4.2---頻譜搬移電路的基本工作原理課件

1、1第四章 頻譜搬移電路-4.2 4.1頻譜搬移電路概述 4.3 非線性電路概念和頻率變換本質(zhì)5.11 本章小結(jié)4.5 本章小結(jié) (振幅調(diào)制電路、振幅解調(diào)電路、混頻電路） 4.4 頻譜搬移電路的典型電路分析4.2 頻譜搬移電路的基本工作原理224.2.1 振幅調(diào)制簡述4.2.2調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式、波形與頻譜4.2.3普通調(diào)幅波的功率-引出雙邊帶與單邊帶4.2頻譜搬移電路的基本工作原理 (振幅調(diào)制電路、振幅解調(diào)電路、混頻電路）4.2.4 典型的振幅調(diào)制電路框圖4.2.7 本節(jié)小結(jié)2022/7/144.2.5振幅解調(diào)概念、波形與頻譜示意圖4.2.6混頻概念、波形與頻譜示意圖33將要傳送的基帶信號裝載

2、到某一高頻載頻信號上，使其振幅受調(diào)制的過程。高頻振蕩高頻放大話筒聲音緩沖發(fā)射 天線倍頻調(diào)制音頻放大2.定義4.2.1 振幅調(diào)制簡述1.框圖2022/7/14441. 普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式對一般的調(diào)幅波,通常滿足c。根據(jù)振幅調(diào)制信號的定義,已調(diào)信號的振幅隨調(diào)制信號u線性變化。載波信號： 調(diào)制信號： 按調(diào)幅信號（已調(diào)波）定義： 由于調(diào) 幅信號的振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即有： ，式中為比例常數(shù),與兩信號在電路接入端有關(guān)，見下頁圖示即： 4.2.2調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式、波形與頻譜2022/7/145典型的振幅調(diào)制電路5集電極調(diào)幅電路2022/7/14晶體三極管基極調(diào)幅電路為比例常數(shù),與兩個信號在電路

3、中接入端是否相同有關(guān)661. 普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式載波信號： 調(diào)制信號： 已知： 式中ma設(shè)為調(diào)制度， 常用百分比數(shù)表示。4.2.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式2022/7/14上式為普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式77普通AM波的三種情況AM的三種情況(見下圖)：M1：過調(diào)制，波形已失真（包絡(luò)不能如實反映基帶信號幅度），不用M1：臨界調(diào)制（與失真僅一線之隔，參數(shù)略有變化就失真，也不用）；M1：正常調(diào)幅，最常用（實驗時一般M：20%40%） 假設(shè):2022/7/1488波形示意圖正常波形的M為：0.20.5（20%50%）M1：正常調(diào)制，M1：過調(diào)制，M1：臨界調(diào)制理論波形圖實際波形圖2022/7/1499

4、 波形特點： (1)調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致 (2) 調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱度 4.2.2.2調(diào)幅波的典型波形這里：Ma設(shè)為調(diào)制度， 且M1為正常調(diào)制2022/7/141010（1）由單一頻率基帶信號調(diào) 幅 調(diào)制信號0載波調(diào)幅波0+上邊頻0-下邊頻4.2.2.3. 普通調(diào)幅波的頻譜圖頻率：0， 0 載波幅度：V0邊頻幅度：Ma一般為0.20.5，邊頻幅度小2022/7/141111圖 由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波由非正弦波（多音）調(diào)制所得到的調(diào)幅波2022/7/14了解1212信號帶寬0 調(diào)幅波調(diào)制信號載波多音調(diào)幅波信號的公式、頻譜max0+max上邊帶0-max下邊

5、帶2022/7/141313 如果將普通調(diào)幅波輸送功率至電阻R上，則載波與兩個邊頻將分別得出如下的功率：0載波功率:上邊頻或下邊頻:在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM信號的平均輸出功率是4.2.3 調(diào)幅波中的功率關(guān)系-引出雙邊帶與單邊帶載波幅度： V0，調(diào)幅波一般表達式：邊頻幅度：2022/7/141414 由于Ma實際為0.2到0.5，所以載波本身雖不包含信號，但它的功率（PoT）卻占整個調(diào)幅波功率的絕大部分。當(dāng)ma1時，PoT(2/3)Po ；當(dāng)ma0.5時，PoT(8/9)Po ； 從調(diào)幅波的頻譜圖可知，唯有它的上、下邊帶分量才實際地包含調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)，而載波分量僅是起到頻譜搬移的作用，不反映

6、調(diào)制信號的變化規(guī)律。01、調(diào)幅波中的功率關(guān)系當(dāng)ma0.2時，PoT(50/51)Po ；2022/7/141515AM信號的平均功率 邊頻 由上式可以看出,AM波的總平均功率為載波功率與兩個邊帶功率之和。而攜帶有用信號的功率只存在在兩個邊頻功率上。P單邊頻 P總 2022/7/14效率為有用功與無用功相比，即P邊頻/P總=M2aP上邊頻+P下邊頻+P載波P單邊頻4=效率上、下邊頻的平均功率均為一般：Ma小于1， =0.3：這時平均功率 ，說明邊頻功率只占總功率的 5%，可見發(fā)射效率極低。 解決的辦法 雙邊帶, 抑制載波，即只發(fā)送兩個邊帶。 單邊帶, 不但抑制載波，還抑制一個邊帶，即只發(fā)送一個邊

7、帶。 殘留邊帶，發(fā)送一個邊帶和另一邊帶一部分。2022/7/14161717在調(diào)制過程中, 將輸出信號的載波抑制就形成了抑制載波的雙邊帶信號,簡稱雙邊帶信號。它可用載波與調(diào)制信號相乘得到,其表示式為2、雙邊帶信號定義和公式調(diào)制時,為了降低無用功率、提高效率，需將載波抑制，引出概念-雙邊帶信號（DSB）。2022/7/141818雙邊帶調(diào)制時的頻譜圖虛線表示無載波2022/7/141919圖 DSB信號波形 由以上公式可以畫出DSB信號波形和頻譜圖2022/7/14注意DSB與AM波的不同，在90處的躍變2020 3 單邊帶（SSB）信號公式單邊帶（SSB）信號是由DSB信號經(jīng)邊帶濾波器濾除一個

8、邊帶或在調(diào)制過程中,直接將一個邊帶抵消而成。為了進一步提高效率，只需保留一個邊帶，引出概念-單邊帶信號。2022/7/142121圖 單邊帶調(diào)制時的頻譜搬移 2022/7/142222圖 單音調(diào)制的SSB信號波形 2022/7/1423三種振幅調(diào)制信號比較電壓表達式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號波形圖頻譜圖信號帶寬理想效率 小于10% 5 0% 100%2424 調(diào)幅波的共同之處都是在調(diào)幅前后產(chǎn)生了新的頻率分量，也就是說都需要用非線性器件(電路)來完成頻率變換。 這里將調(diào)制信號v與載波信號v0加入非線性器件，然后通過中心頻率為0的帶通濾波器取出輸出電壓vo中的調(diào)幅波成分。4.2.4

9、 AM信號的實現(xiàn)模型-工作原理2022/7/14圖4.1.4 AM信號的實現(xiàn)方框圖 具體原理與電路在第三節(jié)講述2525從振幅受調(diào)制的高頻信號中還原出原調(diào)制的信號。2022/7/14檢波簡述 1.定義4.2.5振幅解調(diào)概念、波形與頻譜示意圖2626二極管檢波器三極管檢波器檢波器件信號大小小信號檢波器大信號檢波器工作原理包絡(luò)檢波器同步檢波器2. 檢波的分類2022/7/142727檢波器的輸入輸出波形3 檢波器的輸入輸出波形2022/7/142828檢波器檢波前后的頻譜4 檢波前后的頻譜2022/7/142929非線性 電路低通濾 波器從已調(diào)波中檢出包絡(luò)信息，只適用于AM信號 輸入 AM信號檢出包

10、絡(luò)信息2022/7/145 典型的AM振幅解調(diào)框圖-包絡(luò)檢波30 在保持相同調(diào)制規(guī)律的條件下，將輸入已調(diào)信號的載波頻率從fs變換為固定fi的過程稱為變頻或混頻。（以調(diào)幅為例 ） 在接收機中， fi稱為中頻。一般其值為其中fo是本地振蕩頻率。 定義:其中，fi大于fs的混頻稱為上混頻， fi小于fs的混頻稱為下混頻。4.2.6混頻概念、波形與頻譜示意圖31波形 經(jīng)過混頻器變頻后，輸出頻率為 混頻的結(jié)果：較高的不同的載波頻率變?yōu)楣潭ǖ妮^低的載波頻率，而振幅包絡(luò)形狀不變。4.2.6. 混頻器的波形頻率舉例：32圖4.5.3.1 變頻前后的頻譜圖調(diào)幅是線性頻率變換 (一般是高本振) 頻譜搬移 4.2.

11、6混頻器的頻譜其中，fi大于fs的混頻稱為上混頻， fi小于fs的混頻稱為下混頻。公式推導(dǎo)見調(diào)制章節(jié)33A.變頻(混頻)增益：混頻器輸出中頻電壓Vim與輸入信號電壓Vsm的幅值之比。D.噪聲系數(shù)：高頻輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。C.選擇性：抑制中頻以外的信號的干擾的能力。B.非線性干擾：抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的能力。（重點是中頻干擾和鏡像干擾）4.2.6.混頻器的性能指標(biāo)344.2.7 本節(jié)小結(jié)4.2.1 調(diào)幅 概述342022/7/14調(diào)制：將基帶信號不失真地裝載到高頻信號上。調(diào)制的原因：能量問題，切實可行的天線，頻道復(fù)用、窄帶傳輸易于實現(xiàn)等。調(diào)幅是將要傳送的基帶信

12、號裝載到某一高頻載頻信號上，使其振幅受調(diào)制的過程。調(diào)幅的三種方法：AM、DSB、SSB3535 波形特點： (1)調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致 (2) 調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱度 2022/7/144.2.2調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式、波形364.2.2 調(diào)幅波的波形36三種Ma的值對應(yīng)的波形2022/7/14Ma一般為0.2-0.53737 如果將普通調(diào)幅波輸送功率至電阻R上，則載波與兩個邊頻將分別得出如下的功率：0載波功率:上邊頻或下邊頻:在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM信號的平均輸出功率是4.2.3 調(diào)幅波的功率關(guān)系-引出雙邊帶與單邊帶 載波幅度：V0， 邊頻幅度：Ma小有用邊頻功率

13、小2022/7/143838上、下邊頻的平均功率均為AM信號的平均功率 邊頻 由上式可以看出,AM波的總平均功率為載波功率與兩個邊帶功率之和。而攜帶有用信號的功率只存在在兩個邊頻功率上。P單邊頻 P總 2022/7/14效率為有用功與無用功相比，即P邊頻/P總=M2aP上邊頻+P下邊頻+P載波P單邊頻4=效率3939在調(diào)制過程中, 將輸出信號的載波抑制就形成了抑制載波的雙邊帶信號,簡稱雙邊帶信號。它可用載波與調(diào)制信號相乘得到,其表示式為引出雙邊帶與單邊帶 1、雙邊帶公式調(diào)制時,為了降低無用功率、提高效率-理想為50%），需將載波抑制，引出概念-雙邊帶信號。2022/7/1440雙邊帶波形與頻譜402022/7/144141 單邊帶（SSB）信號是由DSB信號經(jīng)邊帶濾波器濾除一個邊帶或在調(diào)制過程中,直接將一個邊帶抵消而成。為了進一步提高效率-理想為100%，只需保留一個邊帶，引出概念-單邊帶信號。2022/7/142、單邊帶（SSB）信號公式 4