第4章振幅調(diào)制解調(diào)與混頻電路-1

1、第第 4 章振幅調(diào)制、解調(diào)章振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路與混頻電路概述概述 4.1調(diào)幅波基本特性及其實現(xiàn)方法調(diào)幅波基本特性及其實現(xiàn)方法 4.3乘法器電路乘法器電路4.4混頻電路混頻電路4.2檢波電路檢波電路2概述概述 1天線的尺寸很大。天線的尺寸很大。只有天線實際長度與電信號的波長相只有天線實際長度與電信號的波長相 比擬時，這時電信號才能以電磁波形式有效地輻射。比擬時，這時電信號才能以電磁波形式有效地輻射。3若直接發(fā)射音頻信號，則發(fā)射機將工作在同一頻率范若直接發(fā)射音頻信號，則發(fā)射機將工作在同一頻率范圍。接收機同時收到多個電臺節(jié)目，無法選擇。圍。接收機同時收到多個電臺節(jié)目，無法選擇。一調(diào)制的原因一調(diào)

2、制的原因 當傳送的信號頻率太低（如語音）或頻帶很寬（如圖像）當傳送的信號頻率太低（如語音）或頻帶很寬（如圖像）時，直接采用電磁波的形式傳送信號十分不利，原因：時，直接采用電磁波的形式傳送信號十分不利，原因： 2.2.為了使發(fā)射與接收效率高，發(fā)射機與接收機都必須采用為了使發(fā)射與接收效率高，發(fā)射機與接收機都必須采用天線和調(diào)諧回路。對寬帶信號，天線和調(diào)諧回路的參數(shù)天線和調(diào)諧回路。對寬帶信號，天線和調(diào)諧回路的參數(shù)應(yīng)在很寬的范圍內(nèi)變化，難以實現(xiàn)。應(yīng)在很寬的范圍內(nèi)變化，難以實現(xiàn)。4抗干擾的需要?？垢蓴_的需要。3 二調(diào)制與解調(diào)方式（模擬）二調(diào)制與解調(diào)方式（模擬）調(diào)制調(diào)制：用待傳輸?shù)牡皖l信號（：用待傳輸?shù)牡皖l

3、信號（調(diào)制信號調(diào)制信號）去控制一個等）去控制一個等幅的高頻振蕩信號（幅的高頻振蕩信號（載波、載頻載波、載頻）的某個參數(shù)（幅度、）的某個參數(shù)（幅度、頻率、相位），使該參數(shù)按調(diào)制信號的規(guī)律變化。調(diào)制頻率、相位），使該參數(shù)按調(diào)制信號的規(guī)律變化。調(diào)制后的高頻信號稱為后的高頻信號稱為高頻已調(diào)波高頻已調(diào)波。解調(diào)解調(diào)：調(diào)制的逆過程，從高頻已調(diào)波中把調(diào)制信號拾?。赫{(diào)制的逆過程，從高頻已調(diào)波中把調(diào)制信號拾取出來。出來。調(diào)制方式：調(diào)制方式：調(diào)幅（調(diào)幅（AM）調(diào)頻（調(diào)頻（F）調(diào)相（調(diào)相（PM）解調(diào)方式：解調(diào)方式：檢波（振幅解調(diào)、幅度檢波）檢波（振幅解調(diào)、幅度檢波）鑒頻（頻率解調(diào)、頻率檢波）鑒頻（頻率解調(diào)、頻率檢波）

4、鑒相（相位解調(diào)、相位檢波）鑒相（相位解調(diào)、相位檢波）4三、基本知識三、基本知識 調(diào)幅與檢波的概念調(diào)幅與檢波的概念1地位地位調(diào)制、解調(diào)和混頻等電路是通信系統(tǒng)的基本電路。調(diào)制、解調(diào)和混頻等電路是通信系統(tǒng)的基本電路。2特點特點對電路中信號頻譜進行變換，電路有新頻率成分產(chǎn)生。對電路中信號頻譜進行變換，電路有新頻率成分產(chǎn)生。為此，需引用一些信號與頻譜的概念。為此，需引用一些信號與頻譜的概念。53信號與頻譜信號與頻譜信號的三種表示法：表達式、波形圖、頻譜圖。信號的三種表示法：表達式、波形圖、頻譜圖。載載 波波復(fù)音復(fù)音調(diào)制調(diào)制波波單音單音調(diào)制調(diào)制波波頻頻 譜譜波波 形形表達式表達式信號信號 max1mcos

5、)(nnntnVtv tVtvcos)( tVtvccmccos)( 64兩種類型的頻譜變換電路兩種類型的頻譜變換電路 頻譜搬移電路頻譜搬移電路：將輸入信號的頻譜沿頻率軸搬移。：將輸入信號的頻譜沿頻率軸搬移。例：振幅調(diào)制（例：振幅調(diào)制（AM、DSB、SSB）、解調(diào)、混頻電）、解調(diào)、混頻電路路( (本章討論本章討論) )。 特點：僅頻譜搬家。特點：僅頻譜搬家。 頻譜非線性變換電路頻譜非線性變換電路：將輸入信號的頻譜進行特定：將輸入信號的頻譜進行特定的非線性變換。的非線性變換。 例：頻率調(diào)制與解調(diào)電路例：頻率調(diào)制與解調(diào)電路( (第第 5 章章討論討論) )。 7本章內(nèi)容本章內(nèi)容4.1 調(diào)幅波基本特

6、性及其實現(xiàn)方法調(diào)幅波基本特性及其實現(xiàn)方法(書中的書中的4.1) 4.3 乘法器電路乘法器電路(書中的書中的4.2) 4.4 混頻電路混頻電路(書中的書中的4.3)4.2 檢波檢波電路電路(書中的書中的4.4)8一、普通調(diào)幅波（一、普通調(diào)幅波（AM）的數(shù)學(xué)表達式的數(shù)學(xué)表達式 設(shè)：單音調(diào)制信號設(shè)：單音調(diào)制信號tVtvcos)( 載波載波信號信號tVtvccmccos)( 其中其中， c = 2 fc c：載波角頻率；：載波角頻率；fc：載波頻率，：載波頻率， c 。4.1調(diào)幅波基本特性及其實現(xiàn)方法調(diào)幅波基本特性及其實現(xiàn)方法調(diào)制后，調(diào)幅波幅度為調(diào)制后，調(diào)幅波幅度為0mma( )( )VtVk vtk

7、a:比例常數(shù)，由調(diào)幅電路決定。比例常數(shù)，由調(diào)幅電路決定。m0cmVkVk:比例常數(shù)，由調(diào)幅電路決定。比例常數(shù)，由調(diào)幅電路決定。Vm0: 是調(diào)制信號等于是調(diào)制信號等于0時，載波經(jīng)過調(diào)制電路后的振時，載波經(jīng)過調(diào)制電路后的振幅。幅。9maam 0VMkVMa：調(diào)制指數(shù)：調(diào)制指數(shù)/ /調(diào)幅度調(diào)幅度調(diào)幅波表達式為調(diào)幅波表達式為Om0ac( )( )cosvtVk vttm0ac(1cos)cosVMtt說明：說明：a mMV當當 Vm=0時，時，Ma=0 無調(diào)制；無調(diào)制；當當 kaVm=Vmo時，時，Ma=1 100%調(diào)制；調(diào)制；當當 ka Vm Vmo時，時，Ma1 過調(diào)制。過調(diào)制。10當當 Ma =

8、 0，未調(diào)制；當，未調(diào)制；當 Ma = = 1，最大不失真；最大不失真；若若 Ma 1，在波形過零點附近，在波形過零點附近，vo(t) 變?yōu)樨撝?，出現(xiàn)過調(diào)幅失真（圖變?yōu)樨撝担霈F(xiàn)過調(diào)幅失真（圖(a) )。在實際調(diào)幅電路中，由于管子截止，在實際調(diào)幅電路中，由于管子截止，過調(diào)幅的波形變?yōu)檫^調(diào)幅的波形變?yōu)? (b) )圖。圖。二、普通調(diào)幅波的波形二、普通調(diào)幅波的波形11 Vmmax=Vmo( 1+ Ma) 最大振幅最大振幅Vmmin=Vmo( 1- Ma) 最小振幅最小振幅mmaxmminammaxmminVVMVV（實驗方法測（實驗方法測Ma）12三、普通調(diào)幅波頻譜三、普通調(diào)幅波頻譜ttVMtVt

9、vcm0acm0ocoscoscos)( tVMtVMtV)cos(21)cos(21coscm0acm0acm0 單音調(diào)制時調(diào)幅信號的頻譜單音調(diào)制時調(diào)幅信號的頻譜：由三個分量組成：由三個分量組成： c 載波分量載波分量 ( c + ) 上邊頻分量上邊頻分量 ( c ) 下邊頻分量下邊頻分量2復(fù)雜音調(diào)制復(fù)雜音調(diào)制( (1) )表達式表達式設(shè)設(shè) v (t) 為非余弦的周期信號，其傅里葉展開式：為非余弦的周期信號，其傅里葉展開式： 1. 單音頻率調(diào)制：單音頻率調(diào)制：如何利用頻如何利用頻譜圖求譜圖求Ma？13 max1mcos)(nnnnVtv 式中式中 ， 為最高調(diào)為最高調(diào)制角頻率，其值小于制角頻

10、率，其值小于 c ，F(xiàn)Fn/maxmaxmax maxmax2 F 輸出信號電壓為輸出信號電壓為 ttnVkVttvkVtvnnncm1am0cam0Ocoscoscos)()(max ( (2) )頻譜頻譜 )cos()cos(2coscosccm1acm1amaxmaxtntnVkttnVknnnnnn 可見，可見，v(t) 的頻譜結(jié)構(gòu)的頻譜結(jié)構(gòu)：14 ( c )、( c 2 ) 、( c nmax ) ：上、下邊頻分：上、下邊頻分量，其幅度與調(diào)制信號中相應(yīng)頻譜分量的幅度量，其幅度與調(diào)制信號中相應(yīng)頻譜分量的幅度 V mn 成正比。成正比。( (3) ) 頻譜寬度頻譜寬度 調(diào)幅信號的頻譜寬度

11、為調(diào)幅信號的頻譜寬度為調(diào)制信號頻譜寬度的兩倍，調(diào)制信號頻譜寬度的兩倍，即即maxAM2FBW c：載波分量載波分量；153結(jié)論結(jié)論 普通調(diào)幅波：普通調(diào)幅波： 在波形上，將在波形上，將 v (t) 不失真地轉(zhuǎn)移到載波信號振幅上；不失真地轉(zhuǎn)移到載波信號振幅上； 在頻譜上，將在頻譜上，將 v (t) 的的頻譜不失真地搬移頻譜不失真地搬移到到 c 兩邊。兩邊。四調(diào)幅波的功率四調(diào)幅波的功率( (設(shè)單位電阻、單音調(diào)制設(shè)單位電阻、單音調(diào)制) ) 1.1.調(diào)幅信號在一個調(diào)幅信號在一個載頻周期載頻周期內(nèi)的平均功率內(nèi)的平均功率2a02a20mcc22a-20m)cos1()cos1(21dcos)cos1(21)

12、(tMPtMVtttMVtP 16式中，式中， ：常數(shù)，：常數(shù)，載波分量產(chǎn)生的平均功率載波分量產(chǎn)生的平均功率。2/20m0VP P(t) 為為 t 與與 Ma 的函數(shù)，的函數(shù)，當當 Ma = 1 時，時，Pmax = 4P0，Pmin = 02.2.P P( (t t) ) 在一個調(diào)制波周期內(nèi)的平均功率在一個調(diào)制波周期內(nèi)的平均功率SB02a02a0av)211 (d)cos1 (21d)(21PPMPttMPttPP ：上、下：上、下邊頻分量的功率和邊頻分量的功率和，稱為，稱為邊頻功率邊頻功率。)21(02aSBPMP 3.3.討論討論2max0a2min0a(1)0( )(1)PPMtP t

13、PPMt ，17Pav 為為各頻譜分量產(chǎn)生的平均功率之和。各頻譜分量產(chǎn)生的平均功率之和。 當當 Pav 一定時，一定時，P0 ，PSB ，而，而 P0 為為載波功率載波功率，PSB 攜帶信息。攜帶信息。例例：當：當 Ma = 1 時，時，02aSB21PMP ，0SB0av5 . 1PPPP ，av067. 0PP ，av02aSB33. 021PPMP 這說明這說明：當：當 Ma = 1 時，時，P0 占占 Pav 的的 67%，PSB占占 Pav 的的 33%。 Ma = 0.3( (一般電臺發(fā)射信號一般電臺發(fā)射信號) )時，時， P0 = 0.955 Pav, , PSB = 0.045

14、 Pav 。 結(jié)論結(jié)論：普通調(diào)幅波，發(fā)射效率極低。：普通調(diào)幅波，發(fā)射效率極低。解決辦法解決辦法：抑制載波的：抑制載波的DSB或或SSB調(diào)幅方式。調(diào)幅方式。18五、普通調(diào)幅電路組成模型五、普通調(diào)幅電路組成模型ttvkVttvAVAAVAtvtvAtvtvcam0ccmMcmcMcOcos)(cos)()()()()( 式中，式中，AM ：乘法器乘積系數(shù)；乘法器乘積系數(shù)；A：加法器的加權(quán)系數(shù)，且：加法器的加權(quán)系數(shù)，且 A = k，AM AVcm = ka。六、雙邊帶調(diào)幅波六、雙邊帶調(diào)幅波僅傳輸兩個邊頻的調(diào)制方式僅傳輸兩個邊頻的調(diào)制方式1.1.目的：目的：節(jié)省發(fā)射機的發(fā)射功率。節(jié)省發(fā)射機的發(fā)射功率。

15、19根據(jù)根據(jù)：調(diào)幅信號的頻譜結(jié)構(gòu)包括調(diào)幅信號的頻譜結(jié)構(gòu)包括：上、下邊頻分量：反映調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)；上、下邊頻分量：反映調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)； 載波分量：通過乘法器將調(diào)制信號頻譜搬移到載波分量：通過乘法器將調(diào)制信號頻譜搬移到 c 兩兩邊，本身不反映調(diào)制信號的變化，故傳輸前可抵制掉。邊，本身不反映調(diào)制信號的變化，故傳輸前可抵制掉。 2.2.表達式表達式 ttvkVtvcam0Ocos)()( 普通調(diào)幅：普通調(diào)幅：ttvktvcaOcos)()( 雙邊帶調(diào)幅：雙邊帶調(diào)幅：特點：特點： 普通調(diào)幅：調(diào)制波疊加在載波振幅普通調(diào)幅：調(diào)制波疊加在載波振幅 Vm0 上；上； 雙邊帶調(diào)幅：調(diào)制波不再依托雙邊帶調(diào)幅

16、：調(diào)制波不再依托 Vm0 。已調(diào)波信號波已調(diào)波信號波形在過零點處出現(xiàn)形在過零點處出現(xiàn) 180 的相位突變。的相位突變。203.3.波形和頻譜波形和頻譜雙邊帶調(diào)幅雙邊帶調(diào)幅2BWFDSBmax214.4.組成模型組成模型ttvVAtvccmMOcos)()( acmMkVA ttvktvcaOcos)()( 七單邊帶七單邊帶(SSB)(SSB)調(diào)幅調(diào)幅1.1.定義：定義：僅傳輸一個邊頻的調(diào)制方式僅傳輸一個邊頻的調(diào)制方式原理原理：上、下邊帶均反映了調(diào)制波的頻譜結(jié)構(gòu)上、下邊帶均反映了調(diào)制波的頻譜結(jié)構(gòu)( (區(qū)別僅區(qū)別僅在于下邊帶是調(diào)制信號頻譜的倒置在于下邊帶是調(diào)制信號頻譜的倒置, ,對傳輸信息無關(guān)緊要

17、對傳輸信息無關(guān)緊要) )。因此可將其中一個邊帶抑制掉而不影響傳送信息。因此可將其中一個邊帶抑制掉而不影響傳送信息。優(yōu)點優(yōu)點：節(jié)省發(fā)射功率；頻譜寬度壓縮一半，：節(jié)省發(fā)射功率；頻譜寬度壓縮一半，BWSSB = Fmax。 222.2.實現(xiàn)模型實現(xiàn)模型 濾波法濾波法：乘法器：乘法器 + 帶通濾波器帶通濾波器 乘法器：產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制信號；濾波器：取出單邊乘法器：產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制信號；濾波器：取出單邊帶信號。技術(shù)難點：調(diào)制信號若包含很低的頻率分量，要帶信號。技術(shù)難點：調(diào)制信號若包含很低的頻率分量，要求濾波器的邊沿要非常陡峭。求濾波器的邊沿要非常陡峭。 相移法相移法：乘法器、：乘法器、90 相移器、加法器組

18、成相移器、加法器組成乘法器乘法器 I ：)cos()cos(21coscos)(cccmmMccmmM1OttVVAttVVAtv 23乘法器乘法器：兩式相減或相加兩式相減或相加)(2OtvttVVAttVVAccmmMccmmMsinsin)2cos()2cos( )cos()cos(21cccmmMttVVA tVVAtvtvtVVAtvtvtv)cos()()()cos()()()(ccmmM2O1OccmmM2O1OO 上邊帶抵消上邊帶抵消下邊帶抵消下邊帶抵消輸出僅為單邊帶調(diào)制信號。輸出僅為單邊帶調(diào)制信號。 對復(fù)雜信號，對復(fù)雜信號，相移法的組成模型相移法的組成模型也成立。技術(shù)難點：也成立。技術(shù)難點：對所有頻率都移項對所有頻率都移項9090 的移相電路難做到。的移相電路難做到。24由于單邊帶調(diào)制復(fù)雜，解調(diào)質(zhì)量較差，由于單邊帶調(diào)制復(fù)雜，解調(diào)質(zhì)量較差，無法傳送直流成分，無法傳送直流成分，故在單邊帶調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅間折衷為殘留邊帶調(diào)幅。