振幅调制解调与混频电路9511.pptx

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1、在模拟系统里,按照载波波形的不同,可分为脉冲调制和正弦波调制两种方式。脉冲调制是以高频矩形脉冲为载波,用低频调制信号分别去控制矩形脉冲的幅度、宽度或位置三个参量,分别称为脉幅调制(PAM),脉宽调制(PDM)和脉位调制(PPM)。第第2页页/共共163页页第1页/共163页正正弦弦波波调调制制是是以以高高频频正正弦弦波波为为载载波波,用用低低频频调调制制信信号号分分别别去去控控制制正正弦弦波波的的振振幅幅、频频率率或或相相位位三三个个参参量量,分分别别称称为为调调幅幅(AM)、调频调频(FM)和调相和调相(PM)。本书仅讨论正弦波调制。本书仅讨论正弦波调制。本本章章首首先先分分别别在在时时域域

2、和和频频域域讨讨论论振振幅幅调调制制与与解解调调的的基基本本原原理理,然然后后介介绍绍有有关关电电路路组组成成。由由于于混混频频电电路路、倍倍频频电电路路与与调调幅幅电电路路、振振幅幅解解调调电电路路(又又称称为为检检波波电电路路)同同属属于于线线性性频频率率变变换电路换电路,所以也放在这一章介绍。所以也放在这一章介绍。第第3页页/共共163页页第2页/共163页5.1 信号变换概述 在电子技术中，有时需要频率变换，例如调幅、检波、混频等。在频率变换，就是输出信号的频率与输入信号的频率不相同，而且满足一定的变换关系。进行频率变换必须利用非线性器件。非线性器件可采用二极管、三极管、场效应管、差分

3、对管及模拟乘法器。第第4页页/共共163页页第3页/共163页为什么要调制？为什么要调制？1.信号不调制进行发射天线太长，无法架设。2.信号不调制进行传播会相互干扰，无法接收。第第5页页/共共163页页第4页/共163页1.1.几个基本概念几个基本概念 载波：高频振荡波 载频：载波的频率 调制：将低频信号“装载”在载波上的过程。即用低频信号去控制高频振荡波的某个参数，使高频信号具有低频信号的特征的过程。第第6页页/共共163页页第5页/共163页 已调波：经调制后的高频振荡波。解调：从已调信号中取出原来的信息。调制信号：低频信号（需传送的信息）。第第7页页/共共163页页第6页/共163页2

4、2、调制的方式、调制的方式 模拟调制有以正弦波为载波的幅度调制和角度调制。幅度调制，调制后的信号频谱和基带信号频谱之间保持线性平移关系，称为线性幅度调制。（振幅调制、解调、混频）第第8页页/共共163页页第7页/共163页角度调制中，频谱搬移时没有线性对应关系，称为非线性角度调制。（频率调制与解调电路）第第9页页/共共163页页第8页/共163页3.3.调幅波的几种调制方式调幅波的几种调制方式普通调幅（AM）：含载频、上、下边带双边带调幅（DSB）：不含载频单边带调幅（SSB）：只含一个边带残留单边带调幅（VSB）：含载频、一个边带第第10页页/共共163页页第9页/共163页一、普通调幅（A

5、M）什么是调幅？载波的振幅值随调制信号的大小作线性变化，称为振幅调制，简称调幅（AM）5.2 振幅调制与解调原理第第11页页/共共163页页第10页/共163页 1.普通调幅信号的表达式、波形、频谱和功率谱普通调幅信号的表达式、波形、频谱和功率谱 5.2.1普通调幅方式普通调幅方式 普普通通调调幅幅方方式式是是用用低低频频调调制制信信号号去去控控制制高高频频正正弦弦波波(载载波波)的的振振幅幅,使使其其随随调调制制信信号号波波形形的的变变化化而而呈呈线线性变化。性变化。第第12页页/共共163页页第11页/共163页设载波信号为 uc(t)=Ucmcosct,调制信号为单频信号，即u(t)=U

6、mcost,因为调幅波的振幅和调制信号成正比所以普通调幅信号为:uAM(t)=(Ucm+kUm cos t)cosct =Ucm(1+Macost)cosct (6.2.1)第第13页页/共共163页页第12页/共163页uAM(t)=(Ucm+kUm cos t)cosct =Ucm(1+Macost)cosct 其中，Ma=kUm/Ucm 称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一般0Ma1。k为比例系数。第第14页页/共共163页页第13页/共163页第第15页页/共共163页页第14页/共163页 图图6.2.1(a)给给出出了了u(

7、t),u c(t)和和uAM(t)的的波波形形图图。从从图图中中并并结结合合式式(6.2.1)可可以以看看出出,普普通通调调幅幅信信号号的的振振幅幅由由直直流流分分量量Ucm和和交交流流分分量量kUm cost迭迭加加而而成成,其其中中交交流流分分量量与与调调制制信信号号成成正正比比,或或者者说说,普普通通调调幅幅信信号号的的包包络络(信信号号振振幅幅各各峰峰值值点点的的连连线线)完完全反映了调制信号的变化全反映了调制信号的变化。第第16页页/共共163页页第15页/共163页图62 实际调制信号的调幅波形第第17页页/共共163页页第16页/共163页 另外另外,还可得到调幅指数还可得到调幅

8、指数Ma的表达式的表达式:第第18页页/共共163页页第17页/共163页图61 AM调制过程中的信号波形第第19页页/共共163页页第18页/共163页显然,当M1时,普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同,产生了失真,称为过调制,如图6.2.2所示。所以,普通调幅要求Ma必须不大于1。第第20页页/共共163页页第19页/共163页 2)调幅波的频谱 由图可知,调幅波不是一个简单的正弦波形。在单一频率的正弦信号的调制情况下,将式（6.2.1）用三角公式展开,可得+第第21页页/共共163页页第20页/共163页式式(6.2.1)又可以写成又可以写成uAM(t)=Ucmcosct+cos(c

9、+)t+cos(c-)t 可可见见,uAM(t)的的频频谱谱包包括括了了三三个个频频率率分分量量：c(载载波波)、c+(上边频上边频)和和c-(下边频下边频)。原调制信号的频带宽度是。原调制信号的频带宽度是 或或（F=）,而而普普通通调调幅幅信信号号的的频频带带宽宽度度是是2(或或2F),是是原原调调制制信信号号的的两两倍倍。普普通通调调幅幅将将调调制制信信号号频频谱谱搬搬移移到到了了载载频的左右两旁频的左右两旁,如图如图6.2.1(b)所示。所示。第第22页页/共共163页页第21页/共163页单音调制时已调波的频谱 （a）调制信号频谱（b）载波信号频谱 （c）AM信号频谱第第23页页/共共

10、163页页第22页/共163页 图65 语音信号及已调信号频谱 （a）语音频谱（b）已调信号频谱 第第24页页/共共163页页第23页/共163页（2 2）多频调制）多频调制实际上的调制信号往往并不是单一频率的正弦周期实际上的调制信号往往并不是单一频率的正弦周期信号，而是包含若干频率分量的复杂信号。在多信号，而是包含若干频率分量的复杂信号。在多频调制时，如有若干个不同角频率频调制时，如有若干个不同角频率1 1、2 2、k k的信号被调制，其调制度分别为的信号被调制，其调制度分别为mma1a1、mma2a2、mmakak，则调幅波表达式为，则调幅波表达式为第第25页页/共共163页页第24页/共

11、163页 由式（由式（5-75-7）可以看到，）可以看到，u(t)u(t)的频谱结构中，除角频率为的频谱结构中，除角频率为 c c的载波频率（简称的载波频率（简称载频）分量外，还有一系列的高低边频分量，它们的振幅与调制信号中相应载频）分量外，还有一系列的高低边频分量，它们的振幅与调制信号中相应频谱分量的振幅成正比，也即是说，这些上下边频分量是将调制信号频谱不频谱分量的振幅成正比，也即是说，这些上下边频分量是将调制信号频谱不失真地搬移到失真地搬移到 c c两边而形成的两边而形成的第第26页页/共共163页页第25页/共163页第第27页页/共共163页页第26页/共163页多频调制信号的调幅波的

12、频谱宽度为多频调制信号的调幅波的频谱宽度为 由此可见，在多频调制时，一个调幅波实际上由此可见，在多频调制时，一个调幅波实际上是占有某个频率范围，这个频率范围称为频带。是占有某个频率范围，这个频率范围称为频带。总的频带宽度为最高调制频率的两倍，即总的频带宽度为最高调制频率的两倍，即BW=2FBW=2Fmaxmax。第第28页页/共共163页页第27页/共163页这是一个很重要的结论，在接收和发送调幅波这是一个很重要的结论，在接收和发送调幅波的通信设备中，所有的选频网络不仅要能够的通信设备中，所有的选频网络不仅要能够通过载频，而且还要能够通过上下边频成分。通过载频，而且还要能够通过上下边频成分。如

13、果选频网络的通频带太窄，将导致调幅波如果选频网络的通频带太窄，将导致调幅波失真。失真。第第29页页/共共163页页第28页/共163页 由由式式(6.2.3)还还可可以以看看到到,若若此此单单频频调调幅幅信信号号加加在在负负载载R上上,则则载频分量产生的平均功率为载频分量产生的平均功率为:Po=(6.2.4)两个边频分量产生的平均功率相同两个边频分量产生的平均功率相同,均为均为:PSB=调幅信号总平均功率为调幅信号总平均功率为:Pav=Po+2PSB=(6.2.6)第第30页页/共共163页页第29页/共163页 由由于于被被传传送送的的调调制制信信息息只只存存在在于于边边频频分分量量而而不不

14、在在载载频频分分量量中中,所所以以从从式式(6.2.6)可可知知,携携带带信信息息的的边边频频功功率率最最多多只只占占总总功功率率的的三三分分之之一一(因因为为Ma1)。在在实实际际系系统统中中,平平均均调调幅幅指指数数很很小小,所所以以边边频频功功率率占占的的比比例例更更小小,功功率率利利用用率率更更低低。调调幅幅波波中中至至少少有有2/3的的功功率率不不含含信信息息，从从有有效效地地利利用用发发射射机机功功率率来来看看，普普通通调幅波是很不经济的。调幅波是很不经济的。第第31页页/共共163页页第30页/共163页 为了提高功率利用率,可以只发送两个边频分量而不发送载频分量,或者进一步仅发

15、送其中一个边频分量,同样可以将调制信息包含在调幅信号中。这两种调幅方式分别称为抑制载波的双边带调幅(简称双边带调幅)和抑制载波的单边带调幅(简称单边带调幅)。第第32页页/共共163页页第31页/共163页1.某发射机输出级在负载某发射机输出级在负载RL=100上的输出信号为上的输出信号为求总的输出功率、载波功率和边频功率。求总的输出功率、载波功率和边频功率。第第33页页/共共163页页第32页/共163页2.已知载波：vo(t)=12cos2107t V，用调制信号v(t)=3cos2103t V对其调幅，设负载电阻试写出该调幅波的数学表达式，信号占有频带？该调幅波的总功率和边频功率各为多少

16、？第第34页页/共共163页页第33页/共163页 1 双边带调幅信号的特点双边带调幅信号的特点 设载波为设载波为uc(t)=Ucmcosct,单频调制信号为单频调制信号为u(t)=Um cost (0时，二极管导通，信源ui通过二极管对电容C充电，充电的时常数约等于RDC。由于二极管导通电阻RD很小，因此电容上的电压迅速达到信源电压ui的幅值。当uD0时，二极管又导通，电容又被充电到us的幅值；当再次现出uDRd时，时，0，cos1。即检波效率。即检波效率Kd接接近于近于1，这是包络检波的主要优点。，这是包络检波的主要优点。第第95页页/共共163页页第94页/共163页2)等效输入电阻等效

17、输入电阻RidVim-输入高频电压的振幅输入高频电压的振幅Iim-输入高频电流的基波振幅输入高频电流的基波振幅 由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的回路的Q值降低，消耗一些高频功率。这是二值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。极管检波器的主要缺点。第第96页页/共共163页页第95页/共163页3)失真失真 惰性失真惰性失真惰性失真惰性失真 由于负载电阻由于负载电阻R与负载电容与负载电容C的时间常数的时间常数RC太大太大所引起的。这时电容所引起的。这时电容 的放电速度跟不上输入信号的放电速度跟不上输入信号（调幅波）包络下降的速度（调幅波

18、）包络下降的速度,从而产生失真。从而产生失真。第第97页页/共共163页页第96页/共163页 在在调调幅幅波波包包络络线线下下降降部部分分,若若电电容容放放电电速速度度过过慢慢,导导致致uouo的的下下降降速速率率比比包包络络线线的的下下降降速速率率慢慢,则则在在紧紧接接其其后后的的一一个个或或几几个个高高频频周周期期内内二二极极管管上上为为负负电电压压,二二极极管管不不能能导导通通,造造成成uouo波波形形与与包包络络线线的的失失真真。由由于于这这种种失失真真来来源源于于电电容容来来不不及及放放电电的的惰惰性性,故故称称为为惰性失真。惰性失真。第第98页页/共共163页页第97页/共163

19、页 要避免惰性失真,就要保证电容电压的减小速率在任何一个高频周期内都要大于或等于包络线的下降速率。第第99页页/共共163页页第98页/共163页 为了防止惰性失真，只要适当选择为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，使检的数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。也就是要求也就是要求 或写成或写成 在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5 计算。计算。第第100页页/共共163页页第99页/共163页 负峰切割失真：检波器与下级电路级联工作时，往往下级只取用检波器输出的交流电压，因此在检波器的输出端串接隔直流电容CC，如图5.61所示。负峰

20、切割失真负峰切割失真(底部切割失真底部切割失真)第第101页页/共共163页页第100页/共163页 图5.61 二极管峰值包络检波器 第第102页页/共共163页页第101页/共163页 图5.62 负峰切割失真第第103页页/共共163页页第102页/共163页 这种情况一旦出现，在cost的负半周就会导致IDo0。在IDo0的范围内，二极管截止，负载网络两端的电压不可能跟随输入电压包络的变化，从而产生失真。这种失真由于出现在输出电压的负半周，所以叫负峰切割失真，也叫底部失真。不产生负峰切割失真的条件是：也就是(5.616)第第104页页/共共163页页第103页/共163页 其其中中R指

21、指RL与与R的的并并联联值值,即即检检波波器器的的交交流流负负载载。由由上上式式可可以以看看出出,交交流流负负载载R与与直直流流负负载载R越越接接近近,可可允允许许的的调调幅幅指指数数越越大大。在在实实际际电电路路中中,有有两两种种措措施施可可减减小小交交直直流流负负载载之之间间的的差差别别。一一是是在在检检波波器器与与下下一一级级电电路路之之间间插插入入一一级级射射随随器器,即即增增大大RL的的值值。二二是是采采用用图图6.4.5所所示示的的改改进进电电路路,将将检检波波器器直直流流负负载载R分分成成R1和和R2两两部部分分。显显然然,在在直直流流负负载载不不变变的的情情况况下下,改改进进电

22、电路的交流负载路的交流负载 比原电路增大。比原电路增大。通常通常以免分压过大使输出到后级的信号减小过多。以免分压过大使输出到后级的信号减小过多。第第105页页/共共163页页第104页/共163页第第106页页/共共163页页第105页/共163页 4 参数设计参数设计 为为了了使使二二极极管管峰峰值值包包络络检检波波器器能能正正常常工工作作,避避免免失失真真,必必须须根根据据输输入入调调幅幅信信号号的的工工作作频频率率与与调调幅幅指指数数以以及及实实际际负负载载RL,正正确确选选择择二二极极管管和和R、C、Cc的的值值。例例6.3给给出出了了一一个个设设计计范范例例。例例 6.3已已知知普普

23、通通调调幅幅信信号号载载频频fc=465kHz,调调制制信信号号频频率率范范围围为为300 Hz3400 Hz,Ma=0.3,RL=10 k,如如何何确确定定图图6.4.5所所示示二二极极管峰值包络检波器有关元器件参数管峰值包络检波器有关元器件参数?解：解：一般可按以下步骤进行一般可按以下步骤进行:第第107页页/共共163页页第106页/共163页 1)检检波波二二极极管管通通常常选选正正向向电电阻阻小小(500 以以下下)、反反向向电电阻阻大大(500k以以上上)、结结电电容容小小的的点点接接触触型型锗锗二二极极管管,注注意意最最高高工工作频率应满足要求。作频率应满足要求。2)RC时时间间

24、常常数数应应同同时时满满足足以以下下两两个个条条件件:电电容容C对对载载频信号应近似短路频信号应近似短路,故应有故应有 ,通常取通常取 ;为避免惰性失真为避免惰性失真,应有应有RC 。代入已知条件。代入已知条件,可得可得(1734)10-6RC0.1510-3 第第108页页/共共163页页第107页/共163页 3)设设 =0.2,则则R1=,R2=。为为避避免免底底部部切切割割失失真真,应应有有Ma ,其其中中R=R1+。代代入入已已知知条条件件,可可得得R63 k。因因为为检检波波器器的的输输入入电电阻阻Ri不不应应太太小小,而而Ri=,所所以以R不不能能太太小小。取取R=6k,另另取取

25、C=0.01 F,这这样样,RC=0.0610-3,满满足足上上一一步步对对时时间间常常数数的的要要求求。因因此此,R1=1k,R2=5k。4)Cc的的取取值值应应使使低低频频调调制制信信号号能能有有效效地地耦耦合合到到RL上上,即即满足满足:或第第109页页/共共163页页第108页/共163页 取取 Cc=47F 在在集集成成电电路路里里常常采采用用由由三三极极管管包包络络检检波波器器组组成成的的差差分分电电路路,如如图图6.4.6所所示示。其其工工作作原原理理与与二二极极管管峰峰值值包包络络检检波波器相似器相似,读者可自行分析读者可自行分析,注意它的输入电阻很大。注意它的输入电阻很大。第

26、第110页页/共共163页页第109页/共163页第第111页页/共共163页页第110页/共163页(4)(4)同步检波同步检波 同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相(或固定相位差)的信号,称为同步信号。它可以解调AM，DSB，SSB信号。分为乘积型同步检波器和叠加型同步检波器。乘积型同步检波可由乘法器和低通滤波器实现,其原理见图6.2.6。第第112页页/共共163页页第111页/共163页1.乘积型同步检波器乘积型同步检波器第第113页页/共共163页页第112页/共163页(1)工作原理工作原理双边带调制信号同步信号显然，只有当显然，只有当 r=r=c c，=0=0时，经低通滤波器

27、滤除时，经低通滤波器滤除2 2 c c附近的频率分量之后，就附近的频率分量之后，就得到了频率为得到了频率为 的低频输出信号的低频输出信号uu。第第114页页/共共163页页第113页/共163页当当 r-r-c=c=c c，=0=0时，若时，若 c c在低通滤波器频带之内，则有在低通滤波器频带之内，则有显然，若恢复载波与发射载波的频率不同时，即存在频差，会引起振幅失真。显然，若恢复载波与发射载波的频率不同时，即存在频差，会引起振幅失真。当当 r-r-c=0c=0但但00时，即存在一定的相差，则时，即存在一定的相差，则低频信号的振幅正比于低频信号的振幅正比于coscos，当，当=(t)=(t)时

28、，恢复时解调信号将产生振幅失真。时，恢复时解调信号将产生振幅失真。第第115页页/共共163页页第114页/共163页2.叠加型同步检波电路叠加型同步检波电路采用包络检波器构成同步检波采用包络检波器构成同步检波电路，它的实现模型如图所示。电路，它的实现模型如图所示。同步检波实现模型同步检波实现模型其原理电路见右其原理电路见右同步检波原理电路同步检波原理电路设输入信号为抑制载波的双边带设输入信号为抑制载波的双边带本地载波信号本地载波信号则它们的合成信号则它们的合成信号故当故当时时因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。第第116页页/共共163页页

29、第115页/共163页实际应用电路常采用平衡调制器构成同步检波电路。实际应用电路常采用平衡调制器构成同步检波电路。D1D2CCRLRLv01(t)vsv02(t)vr(t)Vs(t)Vs(t)+V0 平衡滤波检波器平衡滤波检波器如图如图第第117页页/共共163页页第116页/共163页4.5.1 概述 混频(或变频)是将信号的频率由一个数值变换成另一个数值的过程。完成这种功能的电路叫混频器(或变频器)。如广播收音机，中波段信号载波的频率为535kHz1.6MHz，接收机中本地振荡的频率相应为12.065MHz，在混频器中这两个信号的频率相减，输出信号的频率等于中频频率465kHz。4.5 混

30、 频 第第118页页/共共163页页第117页/共163页图6.1 混频器功能图第第119页页/共共163页页第118页/共163页 图6.1(a)画出了混频器输入、输出信号的时域波形。经过混频，信号的载频由高频变成中频，但包络的形状不变。图6.1(b)画出了输入与输出信号的频谱。经过混频，载波频率由高频fs变成中频fi，频谱结构没有变化。所以混频是线性频率变换，也是频谱搬移。第第120页页/共共163页页第119页/共163页 虽虽然然混混频频电电路路与与调调幅幅电电路路、检检波波电电路路同同属属于于线线性性频频率率变变换电路换电路,但它却有两个明显不同的特点但它却有两个明显不同的特点:混混

31、频频电电路路的的输输入入输输出出均均为为高高频频已已调调波波信信号号。由由前前几几节节的的讨讨论论可可知知,调调幅幅电电路路是是将将低低频频调调制制信信号号搬搬移移到到高高频频段段,检检波波电电路路是是将将高高频频已已调调波波信信号号搬搬移移到到低低频频段段,而而混混频频电电路路则则是是将将已已调波信号从一个高频段搬移到另一个高频段。调波信号从一个高频段搬移到另一个高频段。混混频频电电路路通通常常位位于于接接收收机机前前端端,不不但但输输入入已已调调波波信信号号很很小小,而而且且若若外外来来高高频频干干扰扰信信号号能能够够通通过过混混频频电电路路之之前前的的选选频频网网络络,则则也也可可能能进

32、进入入混混频频电电路路。选选频频网网络络的的中中心心频频率率通通常常是是输输入入已调波信号的载频。已调波信号的载频。第第121页页/共共163页页第120页/共163页 混混频频电电路路中中的的非非线线性性器器件件对对于于实实现现频频谱谱搬搬移移这这一一功功能能是是必必不不可可少少的的。但但是是另另一一方方面面,其其非非线线性性特特性性不不但但会会产产生生许许多多无无用用的的组组合合频频率率分分量量,给给接接收收机机带带来来干干扰扰,而而且且会会使使中中频频分分量量的的振振幅幅受受到到干干扰扰,这这些些干干扰扰统统称称为为混混频频干干扰扰。它它们们都都会会使使有有用用信信号号产产生生失失真真。

33、由由于于以以上上两两个个特特点点,混混频频电电路路的的干干扰扰来来源源比比其其它它非非线线性性电电路路要要多多一一些些。分分析析这这些些干干扰扰产产生生的的具具体体原原因因,提提出出减减小小或或避避免免干干扰扰的的措措施施,是是混混频频电电路路讨讨论论中中的的一一个个关关键问题。键问题。第第122页页/共共163页页第121页/共163页如图6.2所示,信号相乘电路的输入一个是外来的已调波us，另一个是由本地振荡器产生的振幅较大的正弦波u1。us与u1相乘产生和、差频信号，再经过带通滤波器取出差频(或和频)信号ui。混频器电路是由信号相乘电路，本地振荡器和带通滤波器组成.图图6.2 混频电路的

34、组成框图混频电路的组成框图 第第123页页/共共163页页第122页/共163页 1.混频增益KPc 所谓混频增益KPc是指混频器输出的中频信号功率Pi与输入信号功率Ps之比。(6.11)用分贝表示为用分贝表示为(6.12)一、混频电路的主要性能指标一、混频电路的主要性能指标 混频增益的高低与混频电路的形式有关，增益越大，接收机灵敏度越高，但增益太大将使混频干扰增大。第第124页页/共共163页页第123页/共163页 混频增益的高低与混频电路的形式有关。二极管混频电路的混频增益KPc1；三极管、场效应管和模拟乘法器构成的混频电路，混频增益可以大于1。输入信号功率与输入噪声功率之比 输出信号功

35、率与输出噪声功率之比 已知噪声系数的定义为2.噪声系数NF第第125页页/共共163页页第124页/共163页 由于电路内部噪声的存在。输出信噪比总是小于输入信噪比，所以噪声系数NF始终大于1。NF越大，说明电路的内部噪声越大；NF越小，说明电路内部噪声越小，电路的噪声性能越好。理想情况，电路内部无噪声，NF=1。混频器由于处于接收机电路的前端，对整机噪声性能的影响很大，所以减小混频器的噪声系数是至关重要的。第第126页页/共共163页页第125页/共163页 3.混频失真与干扰 混频器的失真有频率失真和非线性失真。此外，由于器件的非线性还存在着组合频率干扰。这些组合频率干扰往往是伴随有用信号

36、而存在的，严重地影响混频器的正常工作。因此，如何减小失真与干扰是混频器研究中的一个重要问题。第第127页页/共共163页页第126页/共163页 设输入到混频器中的输入已调信号us和本振电压uL分别为 us=Uscostcosct uL=ULcosLt 这两个信号的乘积为(685)(686)cosct 5.5.2混频器的工作原理第第128页页/共共163页页第127页/共163页第第129页页/共共163页页第128页/共163页5.5.3 混频电路 1晶体三极管混频器 图656 晶体三极管混频器原理电路 第第130页页/共共163页页第129页/共163页(693)经集电极谐振回路滤波后,得

37、到中频电流iI (694)第第131页页/共共163页页第130页/共163页 5.6 混频干扰混频干扰 混混频频电电路路的的输输入入除除了了载载频频为为fc的的已已调调波波信信号号us和和频频率率为为fL的的本本振振信信号号uL之之外外,还还可可能能有有从从天天线线进进来来的的外外来来干干扰扰信信号号。外外来来干干扰扰信信号号包包括括其其它它发发射射机机发发出出的已调波信号和各种噪声。的已调波信号和各种噪声。假假定定有有两两个个外外来来干干扰扰信信号号un1和和un2,设设其其频频率率分分别别为为fn1和和fn2。us、uL和和un1、un2以以下下分分别别简简称称为为信信号号、本振和外来干

38、扰。本振和外来干扰。第第132页页/共共163页页第131页/共163页晶体管输出的所有组合频率分量为晶体管输出的所有组合频率分量为:f=|pfLqfcrfn1sfn2|,p、q、r、s=0,1,2,在在这这些些组组合合频频率率分分量量中中,只只有有p=q=1,r=s=0对对应应的的频频率率分分量量fI=fL-fc才才是是有有用用的的中中频频,其其余余均均是是无无用用分分量量。若若其其中中某某些些无无用用组组合合频频率率分分量量刚刚好好位位于于中中频频附附近近,能能够够顺顺利利通通过过混混频频器器内内中中心心频频率率为为fI的的带带通通滤滤波波器器,就就可可以以经经中中放放、检检波波后后对对有

39、有用用解解调调信信号进行干扰号进行干扰,产生失真。产生失真。第第133页页/共共163页页第132页/共163页1.信号和本振产生的信号和本振产生的组合频率干扰组合频率干扰 先不考虑外来干扰的影响，信号本生的谐波分量不容忽略，若信号和本振产生的组合频率分量满足|pfLqfc|=fI (6.5.2)则此组合频率分量能够产生干扰。例如,当fc=931 kHz,fL=1396 kHz,fI=465kHz时对应于p=1,q=2的组合频率分量为:|2931-1396|=466(kHz)=465(kHz)+1(kHz)第第134页页/共共163页页第133页/共163页 466 kHz的的无无用用频频率率

40、分分量量在在通通过过中中放放后后,与与中中频频为为465 kHz的的调调幅幅信信号号一一起起进进入入检检波波器器中中的的非非线线性性器器件件,会会产产生生1kHz的的差差拍拍干干扰扰,经经扬扬声声器器输输出出后后类类似似于于哨哨声声,故故称称这这种种干干扰扰为为干干扰扰哨声哨声。表现：在输出中出现哨声。表现：在输出中出现哨声。第第135页页/共共163页页第134页/共163页1.信号与本振的组合频率干扰 信号与本振的组合频率fpq=pfLqfs,p和 q均 为 正 整 数 或 零。中 频fI=fL-fs，若中频回路的带宽等于2f，那么，凡是满足以下两种情况的组合频率分量都会形成干扰。pfL-

41、qfS=fIfqfS-pfL=fIf 由此可导出满足这两种情况的信号频率。将fL=fS+fI关系代入得 第第136页页/共共163页页第135页/共163页 通常ffi，上式可近似表示成(6.31)或(6.32)第第137页页/共共163页页第136页/共163页 这种干扰是由于外来干扰信号与本振组合形成的。正常情况下，收听电台与本振混频得到中频fi=fL-fs，这个通道叫主波道或主通道。外来的干扰与本振组合形成中频的通道叫副波道或寄生通道。当混频器的输入端存在着有用信号us=Usmcosst的同时也窜入了干扰信号uM=UMcosMt，那么除了有用信号与本振差拍得到中频，有用信号与本振组合形成

42、失真与干扰(这种干扰前面作了分析)外，外来干扰与本振组合也会形成组合频率干扰，下面所研究的就是这种干扰。2.寄生通道干扰（副波道干扰）第第138页页/共共163页页第137页/共163页 外来干扰与本振的组合频率为 由此导出干扰频率由此导出干扰频率fM与本振频率与本振频率f1、中频频率、中频频率fi的关系的关系(6.33)满满足足(6.33)式式的的频频率率都都会会形形成成干干扰扰。称称这这些些频频率率通通道道为为寄寄生生通通道道，通通过过这这些些通通道道形形成成的的干干扰扰叫叫副副波波道道干扰。干扰。组合干扰的阶数越低，影响越大。组合干扰的阶数越低，影响越大。第第139页页/共共163页页第

43、138页/共163页 当当p=0,q=1时时,fM=fI,即即外外来来干干扰扰频频率率与与中中频频相相同同。例例如如中中频频为为465kHz,则则同同样样频频率率的的外外来来干干扰扰即即为为中中频频干干扰扰的的来来源。源。1)中频干扰已知：已知：第第140页页/共共163页页第139页/共163页当p=q=1时,fM=fL+fI。因为fc=fL-fI,所以fM与fc在频率轴上对称分列于fL的两旁,互为镜像,故称fM为镜像频率(简称镜频)。2)镜频干扰此时有此时有fM=fL+fI=fc+2fI已知：已知：第第141页页/共共163页页第140页/共163页 例如fI=465 kHz,fc=1MH

44、z,则镜频1930kHz。若外来干扰中含有1930kHz的镜频,就会产生镜频干扰。如接收电台的频率是550kHz，中频等于465kHz，镜像干扰频率fM=1480kHz，它比本振频率高一个中频。第第142页页/共共163页页第141页/共163页图6.22 镜像干扰 第第143页页/共共163页页第142页/共163页 3.交叉调制干扰和互调干扰 1.交叉调制干扰 当混频器的输入端同时存在有用的信号us=Usm0(1+mscosst)cosst=Usmcosst和干扰信号uM=Um0(1+mMcosMt)cosMt=UmcosMt时，由于非线性特性的4阶项产生的乘积项12a4u2MusuL乘积

45、中包含有中频信号，其幅值等于3a4U2MUsmUim，正比于干扰信号幅度UM的平方。则此中频分量就会如同一个干扰迭加在有用中频分量上。通常称这种干扰为交叉调制干扰(简称交调干扰)。第第144页页/共共163页页第143页/共163页图6.24 交叉调制干扰 第第145页页/共共163页页第144页/共163页 交调干扰有两个特点交调干扰有两个特点:一、当信号消失一、当信号消失,即即us=0,则它也消失；则它也消失；二二、能能否否产产生生交交调调干干扰扰与与外外来来干干扰扰的的频频率率无无关关,只只取取决决于于此此外外来来干干扰扰能能否否顺顺利利通通过过混混频频电电路路之之前前的的选选频频网网络

46、。络。显显然然,能能产产生生交交调调干干扰扰和和互互调调干干扰扰的的外外来来干干扰扰频频率率都靠近信号载频。都靠近信号载频。第第146页页/共共163页页第145页/共163页 互调干扰是有两个或多个干扰电台信号作用于混频器的输入端，在混频器中组合而形成的干扰。如混频器输入端除有用信号电压us、本振电压uL外，还存在两个干扰电压uM1和uM2，它们的频率分别为fM1和fM2。3.互相调制干扰(简称互调干扰)第第147页页/共共163页页第146页/共163页 若若两两个个外外来来干干扰扰能能够够进进入入混混频频电电路路,并并且且和和本本振振共同产生的组合频率分量满足共同产生的组合频率分量满足|

47、fLrfM1sfM2|=fI (6.5.4)则则也也会会产产生生干干扰扰作作用用,通通常常称称为为互互相相调调制制干干扰扰(简简称称互互调调干干扰扰)。其其中中r=1,s=2和和r=2,s=1 两两个个组组合合频频率率分量影响最大分量影响最大,由于由于r+s=3,故称为三阶互调干扰。故称为三阶互调干扰。互调干扰的表现为：输出杂乱无章的声音，而与信互调干扰的表现为：输出杂乱无章的声音，而与信号电台是否工作无关。号电台是否工作无关。第第148页页/共共163页页第147页/共163页5 减小或避免混频干扰的措施减小或避免混频干扰的措施 从从以以上上分分析析可可知知,产产生生混混频频干干扰扰的的根根

48、本本原原因因是是器器件件的的非非线线性性特特性性。混混频频干干扰扰又又可可分分成成两两类类,一一类类是是由由于于非非线线性性特特性性产产生生了了众众多多无无用用组组合合频频率率分分量量而而引引起起的的,另另一一类类是是由由于于非非线线性性特特性性产产生生了了一一些些受受外外来来干干扰扰控控制制或或与与调调制制信信号号不不成成线线性性关关系系的的有有用用频频率率分分量量而而引引起起的的。针针对对混混频频干干扰扰产产生生的的具具体体原原因因,可可以以采采取取以下三个方面的措施来减小或避免。以下三个方面的措施来减小或避免。第第149页页/共共163页页第148页/共163页(1)选择合适的中频。如果

49、将中频选在接收信号频段之外,可以避免中频干扰和最强的干扰哨声。比如对于535kHz1605kHz的中波波段,中频选为465kHz,则产生中频干扰的465 kHz外来干扰无法通过混频电路之前的选频网络。第第150页页/共共163页页第149页/共163页 (2)提提高高混混频频电电路路之之前前选选频频网网络络的的选选择择性性,减减少少进进入入混混频频电电路路的的外外来来干干扰扰,这这样样可可减减小小交交调调干干扰扰和和互互调调干扰。干扰。(3)采采用用具具有有平平方方律律特特性性的的场场效效应应管管、模模拟拟乘乘法法器器或或利利用用平平衡衡抵抵消消原原理理组组成成的的平平衡衡混混频频电电路路或或

50、环环形形混混频频电电路路,可可以以大大大大减减少少无无用用组组合合频频率率分分量量的的数数目目,尤尤其其是是靠靠近近有有用用频频谱谱的的无无用用组组合合频频率率分分量量,从从而而降降低低了了各各种组合频率干扰产生的可能性。种组合频率干扰产生的可能性。第第151页页/共共163页页第150页/共163页5.6 章末小结 (1)四四种种调调幅幅方方式式(普普通通调调幅幅、双双边边带带调调幅幅、单单边边带带调调幅幅和和残残留留边边带带调调幅幅)对对于于相相同同调调制制信信号号产产生生的的已已调调波波信信号号的的时时域域波波形形不不一一样样,频频谱谱不不一一样样,带带宽宽不不完完全全一一样样,调调制制