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1、通信电路,第6章 模拟调幅、检波与混频电路 线性频率变换电路,2,第6章 模拟调幅、检波与混频电路,6.1概述 6.2幅度调制 标准幅度调制 抑制载波幅度调制 单边带幅度调制 残留边带幅度调制 正交幅度调制 6.3 调幅电路 6.4 检波电路 6.5 混频 6.6 倍频,同时考察一些发射机和接收机的方案,3,6.1 概述,1.什么是调制？ 调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程 调制的作用是把消息置于消息载体，以便传输和处理 解调是调制的逆过程，从消息载体中还原出原来的消息 用来传送消息的载体uc(t)称为载波，消息u(t)称为调制信号，调制后的信号v(t)称为已调信号 用调制信号uf(t
2、)控制载波uc(t)的某些参数，使之随u(t)的变化而变化，就可实现调制,4,2.为什么要调制,天线尺寸 天线的尺寸和波长相关，如采用/4天线 对于3kHz的声音信号，天线尺寸为25km，无法实现。 如果调制在900MHz上，天线仅需8cm，容易实现 调制可以将不同信号分在同一信道中传输而互不影响，例如频分复用 调制可以降低干扰对信号传输的影响，如扩频调制,通过调制实现有效地发射和有选择地接收,5,3.调制分类,按载波uc(t) 脉冲调制、正弦波调制、光强度调制 正弦波调制 幅度调制 角度调制（频率调制、相位调制）,6,6.2振幅调制与解调原理,振幅调制（AM）是指载波的幅度随调制信号的变化规
3、律而变化，而其角频率和初相位均为常数 幅度调制方式 标准幅度调制（Standard AM） 双边带幅度调制（Double SideBand AM） 抑制载波调幅（Suppressed Carrier AM） 单边带幅度调制（Single SideBand AM） 残留边带幅度调制（Vestigial SideBand AM） 正交幅度调制（Quadrature AM） 数字幅度调制（幅度键控，ASK）,7,6.2.1 普通调幅方式,普通幅度调制是各种幅度调制中最基本的一种 由于在合理使用功率和占有频带宽度等方面，不如其他调幅方式优越，其应用范围受到限制 学习内容： 数学表达式 波形图 频谱图
4、功率在各频谱分量之间的分配关系,8,1.普通调幅信号的表达式、波形、频谱,数学表达式,定义,波形,频谱,9,波形图,在标准幅度调制中，为避免过调幅，要求Ma 1,10,频谱图,11,普通调幅波的功率分配,载波占有功率 上边带功率 下边带功率 总功率,缺点：边带携带有用信息，但2/3以上功率浪费在载 波上 主要优点：由于有大的载波，接收机解调器容易,12,例：调制指数和功率,有一标准AM波，未调制载波峰值电压为10V，负载电阻为10，调制指数为1，求载波和上下边带的功率；如果调制指数变化为0.5，载波和上下边带功率？,在保证不过调的情况下，要使用尽可能高的调制百分比 对于振幅最大的有用信号，标准
5、AM系统应保证其调制指数在0.90.95之间,13,标准AM特性再讨论（1）,调幅信号的包络线近似为调制信号的波形，只要能取出这个包络信号就可实现AM的解调,14,标准AM特性再讨论（2）,频谱由两部分组成 载波频谱 平移至载波处调制信号的频谱，幅度减半 频带宽度为2m-调制信号频带宽度的两倍 所占的频带宽度中有一半是多余的，因此，这种调幅方式在频率资源利用上是有缺点的 用单边带调幅,15,2.实现标准幅度调制的方法,两种方案,16,6.2.2双边带调幅,从信息传输的角度看，载波是多余的，并且标准AM载波的功率占了总功率的一半以上，对充分利用发射机功率是不利的 采用抑制载波调幅,17,波形图,
6、18,DSB AM的性质,包络不反映调制信号的形状 不能用包络检波，只能采用同步检波（相干解调） 调制信号过零时波形反相（180） 理想情况不含载波分量，如果调制信号的平均值不为0，将出现载漏,19,DSB AM的实现,乘法器实现 模拟乘法器 环行乘法器,带通滤波器,20,DSB AM的解调,包络不反映调制信号的波形，所以不能用峰值包络检波方法。 只能使用同步解调方法,低通滤波器,同步解调的关键在于产生出和载波信号同频同相的本地载波信号,21,本地载波的产生,平方器,带通滤波器,分频器,22,例,用1496模拟相乘器实现抑制载波调幅 1. 如何实现DSB AM？ 2. 如果1,4端不平衡，有什
7、么现象？ 3. 如果8,10端不平衡，有什么现象？ 4. 两个输入端都不平衡？,载漏,音漏,23,抑制载波调幅,载漏,音漏,相乘器两输入端均不平衡,24,6.2.3 单边带调幅,双边带抑制载波调幅： 不含固定载波分量，能有效地利用发射机的功率 但所占带宽仍为2m 单边带调幅（SSB AM） 既可充分利用发射机的功率又节省占有频带，从传输信息的角度最佳调幅方式 缺点：调制和解调技术比较复杂,25,时域数学表达式,26,用滤波法实现单边带调幅,对滤波器要求甚高，尤其是调制信号中的低频很低时,带通滤波器,27,多级滤波降低对滤波器的要求,F1,F2,F3,对滤波器的要求仍然比较高，可采用晶体、陶瓷、
8、声表滤波器,28,用移相法实现单边带调幅,宽带移相器：在很宽的频带上移动相同的相位，很难制造,29,第三种方法,30,同步解调,SSB AM中既无载波分量，其包络也不反映调制信号的波形，因此只能用同步解调方法,低通滤波器,如果本地载波与载波不同相，则有失真 DSB AM和标准AM相干解调，如果同频不同相，仅仅是幅度上有差别 SSB AM对载波恢复要求更为严格：一般加入导频，边带功率占总发射功率96%,31,单边带接收机,RF本地振荡器,差拍振荡器,载波恢复（窄带PLL跟踪导频） 和频率合成器,非相干 相干,32,单边带传输的优缺点,优点：和标准AM比 节省功率：3倍，4.8dB 节约带宽：50
9、 减少噪声 要获得和单边带相同的性能，单边带的信噪比比标准AM大12dB左右，即标准AM必须多发射12dB的功率 缺点 接收设备复杂（载波恢复，如PLL）,33,单边带和频分复用,带通,带通,带通,带通,34,6.2.4 残留边带调幅,从有效传输信息的角度，单边带调幅是各种调幅方式中最好的 SSB AM的调制与解调比较复杂，不适于传送带有直流分量的信号或包含大量低频分量 在单边带调幅和双边带调幅之间找一种折衷方式，这就是残留边带调幅，简记为VSB AM 在VSBAM方式中，不是将一个边带完全滤除，而是保留一部分,35,残留边带滤波方案,VSB AM与SSB AM不同，它传送被抑制边带的一部分，
10、同时又将被传送边带抑制掉一部分，故称其为残留边带 为了保证信号无失真地传输，传送边带中被抑制的部分和抑制边带中被传送的部分应满足互补对称关系,具有互补对称特性的滤波器可以设在发送端，也可设在接收端 还可分设在收发两端，总效果是在解调器前达到互补对称特性,36,广播电视系统的滤波器特性,广播电视系统的图象部分应用的是残留边带调幅 接收端的滤波器在载波附近0.75MHz范围内满足互补对称关系,VSB AM所占带宽比SSB AM略宽，基本具有SSB AM的优点 在调制信号中含有直流分量时，这种调制方式可以使用 残留边带滤波器比单边带滤波器也易于实现,37,VSB AM的解调,对不含载波分量的VSB
11、AM信号的解调只能采用同步解调的方法 为了恢复本地载波信号可以用在VSBAM信号中加导频的方法 也可采用DSBAM类似的非线性变换方法 这是因为VSB AM信号中，载波附近具有两个边带信号 在容许一定失真情况下，对含有大载波分量的VSB AM信号可以使用峰值包络检波器解调，从而可大大简化解调电路 含有调制信号的标准调幅分量,38,6.2.5 正交幅度调制,正交幅度调制与解调是一种特殊的复用技术，一般是指利用两个频率相同但相位相差90度的正弦波作为载波，以调幅的方法同时传送两路互相独立的信号的一种调制方式 这种调制方式的已调信号所占频带仅为两路信号中的较宽者而不是二者之和，可以节省传输带宽,39
12、,调制与解调功能框图,40,正交解调,41,调制的其他应用例：直流放大器,42,6.3 调幅电路,调幅电路分类 高电平调幅 低电平调幅,43,6.3.1高电平AM调制发射机,调制信号源,带通滤波器,前置放大器,调制信号驱动器,RF载波振荡器,缓冲放大器,载波驱动器,AM调制器 与 功率放大器,带通滤波器,耦合网络,天线,调制信号 功率放大器,载波 功率放大器,高电平调制器必须提供所有的边带功率，大约是总功率的33%,44,45,46,6.3.2低电平AM调制发射机,调制信号源,带通滤波器,前置放大器,调制信号驱动器,RF载波振荡器,缓冲放大器,载波驱动器,调制器,带通滤波器,线性功率放大器,带
13、通滤波器,耦合网络,天线,优点：只需很小的调制信号就能得到很高的调制百分比 缺点：调制器后边的所有放大器都必须是线性放大器，效率低,47,例：,用1496模拟相乘器实现幅度调制 1. 调制信号和载波信号应该加在什么地方？ 2. 如何实现标准幅度调制？调制指数如何控制？,问题2回答：可采用先加后乘方案，让1，4端不平衡：V140,问题1答:8，10 X通道 通常加载波 1，4 Y通道，通常加调制信号,48,波形？,二极管调幅电路,49,波形？,50,51,52,6.4 检波电路,调幅信号的解调也称为检波，是从调幅信号中取出调制信号的过程，它是调幅的逆过程。 调幅波的解调方法分为两类 相干解调 用
14、同频同相的本地载波与已调信号相乘实现解调 非相干解调（利用非线性器件实现解调） 大信号峰值包络检波 利用标准调幅波包络反映调制信号实现解调 小信号平方律解调,53,检波器的技术指标（1）,检波效率 检波效率是指检波器输出信号的幅度与输入调幅信号中包络的幅度之比,54,检波器的技术指标（2）,输入阻抗 检波电路是前级放大器的负载，它的输入阻抗将影响前级的工作，需合理设计 检波失真 要求检波器的输出信号波形与输入调幅信号的包络之间只有时间延迟或幅度比例上的变化，而不出现新的频率成分或改变原有各频率分量间的相互关系，也即不出现非线性失真或线性失真 谐波输出 检波器的输出信号中，除有用信号外，往往还包
15、含有载波及其各次谐波分量。低通滤波器可以使送往下级的检波信号中不包含这些分量，但在载波频率较高时，在低通滤波器之前，这些分量就可能通过空间辐射、寄生耦合或电源反馈到前级，影响电路工作的稳定性。因此要尽量避免载波及其高次谐波的出现,55,相干解调,相干解调是将调幅信号与一本地载波信号相乘以得出调制信号分量 这个本地载波信号是在接收设备内产生的，并且与调幅信号中的载波相干，或者说是同步的，即本地载波与调幅信号中载波的频率相同，二者的相位也应相同或有很小的相位差，所以这种解调方法又称同步解调,低通滤波器,56,相干解调的数学分析,相角直接影响解调输出 产生和载波同频同相的本地载波是相干解调的关键问题
16、,57,非相干解调,利用非线性元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换来实现调幅波的解调 它不需要本地载波作为相干信号，因此称之为非相干解调 非相干解调方法 大信号峰值包络检波 如调幅信号的包络线近似为调制信号的波形，取出这个包络信号就可实现解调 小信号平方律检波,58,小信号平方律检波,平方律器件,低通滤波器,59,大信号峰值包络检波及电路,特点 二极管无直流偏置 二极管电流流通角小 输入信号大,60,61,检波原理,62,惰性切割失真,63,底部切割失真,64,问题：C=? R=?,65,实际电路,66,技术指标,检波效率 输入阻抗,67,射频调谐AM接收机,音频放大器,音频检波器,RF调谐放大器（多级放大，滤波）,耦合网络,天线,扬声器,简单，高灵敏度 相对带宽不固定，随中心频率改变 不稳定，易自激振荡 增益不均匀,68,超外差AM接收机方框图,频谱图？,69,超外差AM接收机方框图,70,作业,6.1,6.6,6.7,