第5章振幅調(diào)制解調(diào)與混頻(本科)電子q094

第5章

振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路第2章與第3章分別介紹的小信號放大電路與功率放大電路，均為線性放大電路。前言：一、概述線性放大電路的特點：其輸出信號與輸入信號具有某種特定的線性關(guān)系。從時域上講,輸出信號波形與輸入信號波形相同,只是在幅度上進行了放大；從頻域上講,輸出信號的頻率分量與輸入信號的頻率分量相同。然而,在通信系統(tǒng)和其它一些電子設(shè)備中,需要一些能實現(xiàn)頻率變換的電路，例如調(diào)幅、檢波、混頻等。這些電路的特點是其輸出信號的頻譜中產(chǎn)生了一些輸入信號頻譜中沒有的頻率分量,即發(fā)生了頻率分量的變換,故稱為頻譜變換電路。2

2.相關(guān)的基本概念1）調(diào)制信號：低頻信號（需傳送的信息）。2）載波：高頻振蕩波3）載頻：載波的頻率4）調(diào)制：將低頻信號“裝載”在載波上的過程。即用低頻信號去控制高頻振蕩波的某個參數(shù)，使高頻信號具有低頻信號特征的過程。5）已調(diào)波：經(jīng)調(diào)制后的高頻振蕩波。6）解調(diào)：從已調(diào)信號中取出原來的信息。第5章

振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路7）模擬調(diào)制有以正弦波為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。8）幅度調(diào)制：調(diào)制后的信號頻譜和基帶信號頻譜之間保持線性平移關(guān)系，稱為線性幅度調(diào)制。（振幅調(diào)制、解調(diào)、混頻）9）角度調(diào)制：頻譜搬移時沒有線性對應(yīng)關(guān)系，稱為非線性角度調(diào)制。（頻率調(diào)制與解調(diào)電路）

2.相關(guān)的基本概念第5章

振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路4頻譜線性電路幅度調(diào)制與解調(diào)電路倍頻電路混頻電路3.線性頻譜變換電路分類普通幅度調(diào)制與解調(diào)單邊帶幅度調(diào)制與解調(diào)雙邊帶幅度調(diào)制與解調(diào)殘留邊帶調(diào)制與解調(diào)

第5章

振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路將要傳送的信息裝載到某一高頻載頻信號上去的過程。高頻振蕩

高頻放大話筒聲音緩沖發(fā)射天線倍頻調(diào)制音頻放大簡述：振幅調(diào)制5.1

振幅調(diào)制的基本原理5.1.1

普通調(diào)幅波的波形、頻譜及數(shù)學(xué)表達式一、調(diào)幅制適用于：長波、中波的調(diào)制。振幅調(diào)制AM：AmplitudeModulation二、數(shù)學(xué)表達式：首先討論單頻調(diào)制的調(diào)幅波低頻調(diào)制信號：

高頻載波信號：調(diào)幅信號（已調(diào)波）：5.1

振幅調(diào)制的基本原理調(diào)幅的原則：高頻載波的振幅隨調(diào)制信號uΩ(t)成線性關(guān)系。uAM(t)=(Ucm+kUΩm

cos

Ωt)cosωct

=Ucm(1+macosΩt)cosωct調(diào)制系數(shù)：5.1

振幅調(diào)制的基本原理比例常數(shù)Ka只與調(diào)制電路本身的參數(shù)有關(guān)，與載波和調(diào)制信號無關(guān)uAM(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct

波形特點：振幅的包絡(luò)與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致。振幅（包絡(luò)）表達式UAM(t)=Ucm(1+macosΩt)5.1

振幅調(diào)制的基本原理三、討論：調(diào)幅波的波形與頻譜包絡(luò)的振幅：Um=Ucmmama↑包絡(luò)的振幅（Ucmma）↑ma↓調(diào)制系數(shù)ma的含義：表征載波的振幅受調(diào)制信號控制的強弱程度。調(diào)制程度越深調(diào)制程度越小包絡(luò)的振幅（Ucmma）↓5.1

振幅調(diào)制的基本原理ma=1ma<1ma>1當(dāng)ma=1時，Umin=0當(dāng)ma<1時，Umin>0討論：當(dāng)ma>1時，Umin<0Umin=UCm(1-ma)過度調(diào)制重要結(jié)論：當(dāng)ma>1時，包絡(luò)已經(jīng)失真，不能反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，因此為了避免失真，應(yīng)使調(diào)幅系數(shù)ma≤1。調(diào)幅波的頻譜與帶寬載波分量上邊頻分量下邊頻分量5.1

振幅調(diào)制的基本原理

Ω調(diào)制信號ωc載波調(diào)幅波ωc+Ω上邊頻ωc-Ω下邊頻載波分量上邊頻分量下邊頻分量5.1

振幅調(diào)制的基本原理強調(diào)重要的結(jié)論：1.普通調(diào)幅波不是簡單的余弦波，它包含有三個頻率分量：載波fc、上邊頻fc+F、下邊頻fc-F3.載波分量不包含調(diào)制信號的信息，上下兩個邊頻才攜帶者調(diào)制信息，它們的振幅反映了調(diào)制信號的振幅大小。4.調(diào)幅波從頻譜的角度看，就是把低頻調(diào)制信號的頻譜線性對稱地搬移到高頻載波的兩邊，故屬于線性頻譜變換。2.上下兩個邊頻分量對稱的分布在載波兩邊，它們的振幅為，且是包絡(luò)振幅的一半。5.1

振幅調(diào)制的基本原理四、多頻調(diào)幅波的波形與頻譜信號帶寬ωc

調(diào)幅波調(diào)制信號載波ωc+Ωmax上邊帶ωc-Ωmax下邊帶Ωmax5.1

振幅調(diào)制的基本原理一般調(diào)幅波的波形與頻譜5.1

振幅調(diào)制的基本原理四、普通調(diào)幅波的功率關(guān)系條件：如果將普通調(diào)幅波輸送功率至負載RL上，則載波與兩個邊頻將分別得出如下功率：載波功率:上下邊頻功率:在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM信號的平均輸出功率是uAM(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct(DoubleSidebandModulation:DSB)(SingleSidebandModulation:SSB)討論：

載波本身并不攜帶調(diào)制信息，但它的功率卻占整個調(diào)幅波功率的絕大部分。當(dāng)ma＝1時，Pt＝(2/3)PAM

；PDSS＝(1/3)PAM

當(dāng)ma＝0.5時，Pt＝(8/9)PAM

；PDSS＝(1/9)PAM

結(jié)論：因為調(diào)制信號的信息攜帶在上下邊頻中，因此在調(diào)幅的過程中，應(yīng)盡量使調(diào)制系數(shù)ma大，以增大上下邊帶的功率，提高信號的傳輸能力，但不能超過1。5.1

振幅調(diào)制的基本原理普通調(diào)幅波的缺點：功率利用率太低，整機利用率低。1.設(shè)備簡單。2.解調(diào)方便，便于接受。3.與其它調(diào)制方式比較占用的頻帶寬。普通調(diào)幅被廣泛應(yīng)用于中、短波無線電廣播系統(tǒng)的原因：5.1

振幅調(diào)制的基本原理課堂練習(xí)：①

P198習(xí)題5.1

②P198習(xí)題5.2③P198習(xí)題5.4④P199習(xí)題5.85.1

振幅調(diào)制的基本原理作業(yè)：①

P199習(xí)題5.6

②P199習(xí)題5.75.1.2

雙邊帶調(diào)幅（DSB）和單邊帶調(diào)幅（SSB）總思路：既然載波不攜帶有用信息，有用調(diào)制信息被上下兩個邊帶攜帶，為了提高整機的利用率，只發(fā)送上下邊帶或者上下邊帶其中一個邊帶，而不發(fā)送載波。只發(fā)送上下邊帶的調(diào)幅叫雙邊帶調(diào)幅---DSB

只發(fā)送上下邊帶其中一個邊帶的調(diào)幅叫單邊帶調(diào)幅調(diào)制—SSB

5.1

振幅調(diào)制的基本原理低頻調(diào)制信號：

高頻載波信號：載波分量調(diào)制信號分量雙邊帶調(diào)幅（DSB）可利用模擬乘法器實現(xiàn)結(jié)論：一、雙邊帶調(diào)幅DSB(DoubleSidebandModulation)5.1

振幅調(diào)制的基本原理雙邊帶調(diào)幅的波形和頻譜雙邊帶波形雙邊帶頻譜cmaUm21雙邊帶調(diào)幅（DSB）的頻帶寬BW=2Ω或BW=2F結(jié)論：電壓相位突變180o5.1

振幅調(diào)制的基本原理低頻調(diào)制信號：

高頻載波信號：下邊頻分量二、單邊帶調(diào)幅SSB(SingleSidebandModulation)5.1

振幅調(diào)制的基本原理上邊頻分量顯然：

單頻調(diào)制單邊帶調(diào)幅信號是一個角頻率為ωc+Ω的單頻正弦波信號,

但是,一般的單邊帶調(diào)幅信號波形卻比較復(fù)雜。不過有一點是相同的,即單邊帶調(diào)幅信號的包絡(luò)已不能反映調(diào)制信號的變化。單邊帶調(diào)幅信號的帶寬與調(diào)制信號帶寬相同,是普通調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅信號帶寬的一半。三種調(diào)幅的優(yōu)缺點比較：普通調(diào)幅：所占頻帶寬，能量利用率低，但發(fā)射機和接收機簡單，因此在廣播系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用。雙邊帶調(diào)幅：能量利用率高，所占頻帶寬，但發(fā)射機和接收機較復(fù)雜，較少采用。單邊帶調(diào)幅：能量利用率高，所占頻帶窄，節(jié)省發(fā)射機功率又節(jié)約頻帶，但發(fā)射機和接收機較復(fù)雜，在短波通信中應(yīng)用廣泛。5.1

振幅調(diào)制的基本原理

三種振幅調(diào)制信號

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5.1

振幅調(diào)制的基本原理課堂練習(xí)：

①P1495.1.4

②P1995.95.1

振幅調(diào)制的基本原理5.2相乘電路與振幅調(diào)制電路一、振幅調(diào)制電路的分類按調(diào)幅方式分：按輸出功率分：高電平調(diào)幅低電平調(diào)幅普通調(diào)幅AM雙邊帶調(diào)幅DSB單邊帶調(diào)幅SSB殘留邊帶調(diào)幅電路2.低電平調(diào)幅電路的要點：（1）先在低功率電平級進行振幅調(diào)制→經(jīng)高頻功率放大器放大后發(fā)射。（2）重點任務(wù)：由于低電平調(diào)幅的功率較小，輸出功率和效率不是重點，而提高調(diào)制的線性度，減少不需要的頻率分量，提高濾波功能是它的主要任務(wù)。（3）常用電路：模擬乘法器調(diào)幅電路——一般工作頻率在幾十MHZ。

二極管平衡調(diào)幅電路——一般工作頻率可達幾GHZ。5.2相乘電路與振幅調(diào)制電路3.高電平調(diào)幅的要點：（1）直接產(chǎn)生滿足發(fā)射機要求的發(fā)射功率，處于發(fā)射級的末級。（2）重點任務(wù)：獲得最大的輸出功率，最大的優(yōu)點是整機利用率高。（3）常用電路：晶體管集電極調(diào)制電路。

晶體管基極調(diào)制電路。

它們一般只能產(chǎn)生普通調(diào)幅波。（4）實現(xiàn)手段：用調(diào)制信號控制處于丙類工作狀態(tài)的末級功率放大器。已講內(nèi)容5.2相乘電路與振幅調(diào)制電路相乘器的功能和構(gòu)成：功能：實現(xiàn)兩個信號的相乘。構(gòu)成：由非線性器件構(gòu)成。目前通信系統(tǒng)廣泛采用兩種器件—

①二極管構(gòu)成的平衡相乘器；

②晶體管構(gòu)成的雙差分對管構(gòu)成的模擬乘法器。

二極管平衡調(diào)幅電路——一般工作頻率可達幾GHZ。模擬乘法器調(diào)幅電路——一般工作頻率在幾十MHZ。

5.2.1非線性器件的相乘作用一、非線性器件特性冪級數(shù)分析法5.2相乘電路與振幅調(diào)制電路1.本質(zhì):利用二極管的非線性特性進行調(diào)幅

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來完成頻率變換?？偹悸罚哼@里將調(diào)制信號uΩ與載波信號uc相加后，同時加入非線性器件，然后通過中心頻率為ωc的帶通濾波器取出輸出電壓uo中的調(diào)幅波成分。uc5.2相乘電路與振幅調(diào)制電路

+u1-

+u2-+-ui(a)二極管相乘電路iu0UQIQ(b)二極管伏安特性曲線一、非線性器件特性冪級數(shù)分析法條件：u1、u2為小信號，且兩信號大小相當(dāng).

三、二極管的開關(guān)工作狀態(tài)（P152，重點掌握）

+u1-

+u2-+-ui(b)二極管開關(guān)電路V前提條件：u1=U1mcosω1t，u2=U2mcosω2t，且u1為足夠大的大信號（U1m>0.5V），u2為小信號，即：U1m>>U2m。結(jié)論：u=u1+u2=U1mcosω1t+U2mcosω2t，二極管工作在大信號狀態(tài)，即在u1的作用下管子工作在開關(guān)狀態(tài)，管子的導(dǎo)通和截止由大信號u1決定，u1>0,管子V導(dǎo)通，導(dǎo)通電導(dǎo)為gD(t),u1<0,管子V截止,電流i=0,且;管子V開和關(guān)的周期與頻率與u1的周期與頻率相同。即二極管V受大信號u1的控制。(c)二極管伏安特性近似折線iu0gDtK1(ω1t)O1tu1O由三角函數(shù)的關(guān)系加以整理得：結(jié)論：由于二極管的非線性導(dǎo)致了輸出中含有許多新的頻率分量，包含有：直流成分、ω1、ω2以及ω1的偶次諧波，ω2的奇次諧波與pω1±qω2（p、q為正整數(shù)）的組合頻率分量，其中必有調(diào)制或者解調(diào)需要的新的頻率分量，無用的頻率分量只要在其后接一個相應(yīng)的濾波電路即可。這就是利用二極管構(gòu)成調(diào)制和解調(diào)的電路的本質(zhì)所在。5.2.2二極管雙平衡相乘器構(gòu)成的振幅調(diào)制電路一、二極管平衡相乘器構(gòu)成的振幅調(diào)制電路載波uc為大信號上變頻分量下變頻分量結(jié)論：①輸出信號中無用頻率分量比單管電路少很多。②直流成分、ω1、及其各次諧波均由于平衡電路的關(guān)系而被抑制掉③無用頻率分量ω2以及3ω1

±

ω2等高頻分量與ω1±ω2相差甚遠，因此容易用帶通濾波器濾除掉。二、二極管環(huán)形相乘器構(gòu)成的振幅調(diào)制電路：見教材P155~158.(了解內(nèi)容)40一、模擬乘法器的特性和工作原理2.模擬乘法器的符號KmKm1.模擬乘法器的功能：實現(xiàn)模擬信號的相乘Km:模擬乘法器的增益它的大小由實際電路決定5.2.3

模擬乘法器構(gòu)成的振幅調(diào)制電路5.2相乘電路與振幅調(diào)制電路3.模擬乘法器功能：

利用模擬乘法器可以實現(xiàn)調(diào)幅、調(diào)幅的解調(diào)、鑒相、混頻等，在電路的調(diào)制與解調(diào)中有著非常廣泛的應(yīng)用，希望同學(xué)們在后續(xù)的學(xué)習(xí)中反復(fù)體會它的靈活應(yīng)用。4.集成模擬乘法器的內(nèi)部工作原理（不做介紹）5.集成模擬乘法器實現(xiàn)AM調(diào)制(補充內(nèi)容)5.2相乘電路與振幅調(diào)制電路體會：可以通過改變直流電流Ud的大小改變調(diào)制系數(shù)ma。RRp-uΩ(t)Uduc(t)KMuo(t)RR+AAM調(diào)幅電路原理圖uo143信號1：

u1(t)=U1mcosΩt(低頻調(diào)制信號)

信號2：u2(t)=U2mcosωct,（高頻載波信號）Ω<<ωc,兩信號相乘后的輸出信號結(jié)論：兩個信號相乘可以實現(xiàn)頻譜搬移，將低頻為Ω的載波信號線性地對稱地搬移到高頻ωc兩側(cè)。6.集成模擬乘法器實現(xiàn)DSB調(diào)制優(yōu)點：在傳送前抑制掉載頻頻率，在不影響傳送信息的條件下，節(jié)省發(fā)射功率。DSB調(diào)制波形、頻譜和組成模型MC1496構(gòu)成的DSB調(diào)制電路：見教材P166圖5.3.1SSB通信優(yōu)點：節(jié)省發(fā)射功率帶寬只占AM已調(diào)信號的頻寬帶寬的一半提高短波波段的利用率SSB波的選擇性衰落現(xiàn)象小7.

SSB調(diào)制缺點：接收端需恢復(fù)被抑制的載波頻率，對收、發(fā)通信機的本振頻率穩(wěn)定度要求高。SSB調(diào)制電路實現(xiàn)模型相乘濾波法移相合成法難點：

濾波問題。調(diào)制信號通常為音頻基帶信號，調(diào)制后兩邊帶相距很近，對邊帶濾波器的要求較高.見教材P169。解決方法：多次相乘濾波;移相合成法7.

SSB調(diào)制一、相乘濾波法:相乘濾波法SSB調(diào)制模型SSB調(diào)制的二次相乘濾波法框圖二次相乘濾波法: 經(jīng)過兩次相乘調(diào)制后，兩個邊帶相對距離加寬，降低了對邊帶濾波器的要求.上邊帶：f1+f2+F；下邊帶：f1-f2-F上下邊帶的距離：2（f2+F）移相合成法SSB調(diào)制電路模型二、移相合成法實現(xiàn)SSB:

體會：合成器采用減法電路，抵消下邊帶，取出上邊帶；采用加法電路，抵消上邊帶，取出下邊帶。合成器輸出：移相濾波合成法（了解內(nèi)容，補充內(nèi)容）二次相乘濾波+移相合成法第一相乘的兩個相乘器輸出：移相濾波合成法SSB調(diào)制電路模型u1(t)u2(t)低通濾波器濾除上邊帶,輸出下邊帶:u3(t)u4(t)第二次相乘兩個相乘器的輸出:最后由合成電路減法器抵消下邊帶,取出上邊帶實現(xiàn)SSB調(diào)制。u5(t)u6(t)目標(biāo)：從振幅受調(diào)制的高頻信號中還原出原調(diào)制的信號。前言：檢波概述5.4振幅檢波電路檢波器的組成部分5.4振幅檢波電路檢波的分類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特點包絡(luò)檢波器同步檢波器5.4振幅檢波電路包絡(luò)檢波:是指檢波器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法。這種方法只適用于AM波。同步檢波:是本地載波和發(fā)送載波必須保持同頻同相，即完全同步的檢波方法。它對于AM、DSB、SSB、VSB都適用，但解調(diào)AM信號比包絡(luò)檢波復(fù)雜。5.4振幅檢波電路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信號檢出包絡(luò)信息5.4.2二極管包絡(luò)檢波（重點掌握內(nèi)容)5.4振幅檢波電路一、

大信號包絡(luò)檢波的工作原理(2)工作原理分析

當(dāng)輸入信號ui(t)為調(diào)幅波時，那么載波正半周時二極管正向?qū)?，輸入高頻電壓通過二極管對電容C充電，充電時間常數(shù)為rdC。因為rdC較小，充電很快，電容上電壓建立的很快,輸出電壓uo(t)很快增長。

ui(t)達到峰值開始下降以后，隨著ui(t)的下降，當(dāng)ui(t)=

uo(t)，即uD=

ui-uo=0時，二極管VD截止。C把導(dǎo)通期間儲存的電荷通過R放電。因放電時常數(shù)RC較大，放電較緩慢。

檢波器的有用輸出電壓：

uo(t)=uΩ(t)+UDCUDCuΩ(t)tuo(t)Δucui(t)uo(t)

ui(t)與uo(t)t+

uD

-+-uo+-ui+-uiVDRCui+-Crdi放Rui+-Crd+-uo+-i充檢波器的實際輸出電壓為：uo(t)+Δuc=

uΩ(t)+UDC+Δuc當(dāng)電路元件選擇正確時，高頻紋波電壓Δuc很小，可以忽略，輸出電壓為：

uo(t)=uΩ(t)+UDC包含了直流及低頻調(diào)制分量。

圖(a)：電容Cd的隔直作用，直流分量UDC被隔離，輸出信號為解調(diào)恢復(fù)后的原調(diào)制信號uΩ，一般常作為接收機的檢波電路。圖(b)：電容Cφ的旁路作用，交流分量uΩ(t)被電容Cφ旁路，輸出信號為直流分量UDC，一般可作為自動增益控制信號（AGC信號）的檢測電路。

UDCuΩ(t)Δuctuo(t)ui(t)uo(t)

ui(t)與uo(t)t

峰值包絡(luò)檢波器的應(yīng)用型輸出電路:

+-UDC（b）ui+-CVDRφRCφ+-uoui+-CVDRL+-uΩRCd+UDC

-+-uo（a）注意：檢波二極管通常采用導(dǎo)通電壓和導(dǎo)通電阻rd小的鍺管。關(guān)鍵：電容的充電時間rdC<<電容的放電時間RC,從而保證檢波信號能充分跟蹤包絡(luò)?？紤]了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路充電放電二極管峰值包絡(luò)檢波器1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)定義：二、主要性能指標(biāo)注意：

電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)ηd的含義ηd越大，表示電路的檢波能力越強。實際總是希望越大越好在工程上ηd按0.5~0.9來估算2)等效輸入電阻Ri討論背景：包絡(luò)檢波一般是作為超外差接收機中頻放大器的負載，其等效輸入電阻必然會影響回路前一級的選頻特性+-uo中放末級RsVDRCsCLsisRid+-ui檢波器輸入端口的高頻功率：2RUi2im忽略二極管上的能量損耗，由能量守恒定律可知：全部轉(zhuǎn)換為輸出端負載電阻R上消耗的功率：

2RUim?2RUi2im所以

結(jié)論：Ri越大對前一級中放的影響越小。

產(chǎn)生的失真主要有：①惰性失真；②負峰切割失真；③非線性失真；④頻率失真。

如果檢波電路的時間常數(shù)RC太大，當(dāng)調(diào)幅波包絡(luò)朝較低值變化時，電容上的電荷來不及釋放以跟蹤其變化，所造成的失真稱作惰性失真。①惰性失真(對角線切割失真)三、檢波器的失真

結(jié)論：

調(diào)制波往往是由多個頻率成分組成，即Ω=Ωmin～Ωmax。為了保證不產(chǎn)生失真，必須滿足:

或②負峰切割失真(底邊切割失真)

隔直電容Cc數(shù)值很大，可認為它對調(diào)制頻率Ω交流短路，電路達到穩(wěn)態(tài)時，其兩端電壓VC≈Vim(直流分量)。

失真最可能在包絡(luò)的負半周發(fā)生。假定二極管截止，Cc將通過R和RL緩慢放電，相對于高頻載波一個周期內(nèi)，其電壓VC≈Vim將在R和RL上分壓。直流負載電阻R上的電壓為包絡(luò)檢波的失真②負峰切割失真Vim（1-m）V

imV

RVRVRV

RV

RV

R包絡(luò)檢波的失真一、模擬乘法器同步檢波（對雙、單邊帶調(diào)幅波的解調(diào)）注意：由于雙邊帶和單邊帶的包絡(luò)已經(jīng)不能反映調(diào)制信號的規(guī)律，它不屬于包絡(luò)檢波。5.4.3同步檢波電路ui(t)uL(t)u(t)u0(t)模擬乘法器低通濾波器uL(t)：與調(diào)制信號的載波信號同頻同相的本地參考信號，也叫同步信號。uL(t)=ULmcos（ωct）ui(t):已調(diào)波（雙邊帶或者單邊帶）XY后接低通濾波器濾掉高頻成分，即可得到調(diào)制信號調(diào)制分量5.4.3同步檢波電路同步檢波無失真的關(guān)鍵是產(chǎn)生與載波信號的同步本振信號。高頻分量同步檢波的優(yōu)點（補充內(nèi)容）①檢波的線性好。只要?一定，輸出低頻信號的幅度正比于輸入信號的幅度Uim與cos

?的積。②有利用提高接收系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于乘法器的輸出中不包含載波分量，因此，用乘法器做接收集中的同步解調(diào)可避免檢波電路中殘留載波分量對中級放大器產(chǎn)生寄生反饋。5.4.3同步檢波電路超外差式接收機框圖

回憶：混頻器在通信系統(tǒng)中的地位5.5混頻電路應(yīng)用：●

超外差接收機的關(guān)鍵部件●通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)●頻率合成器、頻譜分析儀⊙常用的中頻數(shù)值調(diào)幅收音機：465（455）kHz調(diào)頻收音機：10.7MHz微波接收機、衛(wèi)星接收機：70MHz或140MHz其他：500kHz、1MHz、1.5MHz、4.3MHz、5MHz、 21.4MHz、30MHz⊙5.5混頻電路由于設(shè)計和制作工作頻率較原載頻低的固定中頻放大器比較容易,且增益高,選擇性好,所以采用混頻方式可大大提高接收機的性能并使接收機的設(shè)備大大簡化。問題：為什么一定要進行混頻？三極管混頻器場效應(yīng)管混頻器二極管平衡混頻器二極管環(huán)形混頻器集成模擬混頻器⊙混頻器的類型5.5混頻電路一、混頻器的作用fi=fl-fc

叫低中頻，→本振信號fl=fi+fc

fi=fl+fc叫高中頻，→本振信號fl=fi-fc

一般低中頻方式較多采用。本質(zhì)：利用非線性器件產(chǎn)生所需要的新的頻率分量。強調(diào)：混頻器的特點

1.輸出是中頻為fI的已調(diào)波信號uI(t)。通常取fI=fL-fc。以輸入是普通調(diào)幅信號為例,若us(t)=Ucm［1+mauΩ(t)］cos2πfct,本振信號為uL(t)=ULmcos2πfLt,則輸出中頻調(diào)幅信號為uI(t)=UIm［1+mauΩ(t)］cos2πfIt?？梢?調(diào)幅信號頻譜從中心頻率為fc處平移到中心頻率為fI處,頻譜寬度不變,

包絡(luò)形狀不變，故混頻也屬于頻譜線性變換技術(shù)。

2.混頻電路的輸入輸出均為高頻已調(diào)波信號。由前幾節(jié)的討論可知,調(diào)幅電路是將低頻調(diào)制信號搬移到高頻段,檢波電路是將高頻已調(diào)波信號搬移到低頻段,而混頻電路則是將已調(diào)波信號從一個高頻段搬移到另一個高頻段。強調(diào)：混頻器的特點

3.混頻電路通常位于接收機前端,不但輸入已調(diào)波信號很小,而且若外來高頻干擾信號能夠通過混頻電路之前的選頻網(wǎng)絡(luò),則也可能進入混頻電路。4.混頻電路中的非線性器件對于實現(xiàn)頻譜搬移這一功能是必不可少的。但是另一方面,其非線性特性不但會產(chǎn)生許多無用的組合頻率分量,給接收機帶來干擾,而且會使中頻分量的振幅受到干擾,這兩類干擾統(tǒng)稱為混頻干擾。它們都會使有用信號產(chǎn)生失真。由于以上兩個特點,混頻電路的干擾來源比其它非線性電路要多一些。分析這些干擾產(chǎn)生的具體原因,提出減小或避免干擾的措施,是混頻電路討論中的一個關(guān)鍵問題。

差頻分量和頻分量可得到：uL(t)uS(t)uO(t)uI(t)帶通濾波器XY本振信號高頻已調(diào)制信號中頻已調(diào)制信號Km5.5.3模擬乘法器實現(xiàn)混頻uS(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωctuL(t)=ULmcosωLtuO(t)=Km

uS(t)uL(t)

和頻分量差頻分量uL(t)uS(t)uO(t)XYKmuI(t)帶通濾波器集成混頻器采用MC1596雙差分對模擬相乘器構(gòu)成的混頻器濾波器

5.5.4混頻的干擾與失真組合頻率干擾信號（或其諧波）本身fS與本振fL的各次諧波形成的組合干擾。與外來干擾無關(guān)。副波道干擾（寄生通道干擾）外來干擾信號fn（或其諧波）與本振頻率fL（或其諧波）產(chǎn)生的組合干擾。交調(diào)干擾交調(diào)——外來干擾信號與信號頻率fS

同時加入到輸入端 時，由混頻管非線性特性產(chǎn)生的交叉調(diào)制干擾,與本振無關(guān)。互調(diào)干擾互調(diào)——外來干擾信號互相形成的互相調(diào)制干擾,與本振有關(guān)。1.混頻干擾的種類：2．產(chǎn)生混頻器干擾的原因

混頻電路的輸入除了載頻為fc的已調(diào)波信號us和頻率為fL的本振信號uL之外,

還可能有從天線進來的外來干擾信號。外來干擾信號包括其它發(fā)射機發(fā)出的已調(diào)波信號和各種噪聲。假定有兩個外來干擾信號un1和un2,設(shè)其頻率分別為fn1和fn2。us、uL和un1、un2以下分別簡稱為信號、本振和外來干擾。假定混頻電路中的非線性器件為晶體管,其轉(zhuǎn)移特性為:

i=a0+a1u+a2u2+a3u3+a4u4+…

u=us+uL+un1+un2

=Uscos22πfct+ULcos2πfLt+Un1cos2πfn1t+Un2cos2πfn2t2．產(chǎn)生混頻器干擾的原因晶體管輸出的所有組合頻率分量為:

f=|±pfL±qfc±rfn1±sfn2|,p、q、r、s=0,1,2,…

在這些組合頻率分量中,只有p=q=1,r=s=0對應(yīng)的頻率分量fI=fL-fc才是有用的中頻,其余均是無用分量。若其中某些無用組合頻率分量剛好位于中頻附近,能夠順利通過混頻器內(nèi)中心頻率為fI的帶通濾波器,就可以經(jīng)中放、檢波后對有用解調(diào)信號進行干擾,產(chǎn)生失真。另外,由冪級數(shù)分析法可知,p、q、r、s值越小所對應(yīng)的組合頻率分量的振幅越大,相應(yīng)的無用組合頻率分量產(chǎn)生的干擾就越大。3．干擾信號的干擾途徑①直接從接收天線進入形成干擾②由高放的非線性形成干擾③由混頻器自身的非線性形成干擾④由本振信號的高次諧波產(chǎn)生干擾信號4．四種混頻干擾1）

組合頻率干擾

產(chǎn)生原因：

若信號和本振產(chǎn)生的組合頻率分量滿足

|±pfL±qfc|=fI±F

式中F為音頻,

則此組合頻率分量若與中頻fI比較接近能夠產(chǎn)生干擾。以音頻調(diào)幅信號為例,對混頻干擾的幾種不同形式和來源進行討論,最后給出了解決措施。

例如,當(dāng)fc=931kHz,fL=1396kHz,fI=465kHz時,對應(yīng)于p=1,q=2的組合頻率分量為:|1396-2×931|=466(kHz)=465(kHz)+1(kHz)466kHz的無用頻率分量在通過中放后,與中頻為465kHz的調(diào)幅信號一起進入檢波器中的非線性器件,會產(chǎn)生1kHz的差拍干擾,經(jīng)揚聲器輸出后類似于哨聲,故稱這種干擾為干擾哨聲?？梢姡簆、q越小，影響越大。措施：uLm取小些、usm取小些、合理選擇中頻。見教材：P1922）副波道干擾（寄生通道干擾）概念外來干擾信號fn（或其n次諧波）與本振信號頻率fL的m次諧波產(chǎn)生符合式子nfn±m(xù)fL=±fI

即

的差拍時，形成變頻干擾。表現(xiàn)為串臺、哨叫聲。分類：中頻干擾（一階干擾）鏡頻干擾（二階干擾）組合副波道干擾①中頻干擾（一階干擾）的抑制方法：提高前端電路的選擇性，增強對中頻信號的抑制，如設(shè)置中頻陷波器；合理選擇中頻數(shù)值，中頻選在工作波段之外，如采用高中頻方式。２）副波道干擾

最強的兩種干擾⒈中頻干擾當(dāng)p=0、q=1時，fN=fIm=1，n=1，

fn=fL+fI抑制方法：提高變頻器前端電路的選擇性，提高中頻頻率，以降低加到變頻器輸入端的鏡像電壓值?？刹捎酶咧蓄l方案。Lnfc=fL—fI，即干擾信號fN

與載頻信號fc形成鏡像關(guān)系。例：信號頻率fS

=580kHz，接收機中頻fI

=465kHz。若一個干擾信號fn=1510kHz竄入混頻器輸入端，則fn–fS

=(1510-1045)kHz=465kHz，因此可以同時聽到兩個電臺的聲音。則：本振信號頻率

fL

=580kHz+465kHz=1045KHZ。②鏡像（頻）干擾（二階干擾）③組合副波道干擾抑制方法：提高前端電路的選擇性和提高中頻數(shù)值；選擇合適的變頻電路；合理地選擇變頻管的工作狀態(tài)。例：信號頻率fS=660kHz，fL=1125kHz，fI=465kHz對應(yīng)的m=n=2的組合干擾頻率為fn1=1357.5kHz→2×1357.5-2×1125=465；fn2=892.5kHz→

2×1125-2×892.5=

465kHz

對應(yīng)的