6頻率變換1.ppt

1、1,船舶無線電技術(shù)基礎(chǔ),第6章 頻率變換電路,上篇 模擬電路,2,6.1 調(diào)制、解調(diào)及變頻的一般概念,無線通信系統(tǒng)組成：發(fā)射裝置、接收裝置、傳輸媒質(zhì) 發(fā)射機(jī)框圖：,3,6.1 調(diào)制、解調(diào)及變頻的一般概念,超外差式接收機(jī)框圖 頻率變換電路：調(diào)制、檢波、混頻,超外差式調(diào)幅接收機(jī)方框圖,檢波,混頻,4,6.1.1 調(diào)制,調(diào)制的定義： 指由攜帶有信息的電信號去控制高頻振蕩信號的某一參數(shù)，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化的一種過程。 調(diào)制的作用： 低頻信號的有效輻射，且發(fā)射機(jī)的天線長度易于實(shí)現(xiàn)。 頻譜的多路復(fù)用：各電臺(tái)將以不同的高頻載波作為發(fā)射頻率，這樣接收機(jī)就能根據(jù)載波頻率的不同很容易地選擇出所需電臺(tái)發(fā)

2、送的信息，而有效地抑制其他電臺(tái)發(fā)送的信息和各種干擾。,5,6.1.1 調(diào)制,按調(diào)制信號形式分類：模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制 調(diào)制方式分類： 振幅調(diào)制調(diào)幅（AM）調(diào)幅波 頻率調(diào)制調(diào)頻（FM）調(diào)頻波 相位調(diào)制調(diào)相（PM）調(diào)相波,調(diào)角,6,6.1.1 調(diào)制,調(diào)幅方式,（1）調(diào)制信號：攜有信息的電信號是物理現(xiàn)象經(jīng)換能器變換的低頻電信號,（2）載波：裝載低頻調(diào)制信號的高頻等幅波,（3）已調(diào)波信號：用調(diào)制信號控制載波的某一參數(shù)：幅度、頻率、相位，得到的是調(diào)制后的高頻振蕩信號,調(diào)幅波(AM)：載波的振幅隨著調(diào)制信號的變化而變化,7,6.1.1 調(diào)制,調(diào)頻波(FM)：載波的頻率隨著調(diào)制信號的變化而變化,調(diào)頻方式,8,

3、6.1.1 調(diào)制,調(diào)相波（PM）： 載波相位隨調(diào)制信號的變化而變化,調(diào)相方式,9,6.1.2 解調(diào),解調(diào)：調(diào)制的逆過程 將低頻調(diào)制信號從高頻已調(diào)波中不失真地還原出來，完成接收所需信號的任務(wù) 解調(diào)方式分類：檢波、鑒頻、鑒相 振幅檢波(檢波):從調(diào)幅信號中不失真地檢出調(diào)制信號,10,6.1.2 解調(diào),鑒頻： 把低頻信號從調(diào)頻波中還原出來 方式： 等幅調(diào)頻波轉(zhuǎn)化為調(diào)頻調(diào)幅波，再進(jìn)行振幅檢波，恢復(fù)調(diào)制信號。,11,6.1.3 混頻器,混頻器：是超外差接收系統(tǒng)的“特征”組成部分， 處于高放和中放之間，其作用是將fc的高頻已調(diào)信號不失真地變換為fi的中頻已調(diào)信號（固定中頻）。,調(diào)幅廣播中頻信號（465KH

4、Z）,fl與fi、fc間關(guān)系： fi = fc + fl 或,中頻頻率,本振頻率,fi fc，上混頻，高中頻,12,對調(diào)幅波，經(jīng)混頻后的中頻信號仍是調(diào)幅波，其振幅包絡(luò)形狀不變，只是中心頻率發(fā)生了變化。 對于調(diào)頻波或調(diào)相波，經(jīng)混頻后仍是調(diào)頻波或調(diào)相波，其調(diào)制規(guī)律及頻譜結(jié)構(gòu)均未改變。 中頻頻率值： 調(diào)幅收音機(jī)：465 kHz 調(diào)頻收音機(jī)：10.7 MHz 電視接收機(jī)：38 MHz,6.1.3 混頻器,13,6.2 非線性電路的頻率變換作用,線性元件和非線性元件 （1）線性元件：伏安特性為直線的元件，如電阻。,線性元件兩端若加入正弦波，通過的電流也是正弦波。,（2）非線性元件：伏安特性不是直線，如二

5、極管，三極管。,傅立葉級數(shù)展開：直流、基波分量、各次諧波成分、和頻、差頻,非線性元件具有頻率變換作用：當(dāng)兩個(gè)信號作用于非線性元件時(shí)，其輸出端是頻譜成分比較復(fù)雜的多頻信號。,線性元件不會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分,14,6.2.3 頻率變換電路的組成原則,調(diào)制、解調(diào)、混頻電路都是頻率變換電路。 頻率變換電路的基本組成包括非線性電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。 非線性電路具有頻率變換作用。 選頻網(wǎng)絡(luò)從輸出的多頻率的組合信號中選出所需新頻率。,15,調(diào)幅、混頻和檢波的頻率變換電路組成框圖,6.2.3 頻率變換電路的組成原則,16,6.3 調(diào)幅,調(diào)幅的任務(wù)：產(chǎn)生振幅受低頻調(diào)制信號控制的高頻調(diào)幅波。 振幅調(diào)制電路的功能：將輸入的

6、調(diào)制信號和載波信號通過非線性電路變換成高頻調(diào)幅信號輸出。 模擬調(diào)幅通常分為三種： 普通調(diào)幅方式(AM)普通調(diào)幅波 抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DSB)雙邊帶信號 單邊帶調(diào)制(SSB)單邊帶信號,17,6.3.1 普通調(diào)幅方式（AM）,1、AM的表達(dá)式及波形 設(shè)調(diào)制信號： 載波信號： 根據(jù)調(diào)幅的定義，可直接寫出普通調(diào)幅波的振幅Vm(t)： 普通調(diào)幅波的表達(dá)式：,Vm(t)：包絡(luò)函數(shù) ma = kaVm/Vcm，稱為調(diào)幅度，為包絡(luò)振幅與載波振幅之比。,調(diào)幅分析：（1）表達(dá)式及波形（2）頻譜和帶寬 （3）用模擬乘法器產(chǎn)生AM信號,18,調(diào)幅指數(shù)和波形,6.3.1 普通調(diào)幅方式（AM）,為了使高頻振幅能真實(shí)

7、反映調(diào)制信號，ma1。,過量調(diào)幅,19,2AM的頻譜和帶寬 頻譜：信號在頻域范圍內(nèi)的分布。 帶寬：信號在頻域上的分布范圍。用BW表示。 理論上，帶寬為無限。實(shí)際上，信號能量或功率主要集中在一定的頻率范圍內(nèi)，即工程上的信號帶寬。,6.3.1 普通調(diào)幅方式（AM）,20,2AM的頻譜和帶寬,6.3.1 普通調(diào)幅方式（AM）,調(diào)幅信號的有三個(gè)頻率分量：,21,復(fù)雜多頻信號： 50Hz5KHz,頻帶寬度：BWAM = 2Fmax。,6.3.1 普通調(diào)幅方式（AM）,22,3用模擬乘法器產(chǎn)生AM信號,普通調(diào)幅電路可由一個(gè)乘法器和一個(gè)相加器組成,K = ka/Vcm。,6.3.1 普通調(diào)幅方式（AM）,2

8、3,6.3.2 抑制載波的雙邊帶（DSB）信號調(diào)制,調(diào)幅波的表達(dá)式 載 頻: 幅度與調(diào)制信號無關(guān)，占有較大功率 。 上邊頻： 下邊頻： 雙邊帶調(diào)制：只發(fā)射上、下邊頻，而不發(fā)射載波的調(diào)制方式，稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)制，簡稱雙邊帶（Double Side Band, DSB）調(diào)制。,24,1、雙邊帶信號表達(dá)式及波形：,6.3.2 抑制載波的雙邊帶（DSB）信號調(diào)制,與AM波的包絡(luò)相比，DSB信號的包絡(luò)包絡(luò)已不能完全準(zhǔn)確地反映低頻調(diào)制信號的變化規(guī)律。,25,2 DSB信號的頻譜及帶寬,6.3.2 抑制載波的雙邊帶（DSB）信號調(diào)制,26,3用模擬乘法器產(chǎn)生雙邊帶（DSB）信號,6.3.2 抑制載波的

9、雙邊帶（DSB）信號調(diào)制,27,6.3.3 單邊帶（SSB）信號調(diào)制,單邊帶（SSB）調(diào)制：僅傳輸一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶）的調(diào)制方式稱為單邊帶（Single SideBand, SSB）調(diào)制。 1單邊帶SSB信號的表達(dá)式及波形,雙邊帶信號：,28,6.3.3 單邊帶（SSB）信號調(diào)制,1單邊帶SSB信號的表達(dá)式及波形,SSB波形：等幅波，包絡(luò)已不能體現(xiàn)調(diào)制信號的變化規(guī)律，是一條水平線，而它的頻率卻隨調(diào)制信號變化， ，故它含有傳送信息的特征 。,29,2 SSB信號的頻譜及帶寬,6.3.3 單邊帶（SSB）信號調(diào)制,30,6.3.3 單邊帶（SSB）信號調(diào)制,3、SSB調(diào)制的特點(diǎn) 節(jié)省發(fā)射功率

10、。 頻譜寬度BWSSB = Fmax，比AM信號和DSB信號的頻譜寬度相比壓縮了一半，節(jié)省了頻帶。 SSB抗選擇性衰落強(qiáng)。短波傳播過程中，由于不同頻率的電波會(huì)產(chǎn)生不同衰減和相移，使調(diào)幅信號產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。通信距離越遠(yuǎn)，選擇性衰落就越嚴(yán)重，通信質(zhì)量下降。 SSB調(diào)制是短波無線電通信中最主要的一種調(diào)制方式,31,4SSB信號的產(chǎn)生：(1) 濾波法（2）移相法,濾波法：DSB信號經(jīng)帶通濾波器后取出一個(gè)邊帶信號，而抑制掉另一個(gè)邊帶信號。,缺點(diǎn)：對濾波器要求較高。在高頻上設(shè)計(jì)出比較困難。 采取方法：在較低頻率上實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅，然后向高頻處進(jìn)行多次頻譜搬移的方法，一直搬到所需的載頻。,6.3.3 單邊帶（

11、SSB）信號調(diào)制,32,634 振幅調(diào)制電路,1普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路,晶體管基極調(diào)幅電路,2雙邊帶信號的產(chǎn)生,二極管平衡調(diào)制器 (2) 二極管環(huán)形調(diào)制器,3船用MF/HF單邊帶發(fā)射機(jī),33,基極調(diào)幅電路 （AM電路）,二極管平衡調(diào)制電路（雙邊帶）,634 振幅調(diào)制電路,34,船用MF/HF單邊帶發(fā)射機(jī),6.3.4 單邊帶（SSB）信號調(diào)制,在SSB發(fā)射機(jī)中的“高中頻”方案是指第三調(diào)制的輸入頻率高于發(fā)射機(jī)的最高發(fā)射頻率。,發(fā)射頻率：1.627.5 MHz,35,6.4 振幅解調(diào),振幅解調(diào)：把調(diào)制信號從調(diào)幅波中還原的過程,檢波器把調(diào)幅波的包絡(luò)線取出，起到恢復(fù)調(diào)制信號的作用,檢波器輸入輸出波形及頻譜

12、,36,檢波電路的組成 檢波也是頻率變換的過程，必須包含非線性元件,6.4 振幅解調(diào),37,64 振幅解調(diào)（檢波）,檢波電路分類：包絡(luò)檢波、同步檢波。 包絡(luò)檢波只適用于AM的解調(diào)。DSB和SSB信號的解調(diào)，必須使用同步檢波。（AM也適用）,（1）AM波,（2）DSB波,（3）SSB波,38,6.4.1 包絡(luò)檢波,（1）大信號峰值包絡(luò)檢波 大信號：信號的振幅 0.5V,工作原理： 利用D的單向?qū)щ娦院蜋z波負(fù)載RC充放電過程來實(shí)現(xiàn)。,輸入信號： 高頻等幅波,39,6.4.1 包絡(luò)檢波,大信號峰值包絡(luò)檢波 輸入信號：調(diào)幅波,峰值檢波：負(fù)載電阻RL上的電壓vo(t)的大小與vs(t) 載波的峰值接近相

13、等,導(dǎo)通，C充電,截止，C放電,40,642 同步檢波,1雙邊帶信號的同步檢波,本地載頻信號r必須與輸入信號的載頻c同頻同相,41,642 同步檢波,2單邊帶信號的同步檢波,42,3同步檢波中對同步信號的要求 同步信號必須是與輸入信號的載頻保持嚴(yán)格同步，即同頻同相的本地載波 。 實(shí)際應(yīng)用中，在發(fā)射機(jī)發(fā)射單邊帶或雙邊帶信號的同時(shí)，發(fā)射一個(gè)導(dǎo)頻信號作為同步信號。 接收端也可采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器來產(chǎn)生同步信號。但要與載波信號保持嚴(yán)格同步是不可能的。,642 同步檢波,43,L,改變已調(diào)波信號載波頻率，調(diào)制規(guī)律不變。,（包絡(luò)、頻譜不變）,6.5 混頻器,混頻器：將接收到的高頻調(diào)幅波的載波頻率，

14、變成某個(gè)固定的中頻頻率，并保持調(diào)幅波變化規(guī)律不變。,44,6.5 混頻器,變頻和混頻區(qū)別： 混頻：本機(jī)振蕩信號是外加振蕩電路產(chǎn)生。 變頻：三極管同時(shí)完成本機(jī)振蕩(簡稱本振)與混頻作用,混頻器的組成方框圖,45,6.6 超外差式接收機(jī),無線電接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)分類 直放式 超外差式： 變頻中頻放大優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、選擇性好 超外差式調(diào)幅接收機(jī),46,6.6 超外差式接收機(jī),超外差式調(diào)幅接收機(jī),fi465KHz,思考：若超外差接收機(jī)接收到的調(diào)幅信號的頻譜為1 MHz、1.001 MHz和0.999 MHz，方框圖中各點(diǎn)輸出信號的頻率？,47,1輸入選擇回路 選臺(tái)是靠調(diào)諧LC回路的諧振頻率，使之諧振在所

15、選電臺(tái)的發(fā)射頻率，即載頻頻率上。,2變頻級 變頻級的電路包括本機(jī)振蕩和混頻。采取了同軸可變電容器，使本振電路的調(diào)諧電容隨輸入回路調(diào)諧電容同步旋轉(zhuǎn)。,3中放級 由二級或二級以上具有選頻特性的放大器(如LC調(diào)諧放大器)組成。中頻固定，可以把它的調(diào)諧回路預(yù)先調(diào)在最佳工作狀態(tài),6.6 超外差式接收機(jī),48,4檢波及自動(dòng)增益控制電路 采用大信號二極管峰值檢波電路。,5低放級 包括低頻電壓放大和低頻功率放大。 低頻電壓放大可采用阻容耦合放大或直接耦合方式的放大電路。功率放大可采用互補(bǔ)對稱式功放電路。,6.6 超外差式接收機(jī),49,6.6.2 超外差式接收機(jī)中的干擾,干擾哨聲：信號頻率fc與本振信號頻率fl

16、 自身的組合干擾 pfl - qfc = fi 或 pfc - qfl = fi 寄生通道干擾：外來干擾信號頻率fn與本振信號頻率fl的 組合干擾。| pfl qfn |= fi，,fc:輸入已調(diào)信號頻率 fn：干擾信號頻率,fl : 本振信號的頻率,50,6.6.2 超外差式接收機(jī)中的干擾,互調(diào)干擾：干擾信號頻率fn互相之間形成的。 交調(diào)干擾：外來干擾信號頻率fn與信號頻率fc形成的干擾。 中頻干擾：干擾信號的頻率等于或接近中頻。強(qiáng)干擾。,fc:已調(diào)信號頻率 fn：干擾信號頻率,fl : 本振信號的頻率,51,6.6.2 超外差式接收機(jī)中的干擾,鏡像干擾 ：fn和fc對稱地位于fl的兩側(cè)，呈

17、鏡像關(guān)系， fn稱fc的鏡像，稱鏡像頻率。若 fi = fl fc, fn = fl+ fi = fc+ 2fi。 阻塞干擾：強(qiáng)干擾信號進(jìn)入接收機(jī)中，混頻器的晶體管處于嚴(yán)重的非線性區(qū)，使輸出的有用信號的信噪比大大降低，這種現(xiàn)象稱為阻塞干擾。,干擾信號頻率 fn = fl+ fi,fl : 本振信號的頻率,52,6.6.3 超外差式接收機(jī)中抑制干擾的方法,（1）消除干擾哨聲：將中頻移到接收頻段以外。 例：中波段廣播收音機(jī)的接收頻段為（5351605）kHz,中頻頻率fi規(guī)定為465 kHz。 （2）鏡像干擾的抑制： 高中頻方案：中頻選在高于接收頻段的范圍內(nèi)I(fi fc ) 高中頻方案時(shí)的中頻很

18、高，鏡像頻率干擾的頻率(fn = fc+ 2fi)遠(yuǎn)高于有用信號的頻率fc ，混頻前的濾波很容易將之濾除。 二次混頻：是將第一中頻選得很高，可以在第一混頻前有效地將鏡像干擾濾除。 提高混頻器前端電路的選擇性：抑制鏡像干擾和中頻干擾的抑制。,53,6.6.4 船用SSB接收機(jī),fi1= fl1fc=45 MHz, fi1 fc，高中頻方案。要求fi1 抑制中頻干擾和鏡像干擾。 第二混頻器的邊帶濾波器通常由晶體濾波器構(gòu)成。,SSB接收機(jī)的組成框圖兩次變頻方案。,54,第6章小結(jié),一般概念 調(diào)制 指由攜帶有信息的電信號去控制高頻振蕩信號的某一參數(shù)，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化的一種過程 作用：低頻信號的有效