高频电子线路-第5章(1)

载波uc
已调波uAM
振荡器
倍频
高频 放大器
调制
话筒
调制信号 放大器 调制信号 uΩ
无线电通信发射机的组成框图
5.1.1 普通调幅波
所谓调制，就是使幅度、频率、或相位随调制信号 的大小而线性变化的过程。分别称为振幅调制、频率调 制或相位调制，简称调幅、调频和调相。
解调是调制的相反过程，即从已调波信号中恢复原 调制信号的过程。与调幅、调频和调相相对应，有振幅 解调、频率解调和相位解调，简称检波、鉴频和鉴相。
+
M aU cm 2
cos(ωc
- Ω)t
DSB波的波形与频谱：
5.1.3 单边带调幅信号（SSB）
双边带调制波的上下边带包含的信息相同，两个边 带发射是多余的，为节省频带，提高系统的功率和频带 的利用率，常采用单边带调制系统。
SSB的数学表达式
uSSB
MaUcm 2
cos(ωc
Ω)t
上边带
或
MaUcm 2
1.AM调幅波的数学表达式
正弦波一般可表示为： u(t) = Umcos(ωt + )
设：单音调制信号 uΩ UΩm cos t 载波 uc = Ucmcosωct ωc >> Ω
调幅信号（已调波）uAM = Um (t)cosωct
包络函数
包络函数
Um (t ) = Ucm + kf uΩ (t )
}相乘器
SSB、FM波） 集成模拟调制器
5.2.1 非线性电路的线性时变分析法
若一个非线性电路有两个不同频率的交流信号同时输入，如
果其中一个交流信号的振幅远远小于另一个交流信号的振幅时，
可以采用下面介绍的线性时变分析法来分析该电路的输出频谱
分量。
设 一 个 非 线 性 器 件 的 伏 安 特 性 为 i=f(u) ， 器 件 上 的 电 压
(2) 二极管环形调幅器
v1=vc＝Vcmcosωct v2=vΩ＝VΩmcosΩt
Vcm>>VΩm，Vcm>>VD(on)
i
iI
- iII
2vΩ K 2 (ωct ) RD 2RL
i 经过LC带通滤波器中心频率ωc，BW3dB=2Ω， 得输出vo为不失真的vDSB 。
二极管环形调幅器的电流波形
MaUcm / 2
MaUcm / 2
0Ω
ωc - Ω ωc ωc + Ω
ω
单音调幅波频谱宽度等于调制信号频率F 的二倍即
2
BWAM 2F
2) 多音调幅波的频谱
频谱宽度是最高频率Fmax
Ωmax 2π
的二倍即：
BWAM = 2Fmax
4. AM调幅波的功率分配
电
压
振
幅
VΩm
调幅波的频谱图
Vc m
vC(t)
0
t
(a) vo(t)
0
t
(b)
3.主要性能指标
（1） 电压传输系数 d
设输入为高频等幅波vs = Vsmcosωct
= arccos VAV
Vsm
d
=
U AV U sm
cos
Imax = (Vsm -VAV )gD
=
gDVsm
(1
-
VAV Vsm
)
= gDVsm (1 - cos )
用傅氏级数对i进行分解，其中直流分量为
IAV = Imax0 ( )
0
(
)
=
sin -cos π(1 - cos)
I AV
=
Imaxα0 ( )
=
gDVsm (sin
π
-cos )
负载RL上得到的平均电压：
VAV
=
IAV RL
=
gDRLVsm (sin
π
-cos )
VAV = gD RL (sin -cos ) = cos
● 检波器功能： 实现频谱线性搬移。
● 检波器分类
5.3.1 振幅检波的基本原理
检波器的输入、输出波形
5.3.2 二极管包络检波电路
1.电路组成
vS、D、C RL三者是 串联关系。
电路工作在大信号状态，
输入信号在1V左右。
条件：
1 ωcC
RL
1 ΩC RL
理想情况下：Z(ωc)=0， Z(Ω)=RL
M aVcm /2
M aVcm /2
0
Ω
ωc - Ω ωc ωc + Ω
ω
uAM = Ucm (1 + MacosΩt )cosωct
=
Ucmcosωct
+
MaUcm 2
cos(ωc
+
Ω)t
+
MaUcm 2
cos(ωc
-
Ω)t
将单音调幅波电压加到电阻RL两端，得调幅波各频率
分量在RL上消耗的功率分别是：
2 π
sinω1t
2 3π
s in 3ω1t
➢ 单向反相正弦开关函数
K1 (ω1t
-π
)
1 2
2 π
sinω1t
2 3π
s in 3ω1t
➢ 双向正弦开关函数
K2 (ω1t)
4 π
sinω1t
4 3π
s in 3ω1t
5.2.2 低电平调幅电路
1. 二极管电路 （1）二极管电路平衡相乘器
a) D1、D2为理想开关二极管 b) v1同相加到D1、D2上，
M aVcm Vcm
0 < Ma 1
Ma < 1 Ma = 1
过调幅失真
Ma > 1
Um (t ) = Ucm (1 + MacosΩt )
Ummax = Ucm (1 + Ma ) Ummin = Ucm (1 - Ma )
包络的振幅为：
Um
= Um max - Um min 2
= Ucm Ma
第5章 振幅调制、解调与混频电路
❖ 调制、解调与混频在通信电路起何作用？处于发射 机和接收机什么位置？
❖ 振幅调制、解调与混频电路的输入和输出信号频谱 有何特点？
❖ 振幅调制、解调与混频电路如何构成？有哪些类型？
❖ 如何分析振幅调制、解调与混频电路？有哪些性能 参数？如何计算？
5.1 振幅调制的基本原理
调制度
包络振幅
Ma 载波振幅
Um Ucm
3. AM调幅波的频谱及带宽
uAM = Ucm (1 + MacosΩt )cosωct
=
Ucmcosωct
+
M aU cm 2
cos(ωc
+
Ω)t
+
M aU cm 2
cos(ωc
-
Ω)t
载波分量
上边带分量
下边带分量
电 压 振 幅
UΩm
调幅波的频谱图
U cm
=
Ucmcosωct
+
MaUcm 2
cos(ωc
+
Ω)t
+
MaUcm 2
cos(ωc
-
Ω)t
5.1.2 双边带调幅信号（DSB）
在AM调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就可 形成双边带信号。
DSB波数学表达式：
uDSB = MaUcmcosΩtcosωct
=
M aU cm 2
cos(ωc
+ Ω)t
⑴ ⑵
载波功率 Po = 上下边带功率
1 U百度文库2m 2 RL
PSB = 2
(
1 2
M 2
aU RL
cm
)2
=
M
2 a
2
Po
uAM = Ucm (1 + MacosΩt )cosωct
=
Ucmcosωct
+
MaUcm 2
cos(ωc
+
Ω)t
+
MaUcm 2
cos(ωc
-
Ω)t
⑴
载波功率
Po
=
1 2
Uc2m RL
Q
1
2
Q
1
Q
1 2 2!
Q
12
1 +
f (n) (U
+ u )un + L
n!
Q
12
i = f (u) = f (U + u + u ) = f (U + u ) + f'(U + u )u + 1 f"(U + u )u2 + L
Q
1
2
Q
1
Q
1 2 2!
Q
12
1 +
f (n) (U
+ u )un + L
cos(ωc
Ω)t
下边带
SSB的波形图与频谱图
5.2 振幅调制电路
调幅过程是把调制信号的频谱从低频搬移到载频的两
侧，搬移过程中，频谱的结构不发生变化，属于频谱的
线性搬移。
{ {{ 调制方法分类
高电平调制
基极调制
（主要用于AM波） 集电极调制
低电平调制
二极管调制器
（用于AM、DSB、 晶体管调制器
实际是一低通电路
为什么要满足 这两个条件？
2. 工作原理
大信号的检波过程， 主要是利用二极管的单 向导电特性和检波负载 RC的充放电过程。
输出端电压 vAV = VAV + vav 二极管上电压 vD = vs - vAV
由于二极管导通角很小，所以
VAV Vsm
输入为AM波时检波器的输出波形图
Vsm
π
两边同除cos 得 gDRL (tan - ) = 1
π
将其中tan 级数展开：tan = + 3 + 2 5 +L + 3
为什么 是2RL
i
=
iD1
- iD2
=
2v2 K1(ω1t ) RD + 2RL
v2 K1(ω1t ) RL
1 = RL V2mcos(ω2t )[
RL RD
➢ i 含频谱分量：ω2，ω1±ω2，3ω1±ω2 … …
怎相样2乘实？现12二1极1管平2 衡31相乘23器1 3输1出信2 号5的1频谱25图1 512
(3) 集成模拟相乘器调幅电路
5.2.3 高电平调幅电路
1.集电极调幅电路
要实现集电极调幅，应使放大器工作在过压区。
集电极调幅的波形
2. 基极调幅电路
要实现基极调幅，应使放大器工作在欠压区。
基极调幅的波形
5.3 振幅检波电路
➢ 检波：是从已调幅波中还原出原调制信号的过程。 它是振幅调制的逆过程。
n!
Q
12
忽略高次项，得到：
i=
f (U + u + u ) =
Q
1
2
f (U + u ) +
Q
1
f'(U + u )u
Q
12
I0
(t)
g (t )u 2
其中：
I0 (t) =
f (U + u ),
Q
1
g(t) f (U + u )
Q
1
I0 (t)与g(t) 分别称为电导和跨导。
开关函数
(1)单向正向余弦型 开关函数
❖ 在无线电通信系统中，将信号从发射端传输到接收 端时，信号的原始形式一般不适合传输，必须进行 调制和解调，所谓调制是将需要传送的信息装载到 某一高频振荡信号（载波）上去的过程。
❖ 在接收端收到了已调波信号后，需要将载波去掉， 还原成原有的信息，即调制信号，这个过程是与调 制相反的过程，称为解调。
❖ 调制可分为振幅调制、频率调制和相位调制，简称 为调幅、调频和调相，分别对应的解调有检波、鉴 频和鉴相。
⑵
上下边带功率
PSB
=
(1 22
MaUcm )2 2RL
=
M
2 a
2
Po
当Ma最大为1时，边带功率只占整个调幅波功率的1/3。
结论：能量传送时，由AM传送改为边带传送可节约能量。
怎样能抑制掉载波，只保留两个边带呢？
5. 实现AM调幅波的数学模型
uAM = Ucm (1 + MacosΩt )cosωct
v2反相加到D1、D2上。
c) Tr1次级与Tr2初级具有中 心抽头，并上下严格对称。
d) 差动输出电流 i = ？ i = iD1- iD2
设： v1(t)=V1mcosω1t v2(t)=V2mcosω2t
V1m>>V2m，V1m>>VD(on)
v1为大信号， v2为小信号。
v1控制二极管D1、D2开关工作。
=
Ucm
(1
+
kf U Ωm Ucm
cosΩt
)
=
Ucm (1
+
MacosΩt
)
Ma 称为调幅度、调幅指数或调制系数。
kf 为比例系数，称为调制灵敏度。
2. 调幅信号的波形
uAM = Ucm (1 + MacosΩt )cosωct
包络函数： Um (t ) = Ucm (1 + MacosΩt )
1 (2nπ + π) < ωt < (2nπ + 3π)
2
2
0 (2nπ - π) < ωt < (2nπ + π)
2
2
n 0,1,2,3,
将K1(ωt π) 波形按傅氏级数展开，表示为
12
2
K1 (ωt
-
π) =
- cosωt + cos3ωt + L
2π
3π
(3)双向余弦开关函数
K2 (ωt ) = K1(ωt ) - K1(ωt - π)
工作原理
设：V1m>>V2m，V1m>>VD(on) ， ω1 >> ω2
若 v1> 0，D1、D2导通；若 v1< 0，D1、D2截止
iD1
=
(v1
+ v2 )K1(ω1t ) RD + 2RL
iD2
=
(v1
- v2 )K1(ω1t ) RD + 2RL
i
=
iD1
- iD2
=
2v2 K1(ω1t ) RD + 2RL
{ 1(2nπ
K2 (ωt ) =
π )
ωt
(2nπ
π )
2
2
3
-1( 2n ) t ( 2n )
2
2
n 0,1,2,3,
4
4
K2(ωt) = π cosωt - 3π cos3ωt + L
(4) 正弦型
若v1 ( t ) =V1msinω1t
➢ 单向正相正弦开关函数
K1 (ω1t)
1 2
u=UQ+u1+u2，其中UQ是静态偏置电压，u1和u2都是交流信号：。
如果，则可以认为器件的工作状态主要由UQ与u1决定，若在交
变工作点(UQ+u1)处将输出电流i展开为幂级数，可以得到：
i = f (u) = f (U + u + u ) = f (U + u ) + f'(U + u )u + 1 f"(U + u )u2 + L
K1(ωt )
1(2nπ
π )
ωt
(2nπ
π )
2
2
0( 2n ) t ( 2n 3 )
2
2
n 0,1,2,3,
将 K1(ωt) 波形按傅氏级数展开，表示为
12
2
K1(ωt) = 2 + π cosωt - 3π cos3ωt + L
(2) 单向反相余弦型 开关函数
{ K1(ωt - π) =