第4章振幅調(diào)制解調(diào)與混頻電路-1

1、第第 4 章振幅調(diào)制、解調(diào)章振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路與混頻電路概述概述 4.1調(diào)幅波基本特性及其實(shí)現(xiàn)方法調(diào)幅波基本特性及其實(shí)現(xiàn)方法 4.3乘法器電路乘法器電路4.4混頻電路混頻電路4.2檢波電路檢波電路概述概述 1天線的尺寸很大。天線的尺寸很大。只有天線實(shí)際長度與電信號(hào)的波長相只有天線實(shí)際長度與電信號(hào)的波長相 比擬時(shí)，這時(shí)電信號(hào)才能以電磁波形式有效地輻射。比擬時(shí)，這時(shí)電信號(hào)才能以電磁波形式有效地輻射。3若直接發(fā)射音頻信號(hào)，則發(fā)射機(jī)將工作在同一頻率范若直接發(fā)射音頻信號(hào)，則發(fā)射機(jī)將工作在同一頻率范圍。接收機(jī)同時(shí)收到多個(gè)電臺(tái)節(jié)目，無法選擇。圍。接收機(jī)同時(shí)收到多個(gè)電臺(tái)節(jié)目，無法選擇。一調(diào)制的原因一調(diào)制

2、的原因 當(dāng)傳送的信號(hào)頻率太低（如語音）或頻帶很寬（如圖像）當(dāng)傳送的信號(hào)頻率太低（如語音）或頻帶很寬（如圖像）時(shí)，直接采用電磁波的形式傳送信號(hào)十分不利，原因：時(shí)，直接采用電磁波的形式傳送信號(hào)十分不利，原因： 2.2.為了使發(fā)射與接收效率高，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)都必須采用為了使發(fā)射與接收效率高，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)都必須采用天線和調(diào)諧回路。對(duì)寬帶信號(hào)，天線和調(diào)諧回路的參數(shù)天線和調(diào)諧回路。對(duì)寬帶信號(hào)，天線和調(diào)諧回路的參數(shù)應(yīng)在很寬的范圍內(nèi)變化，難以實(shí)現(xiàn)。應(yīng)在很寬的范圍內(nèi)變化，難以實(shí)現(xiàn)。4抗干擾的需要?？垢蓴_的需要。 二調(diào)制與解調(diào)方式（模擬）二調(diào)制與解調(diào)方式（模擬）調(diào)制調(diào)制：用待傳輸?shù)牡皖l信號(hào)（：用待傳輸?shù)牡皖l信號(hào)

3、（調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)）去控制一個(gè)等）去控制一個(gè)等幅的高頻振蕩信號(hào)（幅的高頻振蕩信號(hào)（載波、載頻載波、載頻）的某個(gè)參數(shù)（幅度、）的某個(gè)參數(shù)（幅度、頻率、相位），使該參數(shù)按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)制頻率、相位），使該參數(shù)按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)制后的高頻信號(hào)稱為后的高頻信號(hào)稱為高頻已調(diào)波高頻已調(diào)波。解調(diào)解調(diào)：調(diào)制的逆過程，從高頻已調(diào)波中把調(diào)制信號(hào)拾?。赫{(diào)制的逆過程，從高頻已調(diào)波中把調(diào)制信號(hào)拾取出來。出來。調(diào)制方式：調(diào)制方式：調(diào)幅（調(diào)幅（AM）調(diào)頻（調(diào)頻（F）調(diào)相（調(diào)相（PM）解調(diào)方式：解調(diào)方式：檢波（振幅解調(diào)、幅度檢波）檢波（振幅解調(diào)、幅度檢波）鑒頻（頻率解調(diào)、頻率檢波）鑒頻（頻率解調(diào)、頻率檢波）鑒相

4、（相位解調(diào)、相位檢波）鑒相（相位解調(diào)、相位檢波）三、基本知識(shí)三、基本知識(shí) 調(diào)幅與檢波的概念調(diào)幅與檢波的概念1地位地位調(diào)制、解調(diào)和混頻等電路是通信系統(tǒng)的基本電路。調(diào)制、解調(diào)和混頻等電路是通信系統(tǒng)的基本電路。2特點(diǎn)特點(diǎn)對(duì)電路中信號(hào)頻譜進(jìn)行變換，電路有新頻率成分產(chǎn)生。對(duì)電路中信號(hào)頻譜進(jìn)行變換，電路有新頻率成分產(chǎn)生。為此，需引用一些信號(hào)與頻譜的概念。為此，需引用一些信號(hào)與頻譜的概念。3信號(hào)與頻譜信號(hào)與頻譜信號(hào)的三種表示法：表達(dá)式、波形圖、頻譜圖。信號(hào)的三種表示法：表達(dá)式、波形圖、頻譜圖。載載 波波復(fù)音復(fù)音調(diào)制調(diào)制波波單音單音調(diào)制調(diào)制波波頻頻 譜譜波波 形形表達(dá)式表達(dá)式信號(hào)信號(hào) max1mcos)(nn

5、ntnVtv tVtvcos)( tVtvccmccos)( 4兩種類型的頻譜變換電路兩種類型的頻譜變換電路 頻譜搬移電路頻譜搬移電路：將輸入信號(hào)的頻譜沿頻率軸搬移。：將輸入信號(hào)的頻譜沿頻率軸搬移。例：振幅調(diào)制（例：振幅調(diào)制（AM、DSB、SSB）、解調(diào)、混頻電）、解調(diào)、混頻電路路( (本章討論本章討論) )。 特點(diǎn)：僅頻譜搬家。特點(diǎn)：僅頻譜搬家。 頻譜非線性變換電路頻譜非線性變換電路：將輸入信號(hào)的頻譜進(jìn)行特定：將輸入信號(hào)的頻譜進(jìn)行特定的非線性變換。的非線性變換。 例：頻率調(diào)制與解調(diào)電路例：頻率調(diào)制與解調(diào)電路( (第第 5 章章討論討論) )。 本章內(nèi)容本章內(nèi)容4.1 調(diào)幅波基本特性及其實(shí)現(xiàn)方

6、法調(diào)幅波基本特性及其實(shí)現(xiàn)方法(書中的書中的4.1) 4.3 乘法器電路乘法器電路(書中的書中的4.2) 4.4 混頻電路混頻電路(書中的書中的4.3)4.2 檢波檢波電路電路(書中的書中的4.4)一、普通調(diào)幅波（一、普通調(diào)幅波（AM）的數(shù)學(xué)表達(dá)式的數(shù)學(xué)表達(dá)式 設(shè)：單音調(diào)制信號(hào)設(shè)：單音調(diào)制信號(hào)tVtvcos)( 載波載波信號(hào)信號(hào)tVtvccmccos)( 其中其中， c = 2 fc c：載波角頻率；：載波角頻率；fc：載波頻率，：載波頻率， c 。4.1調(diào)幅波基本特性及其實(shí)現(xiàn)方法調(diào)幅波基本特性及其實(shí)現(xiàn)方法調(diào)制后，調(diào)幅波幅度為調(diào)制后，調(diào)幅波幅度為0mma( )( )VtVk vtka:比例常數(shù)，

7、由調(diào)幅電路決定。比例常數(shù)，由調(diào)幅電路決定。m0cmVkVk:比例常數(shù)，由調(diào)幅電路決定。比例常數(shù)，由調(diào)幅電路決定。Vm0: 是調(diào)制信號(hào)等于是調(diào)制信號(hào)等于0時(shí)，載波經(jīng)過調(diào)制電路后的振時(shí)，載波經(jīng)過調(diào)制電路后的振幅。幅。maam 0VMkVMa：調(diào)制指數(shù)：調(diào)制指數(shù)/ /調(diào)幅度調(diào)幅度調(diào)幅波表達(dá)式為調(diào)幅波表達(dá)式為Om0ac( )( )cosvtVk vttm0ac(1cos)cosVMtt說明：說明：a mMV當(dāng)當(dāng) Vm=0時(shí)，時(shí)，Ma=0 無調(diào)制；無調(diào)制；當(dāng)當(dāng) kaVm=Vmo時(shí)，時(shí)，Ma=1 100%調(diào)制；調(diào)制；當(dāng)當(dāng) ka Vm Vmo時(shí)，時(shí)，Ma1 過調(diào)制。過調(diào)制。當(dāng)當(dāng) Ma = 0，未調(diào)制；當(dāng)，未

8、調(diào)制；當(dāng) Ma = = 1，最大不失真；最大不失真；若若 Ma 1，在波形過零點(diǎn)附近，在波形過零點(diǎn)附近，vo(t) 變?yōu)樨?fù)值，出現(xiàn)過調(diào)幅失真（圖變?yōu)樨?fù)值，出現(xiàn)過調(diào)幅失真（圖(a) )。在實(shí)際調(diào)幅電路中，由于管子截止，在實(shí)際調(diào)幅電路中，由于管子截止，過調(diào)幅的波形變?yōu)檫^調(diào)幅的波形變?yōu)? (b) )圖。圖。二、普通調(diào)幅波的波形二、普通調(diào)幅波的波形 Vmmax=Vmo( 1+ Ma) 最大振幅最大振幅Vmmin=Vmo( 1- Ma) 最小振幅最小振幅mmaxmminammaxmminVVMVV（實(shí)驗(yàn)方法測(cè)（實(shí)驗(yàn)方法測(cè)Ma）三、普通調(diào)幅波頻譜三、普通調(diào)幅波頻譜ttVMtVtvcm0acm0ocosco

9、scos)( tVMtVMtV)cos(21)cos(21coscm0acm0acm0 單音調(diào)制時(shí)調(diào)幅信號(hào)的頻譜單音調(diào)制時(shí)調(diào)幅信號(hào)的頻譜：由三個(gè)分量組成：由三個(gè)分量組成： c 載波分量載波分量 ( c + ) 上邊頻分量上邊頻分量 ( c ) 下邊頻分量下邊頻分量2復(fù)雜音調(diào)制復(fù)雜音調(diào)制( (1) )表達(dá)式表達(dá)式設(shè)設(shè) v (t) 為非余弦的周期信號(hào)，其傅里葉展開式：為非余弦的周期信號(hào)，其傅里葉展開式： 1. 單音頻率調(diào)制：單音頻率調(diào)制：如何利用頻如何利用頻譜圖求譜圖求Ma？ max1mcos)(nnnnVtv 式中式中 ， 為最高調(diào)為最高調(diào)制角頻率，其值小于制角頻率，其值小于 c ，F(xiàn)Fn/ma

10、xmaxmax maxmax2 F 輸出信號(hào)電壓為輸出信號(hào)電壓為 ttnVkVttvkVtvnnncm1am0cam0Ocoscoscos)()(max ( (2) )頻譜頻譜 )cos()cos(2coscosccm1acm1amaxmaxtntnVkttnVknnnnnn 可見，可見，v(t) 的頻譜結(jié)構(gòu)的頻譜結(jié)構(gòu)： ( c )、( c 2 ) 、( c nmax ) ：上、下邊頻分：上、下邊頻分量，其幅度與調(diào)制信號(hào)中相應(yīng)頻譜分量的幅度量，其幅度與調(diào)制信號(hào)中相應(yīng)頻譜分量的幅度 V mn 成正比。成正比。( (3) ) 頻譜寬度頻譜寬度 調(diào)幅信號(hào)的頻譜寬度為調(diào)幅信號(hào)的頻譜寬度為調(diào)制信號(hào)頻譜寬

11、度的兩倍，調(diào)制信號(hào)頻譜寬度的兩倍，即即maxAM2FBW c：載波分量載波分量；3結(jié)論結(jié)論 普通調(diào)幅波：普通調(diào)幅波： 在波形上，將在波形上，將 v (t) 不失真地轉(zhuǎn)移到載波信號(hào)振幅上；不失真地轉(zhuǎn)移到載波信號(hào)振幅上； 在頻譜上，將在頻譜上，將 v (t) 的的頻譜不失真地搬移頻譜不失真地搬移到到 c 兩邊。兩邊。四調(diào)幅波的功率四調(diào)幅波的功率( (設(shè)單位電阻、單音調(diào)制設(shè)單位電阻、單音調(diào)制) ) 1.1.調(diào)幅信號(hào)在一個(gè)調(diào)幅信號(hào)在一個(gè)載頻周期載頻周期內(nèi)的平均功率內(nèi)的平均功率2a02a20mcc22a-20m)cos1()cos1(21dcos)cos1(21)(tMPtMVtttMVtP 式中，式中

12、， ：常數(shù)，：常數(shù)，載波分量產(chǎn)生的平均功率載波分量產(chǎn)生的平均功率。2/20m0VP P(t) 為為 t 與與 Ma 的函數(shù)，的函數(shù)，當(dāng)當(dāng) Ma = 1 時(shí)，時(shí)，Pmax = 4P0，Pmin = 02.2.P P( (t t) ) 在一個(gè)調(diào)制波周期內(nèi)的平均功率在一個(gè)調(diào)制波周期內(nèi)的平均功率SB02a02a0av)211 (d)cos1 (21d)(21PPMPttMPttPP ：上、下：上、下邊頻分量的功率和邊頻分量的功率和，稱為，稱為邊頻功率邊頻功率。)21(02aSBPMP 3.3.討論討論2max0a2min0a(1)0( )(1)PPMtP tPPMt ，Pav 為為各頻譜分量產(chǎn)生的平均

13、功率之和。各頻譜分量產(chǎn)生的平均功率之和。 當(dāng)當(dāng) Pav 一定時(shí)，一定時(shí)，P0 ，PSB ，而，而 P0 為為載波功率載波功率，PSB 攜帶信息。攜帶信息。例例：當(dāng)：當(dāng) Ma = 1 時(shí)，時(shí)，02aSB21PMP ，0SB0av5 . 1PPPP ，av067. 0PP ，av02aSB33. 021PPMP 這說明這說明：當(dāng)：當(dāng) Ma = 1 時(shí)，時(shí)，P0 占占 Pav 的的 67%，PSB占占 Pav 的的 33%。 Ma = 0.3( (一般電臺(tái)發(fā)射信號(hào)一般電臺(tái)發(fā)射信號(hào)) )時(shí)，時(shí)， P0 = 0.955 Pav, , PSB = 0.045 Pav 。 結(jié)論結(jié)論：普通調(diào)幅波，發(fā)射效率極低

14、。：普通調(diào)幅波，發(fā)射效率極低。解決辦法解決辦法：抑制載波的：抑制載波的DSB或或SSB調(diào)幅方式。調(diào)幅方式。五、普通調(diào)幅電路組成模型五、普通調(diào)幅電路組成模型ttvkVttvAVAAVAtvtvAtvtvcam0ccmMcmcMcOcos)(cos)()()()()( 式中，式中，AM ：乘法器乘積系數(shù)；乘法器乘積系數(shù)；A：加法器的加權(quán)系數(shù)，且：加法器的加權(quán)系數(shù)，且 A = k，AM AVcm = ka。六、雙邊帶調(diào)幅波六、雙邊帶調(diào)幅波僅傳輸兩個(gè)邊頻的調(diào)制方式僅傳輸兩個(gè)邊頻的調(diào)制方式1.1.目的：目的：節(jié)省發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率。節(jié)省發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率。根據(jù)根據(jù)：調(diào)幅信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)包括調(diào)幅信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)包

15、括：上、下邊頻分量：反映調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)；上、下邊頻分量：反映調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)； 載波分量：通過乘法器將調(diào)制信號(hào)頻譜搬移到載波分量：通過乘法器將調(diào)制信號(hào)頻譜搬移到 c 兩兩邊，本身不反映調(diào)制信號(hào)的變化，故傳輸前可抵制掉。邊，本身不反映調(diào)制信號(hào)的變化，故傳輸前可抵制掉。 2.2.表達(dá)式表達(dá)式 ttvkVtvcam0Ocos)()( 普通調(diào)幅：普通調(diào)幅：ttvktvcaOcos)()( 雙邊帶調(diào)幅：雙邊帶調(diào)幅：特點(diǎn)：特點(diǎn)： 普通調(diào)幅：調(diào)制波疊加在載波振幅普通調(diào)幅：調(diào)制波疊加在載波振幅 Vm0 上；上； 雙邊帶調(diào)幅：調(diào)制波不再依托雙邊帶調(diào)幅：調(diào)制波不再依托 Vm0 。已調(diào)波信號(hào)波已調(diào)波信號(hào)波形在

16、過零點(diǎn)處出現(xiàn)形在過零點(diǎn)處出現(xiàn) 180 的相位突變。的相位突變。3.3.波形和頻譜波形和頻譜雙邊帶調(diào)幅雙邊帶調(diào)幅2BWFDSBmax4.4.組成模型組成模型ttvVAtvccmMOcos)()( acmMkVA ttvktvcaOcos)()( 七單邊帶七單邊帶(SSB)(SSB)調(diào)幅調(diào)幅1.1.定義：定義：僅傳輸一個(gè)邊頻的調(diào)制方式僅傳輸一個(gè)邊頻的調(diào)制方式原理原理：上、下邊帶均反映了調(diào)制波的頻譜結(jié)構(gòu)上、下邊帶均反映了調(diào)制波的頻譜結(jié)構(gòu)( (區(qū)別僅區(qū)別僅在于下邊帶是調(diào)制信號(hào)頻譜的倒置在于下邊帶是調(diào)制信號(hào)頻譜的倒置, ,對(duì)傳輸信息無關(guān)緊要對(duì)傳輸信息無關(guān)緊要) )。因此可將其中一個(gè)邊帶抑制掉而不影響傳送

17、信息。因此可將其中一個(gè)邊帶抑制掉而不影響傳送信息。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省發(fā)射功率；頻譜寬度壓縮一半，：節(jié)省發(fā)射功率；頻譜寬度壓縮一半，BWSSB = Fmax。 2.2.實(shí)現(xiàn)模型實(shí)現(xiàn)模型 濾波法濾波法：乘法器：乘法器 + 帶通濾波器。帶通濾波器。 乘法器：產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制信號(hào)；濾波器：取出單邊帶信乘法器：產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制信號(hào)；濾波器：取出單邊帶信號(hào)。號(hào)。 相移法相移法：乘法器、：乘法器、90 相移器、加法器組成相移器、加法器組成乘法器乘法器 I ：)cos()cos(21coscos)(cccmmMccmmM1OttVVAttVVAtv 乘法器乘法器：兩式相減或相加兩式相減或相加)(2OtvttVVAtt

18、VVAccmmMccmmMsinsin)2cos()2cos( )cos()cos(21cccmmMttVVA tVVAtvtvtVVAtvtvtv)cos()()()cos()()()(ccmmM2O1OccmmM2O1OO 上邊帶抵消上邊帶抵消下邊帶抵消下邊帶抵消輸出僅為單邊帶調(diào)制信號(hào)。輸出僅為單邊帶調(diào)制信號(hào)。 對(duì)復(fù)雜信號(hào)，對(duì)復(fù)雜信號(hào)，相移法的組成模型相移法的組成模型也成立。技術(shù)難點(diǎn)：也成立。技術(shù)難點(diǎn)：對(duì)所有頻率都移項(xiàng)對(duì)所有頻率都移項(xiàng)9090 的移相電路難做到。的移相電路難做到。由于單邊帶調(diào)制復(fù)雜，解調(diào)質(zhì)量較差，由于單邊帶調(diào)制復(fù)雜，解調(diào)質(zhì)量較差，無法傳送直流成分，無法傳送直流成分，故在單邊帶調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅間折衷為殘留