第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻

1、第第 6 章章振振 幅幅 調(diào)調(diào) 制制 與與 解解 調(diào)及混頻調(diào)及混頻陳陳 庭庭 勛勛6.1 振幅調(diào)制振幅調(diào)制浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路調(diào)制：調(diào)制： 將需傳送的信號加載在高頻的射頻信號中。將需傳送的信號加載在高頻的射頻信號中。低頻信號難以發(fā)射：低頻信號難以發(fā)射：第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻連續(xù)波調(diào)制：調(diào)幅連續(xù)波調(diào)制：調(diào)幅(AM)、調(diào)頻、調(diào)頻(FM)、調(diào)相、調(diào)相(PM)解調(diào)：解調(diào)： 將載波所攜帶的信號提取出來。將載波所攜帶的信號提取出來。頻率低，波長尺寸太大頻率低，波長尺寸太大相對頻帶寬度大，不能用諧振方式選頻。相對頻帶寬度大，不能用諧振方式選頻。調(diào)幅波實現(xiàn)方法：調(diào)幅波

2、實現(xiàn)方法：低電平調(diào)幅：低電平調(diào)幅：高電平調(diào)幅：高電平調(diào)幅：平方律調(diào)幅平方律調(diào)幅斬波調(diào)幅斬波調(diào)幅集電極調(diào)幅集電極調(diào)幅基極調(diào)幅基極調(diào)幅 調(diào)制與調(diào)制方式調(diào)制與調(diào)制方式6.1 調(diào)幅波的性質(zhì)調(diào)幅波的性質(zhì) 調(diào)幅波（調(diào)幅波（AM）的特征）的特征浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路過調(diào)制：過調(diào)制：調(diào)制信號：調(diào)制信號：第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻tv載波的振幅隨調(diào)信號的振幅的變化而變化。載波的振幅隨調(diào)信號的振幅的變化而變化。0 0vtVo oma aVo ovo0 00 0ttVvcos載波信號：載波信號：tVv00cos已調(diào)信號：已調(diào)信號： ttmVtva00coscos1調(diào)制度：調(diào)制度：00max0VVVVVm

3、a（0%ma a100%100%）（ma a100%100%）amplitude modulation6.1 調(diào)幅波的性質(zhì)調(diào)幅波的性質(zhì) 調(diào)幅波的頻譜調(diào)幅波的頻譜浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路tVmtVmtVaa000000cos21cos21cos第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻理想化調(diào)制理想化調(diào)制公式導出中應用了：公式導出中應用了：cos21cos21sinsin單一頻率調(diào)制單一頻率調(diào)制已調(diào)信號：已調(diào)信號： ttmVtva00coscos1下邊頻下邊頻上邊頻上邊頻載波載波00 00 -0 +整個頻段的調(diào)制：整個頻段的調(diào)制：00 0上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶調(diào)制信號調(diào)制信號 邊頻的振幅不超邊頻的振

4、幅不超過載波的過載波的50%50%。每一。每一個邊頻都包含了調(diào)個邊頻都包含了調(diào)制信號的信息。制信號的信息。6.1 調(diào)幅波的性質(zhì)調(diào)幅波的性質(zhì) 調(diào)幅波中功率關系調(diào)幅波中功率關系RVPT20021浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻載波功率：載波功率：下邊頻功率：下邊頻功率：上邊頻功率：上邊頻功率：總功率：總功率：00 00 -0 +負載電阻負載電阻結(jié)論：調(diào)幅波的功率利用率很低結(jié)論：調(diào)幅波的功率利用率很低TaaPmVmRP0220412210TaaPmVmRP0220412210TaToPmPPPP02021000 -0 +6.1 雙邊帶信號雙邊帶信號DSB 從頻譜上理解雙邊

5、帶信號從頻譜上理解雙邊帶信號高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻00 0 ttUkUtuccDSBcoscos6.1 單邊帶信號單邊帶信號SSB浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路1 1、節(jié)省調(diào)幅發(fā)射機的功率。、節(jié)省調(diào)幅發(fā)射機的功率。優(yōu)點：優(yōu)點：第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻 單邊帶信號的特點單邊帶信號的特點單邊帶信號：只發(fā)送單邊帶信號：只發(fā)送0+或或0-成份。成份。0 -0 00 +02 2、節(jié)約信號道頻帶寬度。、節(jié)約信號道頻帶寬度。3 3、選擇性衰落程度要輕。、選擇性衰落程度要輕。缺點：使接收設備復雜化，技術要求高。缺點：使接收設備復雜化，技術要求高。當當ma=50%時，功率組成時，功率組成

6、為：為：5.5%、89%、5.5%接收機先恢復原來失去的載波，才能檢出調(diào)制信號。接收機先恢復原來失去的載波，才能檢出調(diào)制信號。6.1 單邊帶信號的產(chǎn)生單邊帶信號的產(chǎn)生浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路 產(chǎn)生單帶信號的方法產(chǎn)生單帶信號的方法濾波器法：濾波器法：第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻SSB輸出輸出 使用這種方法時，載波頻率使用這種方法時，載波頻率 f0 不能太高也不能太低，不能太高也不能太低，一般取一般取100kHz。多次平衡調(diào)幅與濾波，逐步提高頻率。多次平衡調(diào)幅與濾波，逐步提高頻率。0+0或或0-0平衡平衡調(diào)制器調(diào)制器帶通帶通濾波器濾波器BM11BM22音頻音頻FOSCOSC1f1BM33放

7、大放大f1Ff1+FOSCOSC2f2OSCOSC3f3f2(f1+F)f2+(f1+F)f3(f2+ f1+F)f3+f2+ f1+F (single side band)t0sin6.1 單邊帶信號的產(chǎn)生單邊帶信號的產(chǎn)生 產(chǎn)生單帶信號的方法產(chǎn)生單帶信號的方法相移法：相移法：dbcos1cos1lg10邊帶抑止度浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路相移誤差引起的邊帶抑止度：相移誤差引起的邊帶抑止度：第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻輸出單邊帶信號：輸出單邊帶信號：SSB輸出輸出平衡調(diào)平衡調(diào)幅器幅器A Av1=Vsint sinot調(diào)制信號調(diào)制信號平衡調(diào)平衡調(diào)幅器幅器B B調(diào)制信號調(diào)制信號9090相移網(wǎng)

8、絡相移網(wǎng)絡載波載波9090相移網(wǎng)絡相移網(wǎng)絡載波載波振蕩器振蕩器合并合并網(wǎng)絡網(wǎng)絡VosinotVocosotV sintv2=Vcost cosotv3平衡調(diào)幅信號：平衡調(diào)幅信號：tKVvvKv0213costVv01sin5 . 0tVv02cos5 . 0t0cos6.1 單邊帶信號的產(chǎn)生單邊帶信號的產(chǎn)生 產(chǎn)生單帶信號的方法產(chǎn)生單帶信號的方法相移濾波法：相移濾波法：ttv11sinsinSSB輸出：輸出：浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻SSB輸出輸出調(diào)制信號調(diào)制信號vo=Vosin2tvo =Vocos2tv= sintv5v6v=sin1tv=cos1tv1=v

9、 vv2=v vv4=sin(1-) t9090相相移網(wǎng)絡移網(wǎng)絡BM1BM2音頻音頻振蕩器振蕩器低通低通濾波器濾波器低通低通濾波器濾波器載波載波9090相移網(wǎng)絡相移網(wǎng)絡載波載波振蕩器振蕩器合并合并網(wǎng)絡網(wǎng)絡BM4BM4v3=cos(1-) t或或ttvvvo1235cossinttv12cossinttvvvo 1246sincostvv1265sintvv1265sin0 10 +m 保留低頻分量的雙邊帶調(diào)幅方式，保留低頻分量的雙邊帶調(diào)幅方式，而高頻分量采用單邊帶傳送。而高頻分量采用單邊帶傳送。6.1 殘留邊帶調(diào)幅殘留邊帶調(diào)幅VSBAM浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混

10、頻AM0 0（vestigal sideband amplitude modulation）00 -m0 +m0 000 -m0 +m0 00 -m00 +m0 00DSBAMSSBAMVSBAM殘留邊帶調(diào)幅具有低頻分量加重效果。殘留邊帶調(diào)幅具有低頻分量加重效果。6.1 高電平調(diào)幅高電平調(diào)幅 集電極調(diào)幅集電極調(diào)幅調(diào)制電路必須總是工作在過壓狀態(tài)。調(diào)制電路必須總是工作在過壓狀態(tài)。LCLC諧振回路諧振在諧振回路諧振在0上。上。浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻Vcost +vb-VBBVCCCLVbmcos0 t 調(diào)制信號調(diào)制信號v作為集電極供電電作為集電極供電電壓的一部分

11、加入。集電極調(diào)制電路壓的一部分加入。集電極調(diào)制電路要求輸入的調(diào)制電壓要求輸入的調(diào)制電壓v幅度較大。幅度較大。調(diào)制功率較大，效率較高。調(diào)制功率較大，效率較高。 ttttS00015cos523cos32cos2216.1 高電平調(diào)幅高電平調(diào)幅 斬波調(diào)幅斬波調(diào)幅工作原理工作原理浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路將調(diào)制信號切割出角頻率為將調(diào)制信號切割出角頻率為0的脈沖信號。的脈沖信號。第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻（ cos0t0 ）按照傅里葉級數(shù)展開：按照傅里葉級數(shù)展開：tv0 0tv(t)0 00 0tvoS1(t)=+10（ cos0t 0）v(t)= v(t) S1(t) 可見：可見：v(t)中

12、中包含有包含有（0）等項，等項，但無但無V0cos0t項。最后輸出的是被抑止載項。最后輸出的是被抑止載波的雙邊帶信號。波的雙邊帶信號。6.1 斬斬 波波 調(diào)調(diào) 幅幅 實現(xiàn)斬波調(diào)幅的電路實現(xiàn)斬波調(diào)幅的電路浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻二極管橋式斬波調(diào)幅電路二極管橋式斬波調(diào)幅電路 由開關信號由開關信號v1控制四個二極管控制四個二極管的通斷。輸出雙邊帶調(diào)幅信號。的通斷。輸出雙邊帶調(diào)幅信號。環(huán)形調(diào)幅電路：環(huán)形調(diào)幅電路：RL+v-+ v1 -D1D2D4D3+ v1 -D1D2D4D3R1+v-+v(t)-單向脈沖輸出單向脈沖輸出雙向脈沖輸出雙向脈沖輸出+v(t)-0 -0

13、 00 +06.1 高電平調(diào)幅高電平調(diào)幅 基極斬波調(diào)幅基極斬波調(diào)幅 注意：基極調(diào)制不同于基極注入調(diào)制，當注入信號幅度為注意：基極調(diào)制不同于基極注入調(diào)制，當注入信號幅度為mV級時，屬于平方律調(diào)制方式。級時，屬于平方律調(diào)制方式。浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻+vb-+ v -VBBVCCCLVcost Vbmcos0 t 調(diào)制信號調(diào)制信號v作為基極偏置電壓作為基極偏置電壓的一部分加入?；鶚O調(diào)制電路輸入的一部分加入?；鶚O調(diào)制電路輸入的調(diào)制電壓的調(diào)制電壓v幅度一般控制在幅度一般控制在1V1V左左右。用于小功率調(diào)制。右。用于小功率調(diào)制。基極調(diào)幅電路必須總是工作在欠壓狀態(tài)?；?/p>

14、極調(diào)幅電路必須總是工作在欠壓狀態(tài)。vv6.1 低電平振調(diào)幅低電平振調(diào)幅 平方律調(diào)幅工作原理平方律調(diào)幅工作原理2210iiovavaav浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路非線性非線性器件器件第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻100.5Q0v/Vi/A0.63050讓二極管工作于具有平方律特性的區(qū)域讓二極管工作于具有平方律特性的區(qū)域: :實際產(chǎn)生上、下邊頻的是實際產(chǎn)生上、下邊頻的是vi2 2這一項。這一項。0.7帶通帶通濾波器濾波器+ +vivov(t)其中其中: :vi控制在控制在mV級。級。tVtVvicoscos00tVatVatVaVVaavocoscoscos5 . 021100122020tt

15、VVa0002coscostVatVa2cos5 . 02cos5 . 0220202ttVaaVa01201coscos216.1 低電平振調(diào)幅低電平振調(diào)幅 平方律調(diào)幅特性平方律調(diào)幅特性ttVVatVa0002001coscoscos浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻調(diào)幅度：調(diào)幅度：結(jié)論：結(jié)論：調(diào)幅度調(diào)幅度m ma a的大小由調(diào)制信號電壓振幅的大小由調(diào)制信號電壓振幅V及調(diào)制器特性曲線決定。及調(diào)制器特性曲線決定。指指a1 1、a2 2通常通常a2 2 V1m時時，可以使失真減小到允許值。，可以使失真減小到允許值。本地載波的產(chǎn)生：本地載波的產(chǎn)生：發(fā)射機發(fā)送導頻信號發(fā)射機

16、發(fā)送導頻信號各自使用高穩(wěn)定度的石英晶振各自使用高穩(wěn)定度的石英晶振tVttVttVvmm000101cossinsincoscostVm0costVvm011costVvm000cos避免惰性失真條件：避免惰性失真條件：tmVVaimimcos1tVmdtVdimaimsinRvdtdvCcc輸入信號：輸入信號：浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻對于檢波電路：對于檢波電路：DCiDR R其電壓變化速度：其電壓變化速度：要不產(chǎn)生失真：要不產(chǎn)生失真：設：設：則要求則要求A A1 1令：令：得到：得到：因此有：因此有：tmRCVRCvdtdvaimcccos1dtVddtdv

17、imcdtdvdtVdAcim0dtdAaammRCA1max11aammRC依據(jù)避免負峰切割失真條件：依據(jù)避免負峰切割失真條件：確定各元件參數(shù)確定各元件參數(shù)2min1icrCFC6610009. 0107 . 65 . 427 . 1kR21R R2 22r2ri2i2，取，取=4.7k=4.7k。按一般規(guī)律：按一般規(guī)律：浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻D DC2C1R1R2收音機收音機ma的平均值為的平均值為30%30%，保證，保證ma=50%=50%時也能正常工作。時也能正常工作。不產(chǎn)生惰性失真：不產(chǎn)生惰性失真：其中其中C C1 1、C C2 2均取均取0.0

18、1F0.01FC Cc c電容電容C Cc c由頻率失真條件確定：由頻率失真條件確定：C Cc c1.5F1.5F7 . 1maxRC3maxmax105 . 422f5 . 02122221RRrRrRRiiamRR7 . 45 . 04 . 111RR6.3 混混 頻頻 混頻的功能混頻的功能高頻電子線路第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)與混頻實現(xiàn)頻譜搬移的目的。實現(xiàn)頻譜搬移的目的。0 fi-F fi fi+F fs-F fs fs+F f0f相對振幅本振信號接收信號中頻信號6.3 晶體二極管混頻電路晶體二極管混頻電路 二極管平衡混頻器二極管平衡混頻器 0121vvRrtSisLd浙江海洋學院 陳庭勛高

19、頻電子線路第5章 頻譜的線性搬移電路（開關式混頻）（開關式混頻）D1RL+ v0 -+vs-D2+-+-+-+-vs/2+ v0 -vs/2vi/2vi/2i1i2輸出電流：輸出電流：幅度足夠大幅度足夠大 sLdvvRrtSi2102 ttttS0005cos523cos32cos221 tVtSRrvtSRriiissmLdsLdcos11216.3晶體二極管混頻電路晶體二極管混頻電路 二極管環(huán)形混頻器二極管環(huán)形混頻器浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第5章 頻譜的線性搬移電路（開關式混頻）（開關式混頻）RL+vs-+ v0 -工作特點：工作特點：D1RL+ v0 -+vs-D3D1D2D4D

20、3i1i3+ v0 -D2D4RL+vs-i2i4在本振電壓在本振電壓v0的正負半周均有混頻作用。的正負半周均有混頻作用。v0的正半周的正半周v0的負半周的負半周優(yōu)點：混頻所產(chǎn)生的無用頻率成份少。優(yōu)點：混頻所產(chǎn)生的無用頻率成份少。6.3差分對模擬乘法器混頻電路差分對模擬乘法器混頻電路 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第5章 頻譜的線性搬移電路+v0-VBBVCC+vs-T3T1T2Re中頻輸出中頻輸出v本振信號本振信號 在本振電壓在本振電壓v0的正的正負半周均有混頻作用。負半周均有混頻作用。在輸入信號幅度較小時，在輸入信號幅度較小時，工作于變跨導頻率方式。工作于變跨導頻率方式。

21、在本振電壓在本振電壓v0幅度較大幅度較大時，工作于開關混頻方時，工作于開關混頻方式，類似于平衡混頻器。式，類似于平衡混頻器。00261iImVrrbbbe6.3差分對模擬乘法器混頻電路差分對模擬乘法器混頻電路 模擬乘法器電路的分析模擬乘法器電路的分析2110120262vKvvKvgvIRvCo+v2-VBBVCC+v1-T3T1T2RC2RC1Re+ v0 -浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路不考慮不考慮r rbbbb的影響，關系式變?yōu)椋旱挠绊?，關系式變?yōu)椋旱?章 頻譜的線性搬移電路iE1iE2i0線性范圍內(nèi)的輸入、輸出關系：線性范圍內(nèi)的輸入、輸出關系：其中：其中：乘積項乘積項當時所處的電流值

22、當時所處的電流值12vrRvbeCokTqvSEBEeIi/11kTqvSEBEeIi/22qKT26120gvi 6.3差分對模擬乘法器混頻電路差分對模擬乘法器混頻電路 模擬乘法器電路的分析模擬乘法器電路的分析kTqvEEEEEEeiiiiiii/1121210111浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路用用i iC C= =iiE E代入，代入，線性要求所允許的線性要求所允許的v1 1值較小值較小第5章 頻譜的線性搬移電路線性工作區(qū)域線性工作區(qū)域 ? ?+v2-VBBVCC+v1-T3T1T2RC2RC1Re+ v0 -iE1iE2i0且設且設: :-3 2 1 0 1 2 3Z10.50iiC

23、kTqvEeii/0111kTqvEeii/0211kTqvZ1mVqkTv261ZCeii101ZCeii10202iiC01iiC+v2-TTVvCVvCeiei/5/11116.3 雙差分對混頻電路雙差分對混頻電路11/52111TTVvVvCCCeeiiiT1T2浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第5章 頻譜的線性搬移電路電路工作基本依據(jù)：電路工作基本依據(jù)：同理：同理：TTBEBEVvVvvCCeeii/21121kTqvESEBEeIi/11/63411TTVvVvCCCeeiii11/76522TTVvVvCCCeeiii521CCCiiiT3T4VCCT5T6+ v0 -RC2RC

24、1RR1R2+v1-iC4I0= iC7iC5T7T8iC6iC1iC2643CCCiiiTVvCCeii/5211TVqkT+v2-11/6511TTVvVvCCCeeRii6.3 四象限模擬乘法器混頻四象限模擬乘法器混頻11/721212121TTTTTTTTVvVvVvVvVvVvVvVvCCeeeeeeeeiRT1T2浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第5章 頻譜的線性搬移電路乘法器輸出電壓：乘法器輸出電壓：其中做了一定的近似處理：其中做了一定的近似處理：v1 1、v2 2足夠小。足夠小。CCCCCCRiiRiiv42310TTCCVvVviR2221711/76522TTVvVvCCCeeiiiT3T4VCCT5T6+ v0 -RC2RC1RR1R2+v1-iC4I0= iC7iC5T7T8iC6iC1iC21111/71122TTTTVvVvCVvVvCeeReei所需注所需注入功率入功率較小較小6.3 晶體三極管混頻電路晶體三極管混頻電路 電路種類及特點電路種類及特點浙江海洋學院 陳庭勛高頻電子線路第5章 頻譜的線性搬移電路共射基極集中輸入