第6章振幅調制、 解調及混頻1

1、高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 第第6 6章章 振幅調制、解調及混頻振幅調制、解調及混頻 6.1 6.1 振幅調制振幅調制 ( (重點重點) )6.2 6.2 調幅信號的解調調幅信號的解調( (重點重點) )6.3 6.3 混頻混頻( (重點重點) )6.4 6.4 混頻器的干擾混頻器的干擾高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 調制的基本概念：調制的基本概念：調制電路調制電路調制信號調制信號u載波信號載波信號uC已調波信號已調波信號高頻高頻振蕩信號振蕩信號（正弦波、非正弦波）（正弦波、非正弦波）低頻低頻信號信號（聲音、圖像等轉化而成）（

2、聲音、圖像等轉化而成）振幅調制：振幅調制：用用調制信號調制信號控制控制載波振幅載波振幅，使之按調制信號的規(guī)律，使之按調制信號的規(guī)律 變化（線性）變化（線性） 三種方式三種方式：普通調幅方式：普通調幅方式調幅波（調幅波（AM波）波） 抑制載波的雙邊帶調制抑制載波的雙邊帶調制雙雙邊帶信號（邊帶信號（DSB波）波） 抑制載波的單邊帶調制抑制載波的單邊帶調制單單邊帶信號（邊帶信號（SSB波）波）高高頻頻（uAM，uFM，uPM）高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 6.1 6.1 振幅調制振幅調制 載波電壓：載波電壓：調制電壓為調制電壓為單一頻率單一頻率余弦信號：余弦信號：6

3、.1.16.1.1振幅調制信號分析振幅調制信號分析1.1.調幅波的分析調幅波的分析1) AM1) AM信號表示式信號表示式c已調波信號振幅：已調波信號振幅：Um(t)=UC+UC(t)=UC+kaUcost=UC(1+mcost)CaCCUk UmUU調幅度（調制度）調幅度（調制度）ka 調制靈敏度調制靈敏度高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 調幅波信號：調幅波信號： uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct 2）調幅波信號波形）調幅波信號波形高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 調幅波信號：調幅波信號：( )1

4、( )cosAMCcutUmf tt調制信號為一調制信號為一連續(xù)頻譜連續(xù)頻譜信號：信號：f（t）均值為零的歸一化信號均值為零的歸一化信號實際調制信號的調幅波形：實際調制信號的調幅波形：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 3) 3) 調幅波的頻譜調幅波的頻譜調制信號為調制信號為單一頻率單一頻率的正弦波時：的正弦波時：調制調制信號頻譜：信號頻譜：載波載波信號頻譜：信號頻譜：AM信號頻譜：信號頻譜：uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct 高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 語音語音頻譜：頻譜：多頻多頻調制情況下：調

5、制情況下：已調信號已調信號頻譜：頻譜：以語音信號為例以語音信號為例高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 AMAM信號的產生原理圖：信號的產生原理圖： uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct uAM(t)= mcost UCcosct+UCcosct高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 負載電阻負載電阻RL上消耗的上消耗的載波功率載波功率：負載電阻負載電阻RL上上,一個載波周期內一個載波周期內調幅波調幅波消耗的消耗的功率功率：4 4）調幅波的功率）調幅波的功率每個邊頻每個邊頻（上、下邊頻上、下邊頻）平均功率平均功率

6、：調幅波的調幅波的最大功率最大功率和和最小功率：最小功率：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 邊頻PPPcav2兩個邊頻兩個邊頻總總功率功率 載波功率載波功率 22m邊頻功率、載波功率、邊頻功率、載波功率、AM波波平均功率平均功率的關系的關系：AM調制方式中：調制方式中： 載波功率（載波功率（不含調制信號不含調制信號）占總功率的）占總功率的2/3以上；以上； 邊頻邊頻總總功率（功率（含調制信號含調制信號）小于總功率的）小于總功率的1/3 功率浪費大，效率低功率浪費大，效率低AM信號的信號的平均功率平均功率： 高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及

7、混頻 單一正弦信號單一正弦信號u=Ucost調制時：調制時：2. 2. 雙邊帶信號雙邊帶信號(DSB)(DSB)雙邊帶信號雙邊帶信號在在AM調制過程中，調制過程中，將載波抑制將載波抑制就形成抑制就形成抑制 載波雙邊帶信號載波雙邊帶信號( )coscos()cos()22AMCcCcCcmmutUtUtUt調制信號為一調制信號為一連續(xù)頻譜連續(xù)頻譜信號：信號：f（t）高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 雙邊帶調制時的雙邊帶調制時的頻譜頻譜：調制信號頻譜：調制信號頻譜：載波信號頻譜：載波信號頻譜：DSB信號頻譜：信號頻譜：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制

8、、解調及混頻 單頻調制時，單頻調制時，uDSB（t）=kuuuC取下邊帶時：取下邊帶時：3. 3. 單邊帶信號單邊帶信號(SSB)(SSB)單邊帶信號單邊帶信號由由DSBDSB信號經邊帶濾波器信號經邊帶濾波器濾除一個邊帶濾除一個邊帶，在調制，在調制 過程中，直接將過程中，直接將一個邊帶抵消一個邊帶抵消而成。而成。取上邊帶時：取上邊帶時：單音調制的單音調制的SSB信號信號波形波形： ttUkUtUkUtuccCcCDSB)cos()cos(2cos)(高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 設雙音頻振幅相等設雙音頻振幅相等21時，時，受受u調制的調制的雙邊帶信號雙邊帶信號

9、：雙音調制時產生的雙音調制時產生的SSB信號信號取取上上邊帶邊帶：取取下下邊帶邊帶：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 等幅等幅雙音雙音信號信號頻譜頻譜：SSB信號信號頻譜頻譜：等幅等幅雙音雙音信號信號波形波形：SSB信號信號波形波形：12cos()cos()44SSBccUUutt高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 語音調制的語音調制的SSBSSB信號頻譜信號頻譜DSB頻譜：頻譜：上邊帶上邊帶頻譜：頻譜：下邊帶下邊帶頻譜：頻譜：語音信號語音信號頻譜：頻譜：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 u(t)=f(t)

10、，即一般情況下的，即一般情況下的SSB信號表達式：信號表達式： ( )cos( )sinSSBccuf ttf tt單音調制單音調制SSBSSB信號的另一種表達式：信號的另一種表達式：上邊帶：上邊帶：uSSB(t)=Ucostcosct - Usintsinct下邊帶：下邊帶：uSSB(t)=Ucostcosct + Usintsinct希爾伯特變換希爾伯特變換的傅里葉變換：的傅里葉變換： )(tf高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 希爾伯特變換網(wǎng)絡及其傳遞函數(shù)：希爾伯特變換網(wǎng)絡及其傳遞函數(shù)： 高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 6.1.

11、2 6.1.2 振幅調制電路振幅調制電路 1.AM1.AM調制電路調制電路高電平調制高電平調制功放和調制合二為一，調制后功放和調制合二為一，調制后不需再放大不需再放大 主要用于形成主要用于形成AM信號信號低電平調制低電平調制功放和調制分開，調制后功放和調制分開，調制后需放大需放大 主要用于形成主要用于形成 AM 、DSB、SSB信號信號1)1)高電平調制高電平調制高頻功放的高頻功放的調制特性調制特性基極調幅、集電極調幅、集電極基極調幅、集電極調幅、集電極-基極基極(或發(fā)射極或發(fā)射極)組合調幅。組合調幅。基本思想：基本思想：通過改變功放晶體管的某一電極的直流電壓以控通過改變功放晶體管的某一電極的

12、直流電壓以控制集電極高頻電流的振幅制集電極高頻電流的振幅高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 集電極調幅集電極調幅功放工作在功放工作在過壓狀態(tài)過壓狀態(tài)，集電極電流的基波分量，集電極電流的基波分量振幅振幅Ic1與集與集電極偏置電壓電極偏置電壓Ec成線性關系成線性關系集電極調制特性集電極調制特性高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 集電極調幅電路：集電極調幅電路：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 基極調幅基極調幅基極調制特性基極調制特性功放工作在功放工作在欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)，集電極電流的基波分量振幅，集電極電流的基波分

13、量振幅Ic1與集電與集電極偏置電壓極偏置電壓Eb成線性關系成線性關系高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 當當UCU時：時：2) 2) 低電平調制低電平調制（1 1）二極管電路）二極管電路單二極管電路、平衡二極管電路單二極管電路、平衡二極管電路單二極管電路：單二極管電路：集電極濾波回路：中心頻率為集電極濾波回路：中心頻率為wc，帶寬為，帶寬為2( )()DDDcDig t ug Kt u高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 tUgtUtttgiccDcccDDcoscos5cos

14、543cos34cos4 當當UCU時：時：tURgttURguccLDcLDocoscoscos4二極管平衡電路：二極管平衡電路：集電極濾波回路：中心頻率為集電極濾波回路：中心頻率為wc，帶寬為，帶寬為2ccDDuutKgi)(濾波后的輸出電壓：濾波后的輸出電壓：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 （2 2）差分對電路）差分對電路0(1)tanh()2BAoeTuuiIEV若將若將uC加至加至uA，u加到加到uB：m=U/Ee，x=UCVT集電極濾波回路：中心頻率為集電極濾波回路：中心頻率為fc，帶寬為，帶寬為2F，諧振阻抗為，諧振阻抗為RL, 01( )(1co

15、s)cosoLcuI Rxmtt濾波后的輸出電壓：濾波后的輸出電壓：單差分對：單差分對：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 差分對差分對AMAM調制器的輸出波形：調制器的輸出波形：01( )(1cos)cosoLcuI Rxmtt0tu載波信號載波信號高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 雙差分對電路：雙差分對電路：利用模擬乘法器產生利用模擬乘法器產生AMAM信號信號UA，UBUs ， m1=Urcosct高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 檢波輸出：檢波輸出：平衡同步檢波電路平衡同步檢波電路 減小輸出電壓的非線

16、性失真減小輸出電壓的非線性失真uo2=KdUr(1-mcost)上檢波器輸出：上檢波器輸出：下檢波器輸出：下檢波器輸出：則總的輸出：則總的輸出： uo=uo1-uo2=2KdUrmcost高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 3 3同步恢復載波的產生同步恢復載波的產生雙邊帶：雙邊帶：可從已調信號取出可從已調信號取出取平方：取平方：二分頻：二分頻：可獲同步信號可獲同步信號 c單邊帶單邊帶：（1）若發(fā)射導頻信號，可通過窄帶濾波器從接收信號中取若發(fā)射導頻信號，可通過窄帶濾波器從接收信號中取 出，放大后作為出，放大后作為恢復載波恢復載波（2）若不發(fā)射導頻信號，接收端只能采用）

17、若不發(fā)射導頻信號，接收端只能采用高穩(wěn)定度晶體振蕩高穩(wěn)定度晶體振蕩 器產生器產生指定的指定的恢復載波恢復載波AM波：波：通過限幅器去除包絡變化，得到等幅載波信號通過限幅器去除包絡變化，得到等幅載波信號ttuktucaScos)()(ttuktuacS2cos)()(222取取2w分量：分量：ttUkttuktuaa2cos12cos14cos)()(222222ccS高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 6.3 6.3 混混 頻頻 6.3.1 6.3.1 混頻的概述混頻的概述 1 1混頻器的功能混頻器的功能 在通信接收機中在通信接收機中, , 將將不同載頻不同載頻的的高

18、頻已調波高頻已調波信號變換信號變換為同一個為同一個固定載頻固定載頻( (中頻中頻) )的的高頻已調波信號高頻已調波信號, , 而保持其而保持其調調制規(guī)律制規(guī)律不變。不變。高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 無線通信接收設備：無線通信接收設備：初步初步選選擇放大擇放大主主選擇選擇放大放大 （1 1）混頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，）混頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大器的放大器的增益增益可做得可做得很高很高而不自激，電路工作穩(wěn)定；經中頻放大后，輸入到檢波器而不自激，電路工作穩(wěn)定；經中頻放大后，輸入到檢波器的信號可以達到伏特數(shù)量級，有助于提高

19、接收機的的信號可以達到伏特數(shù)量級，有助于提高接收機的靈敏度靈敏度。采用混頻器后，接收機的性能將得到提高：采用混頻器后，接收機的性能將得到提高： （2 2）接收機在很寬的頻率范圍內濾波性能不能做得很好，而對于某一）接收機在很寬的頻率范圍內濾波性能不能做得很好，而對于某一固定固定頻率選擇性頻率選擇性可以做得很好?？梢宰龅煤芎?。高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 fI=fL+fcfIfc 向向上上變頻，輸出變頻，輸出高中頻高中頻fI=fL- fc 或 fI=fC- fL高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 三種頻譜線性搬移功能比較：三種頻譜線性搬

20、移功能比較：調制：調制：混頻：混頻： 解調：解調：高頻高頻已調波信號已調波信號搬移到搬移到低頻段低頻段低頻低頻調制信號調制信號搬移到搬移到高頻段高頻段高頻高頻已調波信號已調波信號搬移到另一個搬移到另一個高頻段高頻段高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 超外差式廣播接收機中超外差式廣播接收機中: :中頻為中頻為465kHz的的普通普通調幅調幅信號信號載頻載頻535 kHz1605kHz中波中波波段各電臺普通波段各電臺普通調幅波調幅波載頻載頻88 MHz108MHz的各的各調頻調頻臺信號臺信號中頻為中頻為10.7MHz的的調頻調頻信號信號48.5MHz 958MHz各頻道

21、各頻道信號信號中頻為中頻為38 MHz的的視頻視頻信號信號廣播電視接收機中：AM收音機:FM收音機:高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 2 2混頻器的工作原理混頻器的工作原理已調信號已調信號us： us=Uscostcosct本振電壓本振電壓uL：uL=ULcosLt若取中頻若取中頻 fI=fL-fc或或 fI=fC- fL ，經，經帶通濾波器帶通濾波器取出所需邊帶，得取出所需邊帶，得中頻電壓：中頻電壓：組成框圖組成框圖 ：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 FL()=(-L)+(+L)頻域頻域混頻過程：混頻過程：FS()us的傅立葉變換

22、的傅立葉變換 FL()uL的傅立葉變換的傅立葉變換本振為單一頻率信號，其頻譜為：本振為單一頻率信號，其頻譜為：輸入信號為己調波，則輸出頻譜輸入信號為己調波，則輸出頻譜Fo() ：)()(*)(21)(*)(21)(LLsLsoFFFF)()(21LLFF高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 本振頻譜：本振頻譜：已調波頻譜：已調波頻譜：輸出中頻信號頻譜：輸出中頻信號頻譜： FL()=(-L)+(+L)()(21)(LLoFFF Fs()高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 6.3.2 6.3.2 混頻電路混頻電路 按按本振電壓本振電壓提供方式不

23、同分為兩種：提供方式不同分為兩種：混頻器、變頻器混頻器、變頻器混頻器混頻器：由：由單獨單獨的振蕩器提供的振蕩器提供本振電壓本振電壓變頻器變頻器本振本振和和混頻混頻功能由功能由一個非線性器件一個非線性器件完成完成六端六端網(wǎng)絡網(wǎng)絡四端四端網(wǎng)絡網(wǎng)絡高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 1 1晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 晶體三極管頻晶體三極管頻譜搬移電路譜搬移電路ui=usUsUs，大信號工作，大信號工作經中頻濾波器，輸出中頻電壓：經中頻濾波器，輸出中頻電壓：高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 （2 2）二極管環(huán)形混頻器）二極管環(huán)形混頻器經中

24、頻濾波后經中頻濾波后,得輸出中頻電壓：得輸出中頻電壓：us為已調信號為已調信號uL本振電壓本振電壓ULUs,大信號工作大信號工作高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 （1 1）單差分對混頻器線路：）單差分對混頻器線路： 3 3其它混頻電路其它混頻電路TseLeeTseLeeoVuRuREVuRuREti22tanh)(TcseLLeeoVttURtUREti2coscoscos)(高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 （2）模擬乘法器混頻器：模擬乘法器混頻器：204coscoscos)(TVtttUUItiLcLso高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析第6章振幅調制、解調及混頻 已調制信號：已調制信號：us= Uc(t)cosct 3 FET混頻電路 Uc(t)= Ucm(1+macost)本振電壓本振電壓uL=ULcos Lt LC回路調諧在中頻：回路調諧在中頻：I= L- -c通頻帶通頻帶B=2，諧振阻抗為，諧振阻抗為RLuGS=UGSQ+us- -uL= UGSQ+Uc(t)cos