第六章振幅调制、解调及混频(精品).ppt

高频 第6章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频第一节 振幅调制(重点)第二节 调幅信号的解调(重点)第三节 混 频(重点为概念，与倍频等变频技术的区别)第四节 混频器的干扰(重点为概念、预防措施)第六章第六章P1701高频 第6章 振幅调制、解调及混频作业：作业：6-2，6-3，6-4，6-7，6-12，6-14，6-15，6-24，6-25，6-26，6-27，6-282高频 第6章 振幅调制、解调及混频l调制：调制：就是用调制信号（u 或 f(t)）去控制载波（uc 和 ）某个参数的过程。l载波：载波：未受调制的高频振荡信号。l振幅调制：振幅调制：由调制信号去控制载波的振幅。l振幅调制分为三种方式：普通的调幅方式（AM）抑制载波的双边带调制（DSBSC）抑制载波的单边带调制（SSB-SC）第一节第一节 振幅调制（振幅调制（P170）3高频 第6章 振幅调制、解调及混频第一节第一节 振幅调制振幅调制l振幅调制信号振幅调制信号 载波电压 调制电压 振幅调制信号振幅为 为比例系数，一般由调制电路确定，故又称为调制灵敏度。为调幅度（调制度）AM信号的包络变化与调制信号的成正比。4高频 第6章 振幅调制、解调及混频l调幅波的频谱 单频调制的调幅波包含三个频率分量，它是由三个高频正弦波叠加而成。在多频调制情况下，各个低频频率分量所引起的边频对组成了上、下两个边带。调制信号为一连续谱信号或多频信号，其最高频率 Fmax单频调制时，调幅波占用的带宽则AM信号占用的带宽5高频 第6章 振幅调制、解调及混频l调幅波的功率调幅波的功率 载波功率 上边频的平均功率=下边频的平均功率 AM信号的平均功率两个边频功率与载波功率的比值为调幅波的最大功率和最小功率 两个边频功率最多是总功率(3m2/2)Pc的1/36高频 第6章 振幅调制、解调及混频l双边带信号双边带信号 在调制过程中，将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号，简称双边带信号。双边带信号的带宽：双边带信号的包络变化与调制信号的绝对值成正比。比较:AM信号的包络变化与调制信号的成正比。7高频 第6章 振幅调制、解调及混频单边带信号的包络形状与调制信号的包络形状相同。填充频率移动了c8高频 第6章 振幅调制、解调及混频l振幅振幅调制制电路路（P178）l 调制可分为高电平调制高电平调制和低电平调制低电平调制：低电平调制：低电平调制：将调制和功放分开，调制后的信号电平较低，还需经功率放大后达到一定的发射功率再发送出去。DSB、SSB以及调频（FM）信号均采用这种方式。调制效率高 调制线性范围大 失真要小等 高电平调制：高电平调制：将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可直接发送出去。这种调制主要用于形成AM信号。对调制器的主要要求对调制器的主要要求：9高频 第6章 振幅调制、解调及混频10高频 第6章 振幅调制、解调及混频l低电平调制（P180）1）二极管电路 单管：平衡：2）差分对电路 3）模拟乘法器双差分对：单差分对：11高频 第6章 振幅调制、解调及混频 单差分对：1）线性通道uB中加调制信号，非线性通道uA中加载波信号，得普通调幅信号AM2）线性通道uB中加载波信号，非线性通道uA中加调制信号，得双边带调幅信号DSB强调一：针对单差分对：12高频 第6章 振幅调制、解调及混频1）调制信号加一直流输入一通道，另一通道加载波信号，得普通调幅信号AM，不用滤波，直接产生。如下图2）调制信号与加载波信号先相乘，得双边带调幅信号DSB，再加上载波得普通AM波。如下图3）调制信号加一通道，另一通道加载波信号，得双边带调幅信号DSB，不用滤波，直接产生。可不分线性还是非线性通道.强调二：用模拟乘法器得AM波框图：双差分对和模拟乘法器：双差分对和模拟乘法器：针对双差分对：13高频 第6章 振幅调制、解调及混频第一节第一节 振幅调制振幅调制lDSB调制电路（调制电路（P184）二极管双平衡调制电路 14高频 第6章 振幅调制、解调及混频第一节第一节 振幅调制振幅调制 DSB差分对调制器差分对调制器 1）单差分对电路）单差分对电路 在单差分电路中，将载波电压 加到线性通道(控制恒流源的管)，即 ，调制信号 加到非线性通道(差分管)，即 ，可以得到DSB信号。连接到第五章单差分对电路连接到第五章单差分对电路 2）双差分对电路）双差分对电路 单差分调制器虽然可以得到DSB信号，具有相乘器功能，但它并不是一个理想乘法器。采用双差分调制器，可以近似为一理想乘法器。单差分对：双差分对和模拟乘法器：双差分对和模拟乘法器：15高频 第6章 振幅调制、解调及混频第一节第一节 振幅调制振幅调制lSSB调制电路（调制电路（P187）1、滤波法、滤波法 2、移相法、移相法 滤波器16高频 第6章 振幅调制、解调及混频滤波法难点：滤波法难点：滤波器很难实现过渡带：过渡带：有用带和无用带之间的频率间隔相对带宽f/fo较小时，滤波器很难实现；f/fo较大时，较易实现。实际工程的解决办法：逐级滤波法逐级滤波法：滤波法实现通常不是直接在工作频率上调制和滤波，而是先在低于工作频率的某一固定频率上进行，然后经几次混频放大，将SSB信号搬移到工作频率上。P229习题6-25移相法难点：移相法难点：移相器很难实现对调制信号整个范围准确移相900，这样的移相器很难做。17高频 第6章 振幅调制、解调及混频第二节第二节 调幅信号的解调调幅信号的解调（P190）从高频已调调幅信号中恢复出调制信号的过程称为解调解调，又称为检波检波。波形上看，振幅调制信号的幅度变化信息取下来；从频谱上看，从高频端移到低频端。l振幅解调方法可分为包络检波包络检波和同步检波同步检波两大类。l包络检波包络检波只适合对AM波的解调；l同步检波同步检波主要针对DSB、SSB信号的解调，也可对AM波进行解调。18高频 第6章 振幅调制、解调及混频通断通断l二极管峰值包络检波器原理电路与工作分析原理电路二极管导通二极管截止检 波 器 稳 态 时 的 电 流 电 压 波 形 加 入 等 幅 波 时 检 波 器 的 工 作 过 程 19高频 第6章 振幅调制、解调及混频l二极管包络检波器输入AM信号时检波器的输出波形：20高频 第6章 振幅调制、解调及混频能量守恒简单推出Um2/2Ri=uo2/R载波功率=输出直流功率此时假设Kd=121高频 第6章 振幅调制、解调及混频第二节第二节 调幅信号的解调调幅信号的解调l检波器的失真 惰性失真惰性失真 不失真条件：底部切削失真底部切削失真 不失真条件：22高频 第6章 振幅调制、解调及混频产生隋性失真的原因：产生隋性失真的原因：P197，图6-42，=RC，放电时间常数太大，放电太慢引起。解决措施：解决措施：任何一个高频周期内，使电容C通过R放电速度大于或等于包络的下降速度。（即每个高频周期内，二极管必须导通一次。）产生负峰切割失真的原因：产生负峰切割失真的原因：P198，图6-43，取调制信号时，加隔直电容，电路的交直流电阻不同，交直流电阻差值大时，产生切割失真。要避免失真，应满足在电阻R上的压降（直流电压）：不产生底部切削失真底部切削失真的条件：23高频 第6章 振幅调制、解调及混频检波器设计及元器件参数的选择原则：P186解决措施：解决措施：1）mRg/(Rg+R)=R交流/R直流。2）P198，图6-44（a)把R分成R1和R2，R=R1+R2，R交流=R1+(R2并联Rg)，R直流=R1+R2R交直流较接近，不易产生切割失真。3）P198，图6-44（b)，检波器与低放级之间插入高输入阻抗的射极跟随器。R直=RR交=R并联（rbe+(1+)Rg)R4）防惰性失真 5）防底部切削失真 1)回路有载QL值要大，QL 1，从选择性、通频带的要求考虑；2）RC/TC1，TC为载波周期，保证输出高频波纹不；3）mrD，R1+R2大于等于2Ri，R1/R2的比值一般选在0.10.2范围。电容C不能太大，以防止隋性失真；C太小又会使高频纹波大，应使RC/TC1，近似认为C=C1+C2，通常，取C1=C2。25高频 第6章 振幅调制、解调及混频信号源、检波管、负载电阻并联P19926高频 第6章 振幅调制、解调及混频小信号检波器（小信号检波器（P200）输入信号振幅在几毫伏至几十毫伏范围内的检波。二极管伏安特性可用二次幂级数表示。Kd=a2RUm2/2 Ri=rD式（6-71）解释:特点：小信号检波输出的平均电压与输入电压振幅的平方成正比，故将这种检波器称为平方律检波器。利用其检波电流与输入高频电压振幅平方成正比这一特性，可以作功率指示，在测量仪表及微波检测中广泛应用。缺点：此类型电路的Kd和Ri均较小，还有非线性失真27高频 第6章 振幅调制、解调及混频6.2.3 同步检波同步检波 乘积型乘积型 恢复载波与发射载波同频同相时(波形可不失真)：恢复载波与发射载频有一定的频差(波形失真)：恢复载波与发射载频有一定的相差(波形可不失真,幅度减小)：P20128高频 第6章 振幅调制、解调及混频叠加型叠加型 包检包检29高频 第6章 振幅调制、解调及混频同步检波电路的关键，是产生与uc同频同相的ur产生与产生与uc同频同相的同频同相的ur 的方法以下：的方法以下：AM波：波：限幅去除包络变化得urDSB波：波：平方得2，分频得urSSB波：波：发射小功率信号，叫导频，接收放大后作ur；或接收机中用高稳定度晶体振荡生产ur，但ur 难与uc同频同相，特别是同相，几乎不可能，但若同频不同相，相位差固定，检波幅度减小，可不失真。30高频 第6章 振幅调制、解调及混频第三节第三节 混混 频（频（P204）l 混频混频(变频)是一种频谱的线性搬移过程，它是使信号自某一个频率变换成另一个频率。完成这种功能的电路称为混混频器频器（或变频器），在频域上起着减（加）法器的作用。混频器31高频 第6章 振幅调制、解调及混频第三节第三节 混混 频频l混频器的工作原理 输入已调信号 本振电压 经带通滤波器取出中频电压为 混频器的组成框图非线性器件BPFBPF32高频 第6章 振幅调制、解调及混频第三节第三节 混混 频频l混频器的应用 1）超外差接收机中的关键部件 2）发射设备（如单边带通信机）3）频率合成（FS）4）频分多址（FDMA）信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统 33高频 第6章 振幅调制、解调及混频第三节第三节 混混 频频l混频器的主要性能指标 1）变频增益变频增益 变频电压增益变频功率增益 用分贝数表示变频增益 2）噪声系数噪声系数 或34高频 第6章 振幅调制、解调及混频l混频器的主要性能指标3）失真与干扰失真与干扰 4）变频压缩（抑制）变频压缩（抑制）失真有频率失真和非线性失真。各种非线性干扰包括组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等 输入信号增加到一定程度时，中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系 混频器输入、输出电平的关系曲线5）选择性选择性 混频器的中频输出应该只有所要接收的有用信号，就要求中频输出回路有良好的选择性。3dB3dB压缩电平输入电平/dB输出电平/dB35高频 第6章 振幅调制、解调及混频36高频 第6章 振幅调制、解调及混频第四节第四节 混频器的干扰（混频器的干扰（P216）l干扰：干扰：我们把除了有用信号外的所有信号统称为干扰。l l混频器存在下列干扰：混频器存在下列干扰：信号与本振的自身组合干扰（也叫干扰哨声）外来干扰与本振的组合干扰（也叫副波道干扰、寄生通 道干扰）外来干扰互相作用形成的互调干扰 外来干扰与信号形成的交叉调制干扰（交调干扰）阻塞、倒易混频干扰等等37高频 第6章 振幅调制、解调及混频6.4.1 信号与本振的自身组合干扰信号与本振的自身组合干扰 输入信号 和本振电压 ，则混频器产生的组合频率分量为：当有用中频为差频时，即 或 ，称为变频比。P217表6-1可查fLfc时的信号与本振的自身组合干扰变频比。特点特点：一部接收机，当中频频率确定后，则在其工作频率范围内，由信号及本振产生的上述组合干扰点是确定的。可能会形成干扰，则可得到：抑制方法抑制方法：1、正确选择中频数值。P217中频选择不合理例2、正确选择混频器的工作状态，减少组合频率分量。3、采用合理的电路形式。38高频 第6章 振幅调制、解调及混频6.4.2 外来干扰与本振的组合干扰外来干扰与本振的组合干扰 1.中频干扰中频干扰 如果干扰频率 满足 式中，由所接收的信号频率决定，用 代入上式，可得 p=0、q=1，即形成中频干扰。，就能形成干扰。抑制中频干扰的方法：抑制中频干扰的方法：1）提高前端电路的选择性 2）合理选择中频数值 3）加中频陷波电路 本振混频BPF39高频 第6章 振幅调制、解调及混频2.镜像干扰镜像干扰 抑制方法抑制方法：1）提高前端电路的选择性 2）提高中频频率 3）采用具有镜频抑制技术的先进的接收机结构 如图下混频：40高频 第6章 振幅调制、解调及混频3.组合副波道干扰组合副波道干扰 抑制组合副波道干扰的措施：抑制组合副波道干扰的措施：1）提高中频数值，提高前端电路的选择性 2）选择合适的混频电路及合适的工作状态41高频 第6章 振幅调制、解调及混频6.4.3 交叉调制干扰（交调干扰）交叉调制干扰（交调干扰）此干扰与本振无关，有用信号与干扰信号一起作用于混频器由混频器的非线性形成的干扰。现象：当接收有用信号时，可同时听到信号台和干扰台的声音，而信号频率与干扰频率间没有固定的关系，一旦有用信号消失，干扰台的声音也随之消失。即平时说的“串台”。42高频 第6章 振幅调制、解调及混频由非线性器件的 展开成泰勒级数，其四阶项为 。设 ，这里：代入四阶项，其中有 形成干扰。抑制交调干扰的措施：抑制交调干扰的措施：1）提高前端电路的选择性 2）选择合适的器件（如平方律器件）及合适的工作状态 P22043高频 第6章 振幅调制、解调及混频l互调干扰互调干扰同时作用于混频器的输入端，三个信号相互作用产生组合分量。会形成干扰。减小互调干扰的办法：减小互调干扰的办法：1)提高前端电路的选择性 2)选择合适的电路和工作状态 fJ1、fJ2都小于（或都大于）工作频率，且三者等距，就可能形成干扰。指两个或多个干扰电压同时作用在混频器的输入端，经混频器的非线性产生近似为中频的组合分量。现象：“杂音”44高频 第6章 振幅调制、解调及混频包络失真和阻塞干扰包络失真：包络失真：由于混频器的”非线性”，输出包络与输入包络不成正比。阻塞干扰：阻塞干扰：指当强的干扰信号与有用信号同时加入混频器时，强干扰会使混频器输出的有用信号的幅度减小，严重时，甚至小到无法接收，这种现象称阻塞干扰。信号过强时，也会产生振幅压缩现象，严重时也会阻塞干扰。减小的措施：减小的措施：能减小互调干扰的那些措施，都能改善包络失真和阻塞干扰。45高频 第6章 振幅调制、解调及混频l倒易混频倒易混频：本振频谱信号与干扰中频输出现象：现象：有强干扰信号进入混频器时，混频器输出端的噪声加大，信噪比降低。抑制措施抑制措施：1)提高前端电路的选择性 2)提高本振的频谱纯度 46