高頻電子線路課件：第四章

1、第四章 振幅調(diào)制與解調(diào)一、概述不能直接發(fā)射低頻（音頻、視頻）的原因：要求天線尺寸過大，如1000Hz需要75km長天線；音頻、視頻信號的相對頻帶很寬，使發(fā)射和接收難于使用諧振回路，這樣的效率是很低的；接收機無法進行節(jié)目的選擇。調(diào)制脈沖調(diào)制連續(xù)波調(diào)制。調(diào)制方法幅度調(diào)制角度調(diào)制調(diào)頻調(diào)相不同調(diào)制方式比較：抗干擾性：脈沖編碼最強，調(diào)頻調(diào)相次之，調(diào)幅最差；實現(xiàn)調(diào)制的簡便程度：調(diào)幅最簡單，脈沖編碼最復雜；已調(diào)波所占頻帶寬度：調(diào)幅最窄，脈沖編碼最寬；器件的效率和輸出功率：調(diào)幅載波功率隨調(diào)制信號而改變，調(diào)頻載波功率不變；保真度：理論上調(diào)幅優(yōu)于調(diào)頻或調(diào)相，實際上調(diào)頻或調(diào)相比調(diào)幅好。實現(xiàn)調(diào)幅的方法：低電平調(diào)幅：高

2、電平調(diào)幅：I、平方率調(diào)幅；III、斬波調(diào)幅； IV、模擬乘積調(diào)幅。I、集電極調(diào)幅；II、基極調(diào)幅。II、平衡調(diào)幅；二、振幅調(diào)制的基本特性1、調(diào)幅波的數(shù)學表示式tVv000costVvcos載波：調(diào)制信號： ttVtv0cos tVkVtVacos0已調(diào)波：其中： ttVkVtva00coscosttmVa00coscos1ak比例常數(shù)0VVkmaa調(diào)幅指數(shù)或調(diào)幅度0min000max0minmax2VVVVVVVVVma10am要求2、調(diào)幅波的頻譜 ttVmtVtva0000coscoscostVmtVmtVaa000000cos21cos21cos 即調(diào)制信號的頻譜被搬到載頻附近，成為上邊帶

3、與下邊帶。 調(diào)幅波所占的頻帶寬度等于調(diào)制信號最高頻率的二倍。max2FMBW調(diào)幅波的帶寬：上下兩個邊帶包含有相同的信息！3、調(diào)幅波中的功率關系RVPT20021RVmPa212200載波功率：下邊帶功率：TaPm0241上邊帶功率：RVmPa2122000000PPPPTTaPm0241總功率：2120aTmP討論：am0P 載波本身并不包含信號，但它的功率占整個調(diào)幅波功率的絕大部分。 因此可以有抑制載波的雙邊帶調(diào)幅。將載波和其中一個邊帶功率抑制，則是單邊帶調(diào)幅。三、振幅調(diào)制的方法1、混頻器 調(diào)幅是將調(diào)制信號的頻譜線性搬移到高頻段，因此頻率變換電路是實現(xiàn)調(diào)幅的核心電路。 將二個不同的信號加到非

4、線性器件，按非線性關系產(chǎn)生各種組合頻率，取其差頻或和頻。自激式混頻器他激式混頻器本振混頻合為一體晶體管混頻差分對混頻二極管混頻平方律混頻平衡混頻環(huán)形混頻斬波混頻1）晶體管混頻器混合參數(shù)模型SBBEcvvVfvfi00vVB點展成泰勒級數(shù)，有：在 200021SBSBBcvvVfvvVfvVfi 00vVvBEcBBBEtgvivVf 將非線性器件看成一個線性參變元件，各參數(shù)隨時間變化，這與分析放大器不一樣）mcgg 變頻跨導ci tg、0v均為的函數(shù)tVv000costgtggvVfB0201002coscostVvSSScos、SBBcvvVfvVfi000n0s0nsi0tgViSSi01

5、cos2121gVISi121gVIgSic若則：tItIIvVfcccB0201002coscos取Ci的前兩項，有其頻譜包括：及其倍頻及其與的組合頻率sn0, 2, 1, 0n若L、C回路諧振于則中頻電流：?。簞t變頻跨導下面給出晶體管混頻器的參數(shù)計算公式：輸入電導：輸出電導：變頻跨導：變頻增益：變頻功率增益：2221bbebSbbebSebicrCrCgg221bbebicbebbbicceocrCCCrggg22612621bbTESEcrIIgLoccSivcGggVVAicLvcPcgGAA2TocgicgLG特征角頻率晶體管輸入電導晶體管輸出電導負載電導EI工作點電流2）二極管混頻

6、器平方律混頻器晶體管混頻器的缺點： I、動態(tài)范圍小； II、組合頻率干擾嚴重III、噪聲較大；IV、存在本地輻射。 二極管混頻器可以克服改善晶體管混頻器的缺點，但是沒有變頻增益。（小信號） Dv ov sv iv Di + + + + - - - - 假設兩個信號混頻。其中tVvooocostVvssscos若：DprR 且取差頻：soi為L、C回路諧振于pR的等效電阻i為二極管的動態(tài)電阻Dr則有：soDvvv根據(jù)二極管特性，有： 2210DDDvbvbbi（只取2次以內(nèi)各項，忽略高次項）tVbtVbbioossDcoscos110)coscoscos2cos(22222tVttVVtVboo

7、osossstRVVbvsopsoi)cos(2tViicos各種組合頻率實際上都可能出現(xiàn)。 因此混頻效率很低！tbtVbbiossDcoscos110)2cos212cos212121(2222ttVVVbossostVVtVVbsoossoos)cos()cos(2經(jīng)過帶通濾波器后，有：平衡混頻器 ov sv sv 1Dv 2Dv iv + + - - + - 1Di 2Di 若：DprR （小信號）soDvvv1soDvvv2而2121101DDDvbvbbi2222102DDDvbvbbipDDiRiiv2)(21tVVbRvsoospi)cos(22如果兩個二極管參數(shù)完全一樣，則：s

8、、o等頻率分量被抵消了。 混頻效率有所提高！通過帶通濾波器后，有：單管開關混頻器 Dv ov sv iv Di + + + + - - - - （大信號）若ov足夠大，BZoVV 則ov控制二極管通斷。即有：)(tS0001)(oovvtS將按傅立葉級數(shù)展開，有：ttttSooo5cos523cos32cos221)(此時：iosDvvvv)(iosdDvvvtSgiDdrg1tttVtVtVgiooiioossdD3cos32cos221coscoscos經(jīng)過帶通濾波后，有：tVVgiiisdicos211組合頻率分量也有所減少！二極管平衡開關混頻器 ov sv sv 1Dv 2Dv iv

9、+ + - - + - iv - + BZoVV 處于開關狀態(tài)（大信號）通過帶通濾波器后，中頻電流為21DDLiiiisoDvvvv1soiDvvvv2而)(1isodDvvvtSgi)(2soidDvvvtSgi負載電流：)(2isdvvtSgtttVtVooiiss3cos32cos221coscostVVgiiisdicos2組合頻率分量進一步降低！兩個二極管參數(shù)完全一樣斬波混頻器（大信號）0100)(oovvtS)(tSvvsittttVoooss5cos523cos32cos221cos通過帶通濾波器后：tVtvisicos1)(要求四個二極管參數(shù)完全一樣！組合頻率分量只有s以及so

10、n ) 12(, 3 , 2 , 1n環(huán)形混頻器 ov sv LG 1:1 1:1 iv + - （大信號）0101)(oovvtS)(tS按傅立葉級數(shù)展開，有：ttttSooo5cos543cos34cos4)()(tSvvsittttVoooss5cos543cos34cos4cos通過帶通濾波器后，有：tVvisicos2組合頻率分量只有son ) 12(, 3 , 2 , 1n要求四個二極管參數(shù)完全一樣！分裂式環(huán)形混頻器 + sv ov iv - 調(diào)R1和R2可以改變兩個耦合電路次級的平衡。 因此電路只需要D1與D2、D3與D4完全一樣就可以了。 變壓器是分開的，使D1、D2與D3、D

11、4相互影響大大削弱了。 3）差分對混頻器（小信號） sv ov iv + + + - - - 21BEBEsvvv34BEBEvviBEBEovvv65kTqvsEnBEneIi61n215EECiii436EECiii657EECiii（恒流）1782287RvvRRRvViBEBEBECCEcccRRR21)()(3142EEEEciiiiiRvosvKv模擬乘法器通過帶通濾波器后，有tVKVvisoicos21K乘法系數(shù)4）混頻器的干擾組合頻率干擾和副波道干擾I、組合頻率干擾soifff組合頻率：sokqfpff若ikff 經(jīng)差拍檢波后，產(chǎn)生干擾哨聲只要ipqpsff1就有可能產(chǎn)生干擾哨

12、聲若外部干擾信號nf串入混頻器與本振組合，產(chǎn)生組合副波道干擾。)(10infpfqf或isnfppfqf) 1(1也會產(chǎn)生干擾哨聲。（內(nèi)部產(chǎn)生）（外部干擾）II、副波道干擾 組合副波道干擾中某些特定頻率形成的干擾，稱為副波道干擾。)(10infpfqf中1, 0qp時inff 稱為中頻干擾干擾與信號在檢波器重差拍，產(chǎn)生音頻哨叫聲。若1, 1qp則isnfff2nf與sf鏡像對稱稱為鏡像干擾與信號在檢波器 中差拍，產(chǎn)生音頻哨聲。onifffifif （外部干擾）交叉調(diào)制 （有用信號與外部干擾之間） 接收機調(diào)諧在有用信號頻率上時，干擾很清楚，失諧時，干擾減弱，有用信號消失則干擾完全消失。由于放大器

13、或混頻器的非線性特性引起的。I、交叉調(diào)制是晶體管特性中的三次或更高次非線性產(chǎn)生的；II、交叉調(diào)制度與干擾信號的平方成正比；交叉調(diào)制度：2nVk III、交叉調(diào)制度與有用信號電壓幅度無關；IV、干擾只要足夠強，并進入接收機前端，就可能產(chǎn)生交叉調(diào)制，而與干擾與有用信號的頻率距離無關?；ハ嗾{(diào)制 （互調(diào)） （多個干擾之間） 兩個或多個干擾信號一起加入接收機前端，由于放大器的非線性作用，使干擾信號彼此混頻，產(chǎn)生接近有用信號頻率的互調(diào)干擾分量，在檢波器差拍后，產(chǎn)生哨聲。I、互調(diào)干擾由放大器或混頻器特性的二次、三次和更高次非線性（二階、三階失真項）產(chǎn)生；II、互調(diào)干擾分量強度同輸入 干擾信號振幅有關（三階互

14、調(diào)危害最大）；III、產(chǎn)生互調(diào)干擾的兩個干擾信號頻率之間必須滿足一定的組合關系。阻塞干擾相互混頻（強外部干擾） 強干擾信號進入接收機前端，使放大器或混頻器中的晶體管處于嚴重非線性區(qū)域，造成信噪比大大下降。這種現(xiàn)象稱為阻塞現(xiàn)象。I、強干擾使工作點上移至飽和區(qū)，造成信噪比下降；II、強干擾使晶體管集電結被擊穿（假擊穿，干擾消失后晶體管還能夠還原）。（倒易混頻） （強外部干擾）本振源內(nèi)有邊帶噪聲。 若強干擾進入混頻器后，可能作為“載頻”將本振中的噪聲調(diào)制于其上，然后混頻到中頻范圍內(nèi)，造成實際靈敏度下降。 本來是本振與有用信號差頻獲得中頻，現(xiàn)在則是干擾頻率與本振中的噪聲差頻產(chǎn)生中頻的頻率，故稱為“倒易

15、混頻”。5）克服混頻器干擾的措施合理選擇中頻，可大大減少組合頻率干擾和副波道干擾；提高前端電路的選擇性；選擇合適的器件及合理運用。I、適當選擇工作點，以減小交調(diào)、三階互調(diào)和阻塞；II、加深度交流負反饋，以減小交調(diào)、互調(diào)和阻塞；III、采用小電流工作狀態(tài)，以減小阻塞；IV、采用場效應管代替雙極型晶體管，對改善互調(diào)、交調(diào)合阻塞均有利。2、常用的調(diào)幅電路1）低電平調(diào)幅平方律調(diào)幅器 Dv ov v AMv Di + + + + - - - - ov AMv vvvoivvvoDtVvcos調(diào)制信號：載波：tVvooocospoooooAMRtVVtVVbtbv)cos()cos(cos21tbtVbb

16、ioDcoscos110)2cos212cos212121(2222ttVVVbootVVtVVboosoo)cos()cos(2通過帶通濾波后，有：2210DDDvbvbbi特點： 各種組合頻率都有可能出現(xiàn)，帶通濾波器制作困難，且調(diào)制的線性度差，非線性失真嚴重。普通調(diào)幅小信號平衡調(diào)幅器若：DprR vvvoD1vvvoD2而2121101DDDvbvbbi2222102DDDvbvbbipDDAMRiiv2)(21ttVVbRvooopAM)cos()cos(22如果兩個二極管參數(shù)完全一樣，則：o等頻率分量被抵消了。通過帶通濾波器后，有： ov v v 1Dv 2Dv AMv + + - -

17、 + - 1Di 2Di 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅差分對調(diào)幅器 ov v AMv oAMvKvvttVKVooo)cos()cos(21抑制載波的雙邊帶調(diào)幅斬波調(diào)幅器I、不對稱斬波調(diào)幅器0100)(oovvtS通過帶通濾波器后：ttVvooAM)cos()cos(1抑制載波的雙邊帶調(diào)幅II、對稱斬波調(diào)幅器 ov v LG 1:1 1:1 iv + - 0101)(oovvtS通過帶通濾波器后，有：ttVvoosAM)cos()cos(2抑制載波的雙邊帶調(diào)幅2）高電平調(diào)幅集電極調(diào)幅 v ov AMv C CCV + + + - - - pCcRIV1o工作于過壓狀態(tài)要求：普通調(diào)幅基極調(diào)幅 BBV v

18、 ov AMv CCV BBV + + + - - - pCcRIV1o工作于欠壓狀態(tài)要求：普通調(diào)幅3）單邊帶信號的產(chǎn)生優(yōu)點： 頻帶可節(jié)約一半，大大提高短波波段的利用率。信噪比高。缺點：設備復雜，要求接收、發(fā)射的頻率穩(wěn)定度高。濾波法 平衡調(diào)幅 帶通濾波器 o o o 或 單邊帶輸出 BF 對帶通濾波器要求高！多級濾波法 AM1 AM2 AM3 BF1 BF2 BF3 1 1 1 2 )(12 12 3 )(123 123 321o令：對每級要求不高，但鏈路復雜。相移法 AM1 AM2 S9001 S9001 本振合并tVsin tVcos tVoosin tVoocos ttVosinsin

19、ttVocoscos tKVo)cos( tKVo)cos( （+） （-） 音頻信號范圍內(nèi)完全900移相很困難！ AM1 AM2 LP1 S9001 音頻 （單音） 合并tsin t1sin t1cos tt1sinsin tt1cossin t)(sin12 t)(sin12 （+） （-） LP2 t )cos(1 t )sin(1 AM3 AM4 本振S9001 t2sin t1cos tt)cos(sin12 tt)sin(cos12 輸出以修正移相濾波法12o或12o為載波的單邊帶信號。4）殘留邊帶調(diào)幅 殘留邊帶調(diào)幅是指發(fā)送信號中包括一個完整邊帶、載波以及另一個邊帶的小部分。 比普

20、通調(diào)幅節(jié)省了頻帶，又避免了單邊帶調(diào)幅要求濾波器衰減特性陡峭的困難，發(fā)送的載波分量也便于接收端提取載波同步信號。殘留邊帶調(diào)幅頻譜實現(xiàn)方法：濾波法 平衡調(diào)幅 帶通濾波器 o )(H 殘留單邊帶輸出 BF 為了不失真恢復調(diào)制信號，要求殘留邊帶帶通濾波器在HHH常數(shù))()(000處必須具有互補對稱特性（奇對稱）。即：為調(diào)制信號最高角頻率H5）正交調(diào)幅ttyttxtSccQAMsin)(cos)()( 用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調(diào)幅。四、調(diào)幅信號的解調(diào) （檢波）、平方律檢波 （小信號檢波） AMv LR LC Di 2210AMAMDvbvbbi負載電容LC是大電容

21、， 可以認為是高頻短路。因此：而：ttmVvoaoAMcos)cos1 (所以負載上的低頻電流為：tVmbioacos22輸出解調(diào)電壓為：tRVmbvLoacos22tVcos檢波效率：oadVmVkoLVRb2非線性失真：VVVkf2322am41缺點：dk小，fk大優(yōu)點： 測量功率方便，可作為儀器檢波頭。2、峰值包絡檢波器 （大信號檢波） 0 cv AMv Di cv R C cC 2ir + - 1）電壓傳輸系數(shù)oadVmVkcos為電流通角33RRdR為檢波器負載電阻dR檢波二極管D的內(nèi)阻v通過低通濾波器平滑后可得到檢波輸出優(yōu)點： 線性檢波，dk接近1缺點： 可能產(chǎn)生失真。2）失真惰性失真 （對角線切割失真）由負載電容C惰性過大引起。放電電流Rcii RvdtdvCccRCvdtdvcc而)cos1 (tmVaoocVv（包絡）tVmdtVdoaosin（包絡變化速度）要不失真，需要：dtVddtdvoc令：dtdvdtVdAco求A的最大值maxA令1maxA就是不失真條件！所以不失真條件為：aammRC2max1RC