【正文】 2022/8/30 1 第 6章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻 ? 振幅調(diào)制信號(hào)分析 ? 振幅調(diào)制電路 ? 調(diào)幅 解調(diào)電路 ? 混頻 電路 ? 混頻器的干擾 2022/8/30 2 一、振幅調(diào)制信號(hào)分析 1. 振幅調(diào)制的概念 振幅調(diào)制： 用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，而其它參數(shù) (相位、頻率 )不變。 調(diào)制信號(hào)： 由原始信號(hào) (聲音、數(shù)據(jù)和圖象 )轉(zhuǎn)換成的低頻或視頻模擬信號(hào) (數(shù)字的或模擬的 )，用 uΩ或 f(t)表示； 載波 ：未受調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)，常用正弦波，用 uc或 ic表示； 已調(diào)波 ：受調(diào)制后的高頻振蕩信號(hào)。 振幅調(diào)制方式： 分為三種方式。 (1) 普通調(diào)幅方式： AM； (2) 抑制載波的雙邊帶調(diào)制 (簡(jiǎn)稱雙邊帶調(diào)制 )： DSBSC(簡(jiǎn)稱 DSB)； (3) 擬制載波的單邊帶調(diào)制 (簡(jiǎn)稱單邊帶調(diào)制 )： SSBSC(簡(jiǎn)稱 SSB)。 三種已調(diào)波信號(hào)稱為： 調(diào)幅波信號(hào)、雙邊帶信號(hào)和單邊帶信號(hào) 。 2022/8/30 3 調(diào)幅波 (AM) 載波電壓： uc=Uccosωct 調(diào)制電壓： uΩ=UΩcosΩt (ωcΩ) 調(diào)幅波的瞬時(shí)振幅： Um(t) =Uc+ΔUc(t)= Uc+kaUΩcosΩt = Uc(1+m cosΩt) ΔUc(t)：調(diào)制電壓 uΩ成正比； ka：比例系數(shù)或調(diào)制靈敏度，由調(diào)制電路決定； m=kaUΩ/Uc ：調(diào)幅度 (調(diào)制度 )。 AM信號(hào)表達(dá)式： uAM = Um(t)cosωct =Uc(1+m cosΩt)cosωct 調(diào)幅度的要求 ： ? m≤1為正常調(diào)制； ? m＞ 1為過調(diào)制，導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生失真，不能正確解調(diào)，應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)。 2022/8/30 4 AM調(diào)制過程中的信號(hào)波形： 調(diào)制信號(hào)為余弦波 注意： 圖 (e)發(fā)生嚴(yán)重失真 ， 無(wú)法通過解調(diào)恢復(fù)出調(diào)制信號(hào) ！ 2022/8/30 5 連續(xù)譜信號(hào)的 AM調(diào)制 ： uAM= Uc[1+m f(t)]cosωct，其中 f(t)為歸一化調(diào)制信號(hào)，而且 |f(t)|max=1。 ???? ???1 )c o s ()(nnnn tUtf ?1c o s)c o s (1)( c1 CAM ???????? ???? ????cnannnnn UUkmttmUtu ，??展開：調(diào)制信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù) 連續(xù)譜信號(hào)的 AM已調(diào)波又可以表示為： 2022/8/30 6 AM信號(hào)的產(chǎn)生原理圖 ：由加法器和乘法器完成。 ＋ u AM u c u Ω 常數(shù) ( a ) ＋ u AM u c u Ω ( b ) 2022/8/30 7 AM信號(hào)的頻譜： (1) 單頻 AM波：?jiǎn)晤l AM波可以用三角函數(shù)展開為 ( ) c o s c o s ( ) c o s ( )22A M C c C c C cmmu t U t U t U t? ? ?? ? ? ? ? ? ?0 F( a )fUc0( b )ffc10( c )ffc2 Fm / 2m / 2fc+ Ffc? FU?AMU下邊頻上邊頻載頻分量三個(gè)頻率分量?????????ccccc????? ,：?2/,2AM???FFB：波帶寬2022/8/30 8 下圖中給出語(yǔ)音調(diào)制信號(hào)頻譜及其已調(diào)信號(hào)頻譜 . 振幅0( a )3 0 0振幅0( b )fc3 4 0 0fc+ 3 4 0 0fc? 3 4 0 0f / H zf / H z(2) 多頻 AM波： 包含載頻、上邊帶和下邊帶。 帶寬 ： B=2Fmax，其中 Fmax為 f(t)的最高頻率。 說(shuō)明： AM調(diào)制是把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到載頻兩端，但頻譜結(jié)構(gòu)未變，因此這種調(diào)制方式屬于 頻譜的線性搬移 。 2022/8/30 9 AM信號(hào)的功率： 通常指 AM波的平均功率 (總功率 )，包括載波功率和兩個(gè)邊帶的平均功率。有時(shí)涉及 AM波的最大功率和最小功率。 假設(shè)負(fù)載阻抗為 RL。以單頻 AM波為例討論。 LCCLCCC RUtdRtUP2co s21 222 ?? ???????：載波功率(1).CCLPmmURP 422 1).2(22????????邊頻：每個(gè)邊頻功率???????? ????212)(AM).3(2mPPPP CCav 邊頻：總功率信號(hào)平均功率( ) c o s c o s ( ) c o s ( )22A M C c C c C cmmu t U t U t U t? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? 22 )c o s1(2)c o s1()(AM).4( tmPRtmUtPCLc ??????：信號(hào)瞬時(shí)功率2022/8/30 10 說(shuō)明： AM信號(hào)中雖然載波頻率分量不攜帶信息，卻占有 2/3以上的功率，效率較低。但由于其設(shè)備簡(jiǎn)單，占的頻帶窄 (相對(duì)于調(diào)頻 )，因此仍然得到廣泛的應(yīng)用。 Pmax決定了高頻諧振功放管的額定輸出功率 PH， PH≥Pmax。 ? ? 22 )c os1(2)c os1()( tmPRtmUtPCLc ??????：重寫瞬時(shí)功率?????????2m i n2m a x)1()1(AM).5(mPPmPPCC：信號(hào)的最大最小功率242).6(22mPPmCC????載波功率兩個(gè)邊頻功率功率效率 ?：舉例 ： 100%調(diào)制 (m=1)，兩個(gè)邊頻功率為載波功率的 1/2，兩個(gè)邊頻功率只占 AM調(diào)幅波總功率的 1/3。當(dāng) m值減小時(shí)，兩者的比值將顯著減小，邊頻功率所占比重更小。 2022/8/30 11 2. 雙邊帶信號(hào) DSB信號(hào)的形成： 將 AM信號(hào)中的載波抑制掉就形成了抑制載波的雙邊帶信號(hào) (DSBSC)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào) (DSB)。 雙邊帶信號(hào)的表示： uDSB(t)=k f(t) cosωct， k≠0 說(shuō)明 : (1). DSB信號(hào)只有上下邊帶，沒有載波分量，因此功率利用較充分； (2). DSB信號(hào)的產(chǎn)生原理：僅需要一個(gè)模擬乘法器即可。 uDSB uC f(t) 2022/8/30 12 DSB和 AM信號(hào)比較： (1) 包絡(luò)不同： AM信號(hào)的包絡(luò)正比于調(diào)制信號(hào) f(t)，而 DSB信號(hào)的包絡(luò)則正比于 |f(t)|； (2) DSB信號(hào)的高頻載波相位在 f(t)的零交點(diǎn)處 (正負(fù)電壓交替處 )出現(xiàn) 180176。 的相位躍變； 2022/8/30 13 (3) DSB實(shí)質(zhì)上是一個(gè)調(diào)幅調(diào)相信號(hào)； uDSB(t)=|f(t)|cos(ωct+φ) 其中當(dāng) f(t) 0時(shí)， φ=0； 當(dāng) f(t) 0時(shí)， φ=180176。 ； (3) 帶寬： B=2Fmax，其中 Fmax為 f(t)的最高頻率。 2022/8/30 14 單邊帶信號(hào) (SSB) SSB信號(hào)形成原理： 將 DSB信號(hào)經(jīng)邊帶濾波器濾除一個(gè)邊帶，或者在調(diào)制過程中直接將一個(gè)邊帶抵消而成。 SSB信號(hào)可以取 DSB中上邊帶，也可以取下邊帶。 單頻調(diào)制 SSB信號(hào)： 取上邊帶： uSSB(t)=Ucos(ωc +Ω )t 取下邊帶： uSSB(t)=Ucos(ωc–Ω)t 0 tUuS S B( t )fc+ F0 F( a )f0( b )ffc0( c )ffc+ F2022/8/30 15 雙音調(diào)制的 SSB信號(hào)： 振幅相等的雙音調(diào)制產(chǎn)生的 SSB信號(hào) 121212Ω2Ω1ΩΩ,)(21c o s)(21c o s2c o sc o s???????????????設(shè)ttUtUtUu2022/8/30 16 tUtUttUu)c o s(4)c o s(4)(21c o s)(21c o s22cΩ1cΩ12c12ΩS S B????????????????????????tttUu c1212ΩD S B c o s)(21c o s)(21c o s ?????????2022/8/30 17 ttfttftu CCS S B ?? s in)(?c o s)()( ??代表卷積*,)(1)(*1)(? ? ??? ????? dtftfttf連續(xù)頻譜信號(hào)調(diào)制： (1) “+”代表下邊帶；“ ?”代表上邊帶 (2) f(t)的希爾伯特變換： 單頻調(diào)制 SSB信號(hào)的另一種表示： uSSB(t)=Ucos(ωc+Ω)t =UcosΩtcosωct?UsinΩtsinωct 上邊帶 uSSB(t)=Ucos(ωc?Ω)t =UcosΩtcosωct+UsinΩtsinωct 下邊帶 ????????????ttfttfttfttf????co s)(?s i n)(s i n)(?co s)(：特殊2022/8/30 18 希爾伯特變換的頻域解釋 ： 上式意味著對(duì) F(ω)的各頻率分量均移相－ π/2！ )()()()()(?)()()(1 2/???????? ? s g neFFj s g nFFtfj s g nt j?????????????2022/8/30 19 語(yǔ)音調(diào)制的 DSB信號(hào)和 SSB信號(hào)頻譜比較 ： (a). DSB頻譜； (b). SSB上邊帶頻譜； (c). SSB下邊帶頻譜 0( a )?c?220( b )?0( c )??c? ?m? ?c+ ?mFS S B L( ? )?c+ ?m? ?c? ?mFS S B U( ? )?c+ ?m?c? ?m? ?c+ ?m? ?c? ?c? ?mF ( ? + ?c) F ( ? ? ?c)FD S B( ? )2022/8/30 20 SSB信號(hào)的特點(diǎn) : (1) SSB信號(hào)從本質(zhì)上講是一種幅度和頻率混合調(diào)制； (2) SSB信號(hào)所占的帶寬： BSSB=Fmax。 說(shuō)明： SSB信號(hào)所占的頻帶比 AM和 DSB減少了一半，頻帶利用充分，因此目前已成為短波通信的主要調(diào)制方式。 2022/8/30 21 二、振幅調(diào)制電路 原理 ： 振幅調(diào)制過程屬于頻譜的線性搬移，因此可以利用上一章講的頻譜線性搬移電路來(lái)實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制 。 要求： 調(diào)制效率高、調(diào)制的線性范圍大、失真小。 方式： 高電平調(diào)制和低電平調(diào)制。 (1) 高電平調(diào)制：將調(diào)制過程和功率放大過程合二為一，利用高頻功放的調(diào)制特性來(lái)完成調(diào)制，高電平調(diào)制主要用于形成 AM信號(hào)； (2) 低電平調(diào)制：將調(diào)制和功放分開，調(diào)制后的信號(hào)是低電平信號(hào)，需要經(jīng)過功率放大器才能送到天線。 AM、 DSB、 SSB、FM(第七章講 )均可以采用這種方式。 2022/8/30 22 u cT 1E c