息的载波功率过大,是一种很大的浪费。这是普通调幅波本身固有的。,2.双边带信号 在调制过程中,将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号,简称双边
5、带信号。,在单一正弦信号u=Ucost调制时,(616),(615),已调信号的幅度随调制信号的变化而变化,但其包络不能反映调制信号的形状调制信号正值时的载波相位与调制信号负值时的相位是反相的(差180)不能使用包络检波,只能采用同步检波(相干解调)抑制载波调幅不含固定的载波分量,如果调制信号的平均值不为0,将会出现载漏现象,双边带调幅波的频谱,双边带调幅波的频带宽度,3.单边带调幅,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从有效传输信息的角度看,只要传送一个边带就够了,只传送一个边带的调幅信号称为
6、单边调幅,可以选择上边带也可以采用下边带单边带调幅,简记为SSBAM单边带调幅既可充分利用发射机的功率又节省占有频带所以,它是传输信息的最佳调幅方式但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复杂,3.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,uDSB(t)=kuuC。当取上边带时,(617),(618),取下边带时,图67 单音调制的SSB信号波形,图69 双音调制时SSB信号的波形和频谱,为了看清SSB信号波形的特点,下面 分析双音调制时产生的SSB信号波形。,由式(617)和式(618),利用三角公式,可得 uS
7、SB(t)=Ucostcosct-Usintsinct(624a)和 uSSB(t)=Ucostcosct+Usintsinct(624b)由此可以推出u(t)=f(t),即一般情况下的SSB信号表达式,(625),sgn()是符号函数,可得f(t)的傅里叶变换,图611语音调制的SSB信号频谱(a)DSB频谱(b)上边带频谱(c)下边带频谱,单频调制的单边带调幅波的频谱为,频谱,数学表示式,特点 频带只有双边带调幅波的一半,其频带利用率高。全部功率都含有信息,功率有效利用率高。,频带宽度,三种振幅调制信号,6.1 振幅调制,一、振幅调制电路的分类及要求,二、振幅调制电路的基本组成,一般来说,
8、振幅调制电路由输入回路、非线性器件和带通滤波器三部分组成。,1、分类:分低电平调幅和高电平调幅两大类,2、要求低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制,输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的线性,减小不需要的频率分量的产生和提高滤波性能。,高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波。利用丙类高功放改变来实现调幅。其优点是效率高。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。,6.1.2 振幅调制电路,6.1.2 振幅调制电路 1.AM调制电路 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。1)高电平调制 高电平
9、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。,图612 集电极调幅电路,1、集电极调幅原理电路。具有下列特点:,集电极回路调谐在,带宽略大于 丙类放大器工作于过压状态。有效电源随 变化。,图613 集电极调幅的波形,集电极调幅电路的特点,必须工作于过压区。,调制过程中效率不变,可保持在高效率下工作。,总输入功率分别由直流电源 和调制信号源 提供。因而调制信号源应是功率源。,载波输出功率是由直流电源 提供,而边频输出功率是由调制信号源 提供。,在调制一周内的平均功率都是载波状态对应功率的 倍。,选管子时,应采用管子的允
10、许损耗功率。,图614 基极调幅电路,1、基极调幅原理,图615 基极调幅的波形,2、基极调幅电路的特点,必须工作于欠压区。载波输出功率和边频功率都由直流电源提供。调制过程中,效率是变化的。调制线性范围小,只能用于输出功率小,对失真要求不严的发射机中。,一、单二极管开关状态调幅电路 1、开关状态 当二极管在两个不同频率电压下进行频率变换时,其中一个电压振幅足够大,另一个电压振幅较小,二极管的导通或截止将完全受大振幅电压的控制,可以近似认为二极管处于理想开关状态。,2、电路原理,2)低电平调制,(1)二极管电路。,当UCU时,流过二极管电流中含有:直流、,经中心频率为,通频带略大于 的带通滤波器
11、取出 的普通调幅波信号输出。,3、通过带通滤波器选出调幅波输出,结论:单二极管开关状态调幅电路只能实现普通调幅波(AM),二、二极管平衡电路,(2)利用模拟乘法器单差分对产生普通调幅波。,(630),若将uC加至uA,u加到uB,则有,(631),式中,m=U/Ee,x=UCVT。若集电极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,图617 差分对AM调制器的输出波形,图618 利用模拟乘法器产生AM信号,设输入载波信号:,根据双曲线正切函数的特性,大信号条件下具有开关函数的形式,输入调制信号:,因为2与3端满足接入,则 可扩大到 的线性范围。,大信号,即,双端
12、输出电流,、管脚直流电位差为零时,、管脚直流电位差不为零时,双端输出电流,1代表直流,RW是调节MC1596的4和1端的直流电位差为零,确保输出为抑制载波的双边带调幅波。如果4和1端直流电位差不为零,则有载波分量输出,相当于是普通调幅波。,2.DSB调制电路 1)二极管调制电路 单二极管电路只能产生AM信号,不能产生DSB信号。二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号。,(633),iL中包含F分量和(2n+1)fcF(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,(634),图620 二极管平衡调制器波形,图621 平衡调制器的一种实
13、际线路,环形调制器,图623 双桥构成的环形调制器,调制电压反向加于两桥的另一对角线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响,则图中ua(t)为,因晶体管交流电流iC=ieie=ue(t)/Re,所以输出电压为,(637),(638),结论:二极管环形调幅电路能实现平衡调幅(DSB)与双二极管调幅电路相比输出信号的频谱少 了 的成份,且幅度为其二倍。,2)差分对调制器 在单差分电路(图57)中,将载波电压uC加到线性通道,即uB=uC,调制信号u加到非线性通道,即uA=u,则双端输出电流io(t)为,(639),式中,I0=Ee/Re,m=UC/Ee,x=U/VT。经滤波后的输出电压uo(t)为,(6
14、40),图624 差分对DSB调制器的波形,双差分对电路的差动输出电流为,(641),(642),若U、UC均很小,上式可近似为,图625 双差分调制器实际线路,3.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。1)滤波法 图626是采用滤波法产生SSB的发射机框图。,图626 滤波法产生SSB信号的框图,图627 理想边带滤波器的衰减特性,图628 移相法SSB信号调制器,2)移相法,移相法的优点是省去了边带滤波器,但要把无用边带完全抑制掉,必须满足下列两个条件:(1)两个调制器输出的振幅应完全相同(2)
15、移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的2相移。,图629 移相法的另一种SSB调制器,调制:就是用调制信号(或)去控制载波(和)表示某个参数的过程。载波:未受调制的高频振荡信号。振幅调制:由调制信号去控制载波的振幅。振幅调制分为三种方式:普通的调幅方式(AM)抑制载波的双边带调制(DSBSC)抑制载波的单边带调制(SSB-SC),小结1,小结1,振幅调制信号 载波电压 调制电压 振幅调制信号振幅 为,为比例系数,一般由调制电路确定,故又称为调制灵敏度。,为调幅度(调制度),小结1,调幅波的频谱,单频调制的调幅波包含三个频率分量,它是由三个高频正弦波叠加而成。,在多频调制情况下,各个低频频率分
16、量所引起的边频对组成了上、下两个边带。,调制信号为一连续谱信号或多频信号,其最高频率,单频调制时,调幅波占用的带宽,为,,则AM信号占用的带宽,小结1,调幅波的功率,载波功率,上、下边频的平均功率,AM信号的平均功率,两个边频功率与载波功率的比值为,调幅波的最大功率和最小功率,小结1,双边带信号,在调制过程中,将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号,简称双边带信号。,双边带信号的带宽:,小结1,单边带信号,小结1,振幅调制电路,调制可分为高电平调制和低电平调制:,低电平调制: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。DSB、SSB以及调频(FM)信号均
17、采用这种方式。,调制效率高调制线性范围大失真要小等,高电平调制: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。这种调制主要用于形成AM信号。,对调制器的主要要求:,小结1,AM调制电路,高电平调制的集电极调制,小结1,高电平调制的基极调制,小结1,低电平调制:1)二极管电路 单管:平衡:2)差分对电路 3)模拟乘法器,双差分对:,单差分对:,小结1,DSB调制电路 二极管平衡调制电路,二极管双平衡调制电路,小结1,DSB差分对调制器:1)单差分对电路 在单差分电路中,将载波电压 加到线性通道,即,调制信号 加到非线性通道,即,可以得到DSB信号。2)双差分对电路 单差分调制器虽
18、然可以得到DSB信号,具有相乘器功能,但它并不是一个理想乘法器。采用双差分调制器,可以近似为一理想乘法器。,小结1,SSB调制电路,滤波法,移相法,滤波器,6.2 调幅信号的解调,6.2.1 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。其原理框图如图630所示。,6.2 调幅信号的解调,一、检波电路的功能 从调幅波中不失真地解调出原调制信号。,1、输入输出波形表示形式,输入为高频等幅波时,检波器输出为直流电压。,输入为普通调幅波时,检波器输出角频率为
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