高频电子技术 教学课件 作者 刘骋 第4章 调幅 检波 混频—频谱的线性搬移电路.ppt

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1、第4章调幅、检波、混频—频谱的线性搬移电路调制概述4.1调幅信号分析4.2调幅电路4.3检波原理及检波电路4.4混频原理及混频电路4.5调制和解调是通信系统的重要组成部分，没有调制和解调，就无法实现信号的远距离通信。所谓调制，就是将我们要传输的低频信号“装载”在高频振荡信号上，使之能更有效地进行远距离传输。4.1调制概述所要传输的低频信号是指原始电信号，如声音信号、图像信号等，称为调制信号，用uΩ(t)表示；高频振荡信号是用来携带低频信号的,称为载波，用uc(t)表示；载波通常采用高频正弦波，受调后

2、的信号称为已调波，用u(t)表示。具体地说,调制就是用调制信号控制载波的某个参数,并使其与调制信号的变化规律成线性关系。因此,对模拟信号具有三种调制方式：调幅、调频和调相。调幅是用调制信号控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化；调频和调相将在本书第5章讨论。解调则是调制的逆过程，是将装载在载波上的调制信号恢复出来的过程。对调幅信号的解调称为检波。通信过程中必须采用调制与解调，主要基于以下两个原因。①为了提高信号的频率，以便更有效地将信号从天线辐射出去。由天线理论可知，只有当辐射天线的尺寸与辐射的信号波长相

3、比拟时，才能进行有效的辐射。而我们需要传送的原始信号，如声音等，通常频率较低（波长较长），所以需要通过调制，提高其频率，以便于天线辐射。②为了实现信道复用。如果多个同频率范围的信号同时在一个信道中传输必然会相互干扰，若将它们分别调制在不同的载波频率上，且使它们不发生频谱重叠，就可以在一个信道中同时传输多个信号了，这种方式称为信号的频分复用。4.2.1调幅信号的波形及表达式设载波uc(t)的表达式和调制信号uΩ(t)的表达式分别为4.2调幅信号分析根据调幅的定义，当载波的振幅值随调制信号的大小作线性变化时

4、，即为调幅信号，则已调波的波形如图4.1（c）所示，图4.1（a）、（b）所示分别为调制信号和载波的波形。图4.1调幅波的波形由图4.1(c)可见，已调幅波振幅变化的包络形状与调制信号的变化规律相同，而其包络内的高频振荡频率仍与载波频率相同，表明已调幅波实际上是一个高频信号。可见，调幅过程只是改变载波的振幅，使载波振幅与调制信号成线性关系，即使Ucm变为Ucm+KaUΩmcosΩt，据此，可以写出已调幅波表达式为式(4-3)中式(4-4)中，Ma称为调幅系数，Umax表示调幅波包络的最大值，Umin表示调幅

5、波包络的最小值。Ma表明载波振幅受调制控制的程度，一般要求0≤Ma≤1，以便调幅波的包络能正确地表现出调制信号的变化。Ma>1的情况称为过调制,图4.2所示为不同Ma时的已调波波形。图4.2不同Ma时的已调波波形为了分析调幅信号所包含的频率成分，可将式（4-3）按三角函数公式展开，得4.2.2调幅信号的频谱可见，在已调波中包含三个频率成分：ωc、ωc+Ω和ωc-Ω。ωc+Ω称为上边频，ωc-Ω称为下边频。由此而得到调幅波的频谱如图4.3（c）所示。图4.3调幅波的频谱由调幅波的频谱可得，调幅波的频带宽度为BW=

6、2F式中，F为调制频率。若调制信号为复杂的多频信号，则其频谱如图4.4所示。图4.4复杂调制信号调幅的频谱此时，调幅波的频带宽度为BW=2Fn例如语音信号的频率范围为300~3400Hz，则语音信号的调幅波带宽为2×3400=6800Hz。观察调幅波的频谱发现，无论是单音频调制信号还是复杂的调制信号，其调制过程均为频谱的线性搬移过程，即将调制信号的频谱不失真地搬移到载频的两旁。因此，调幅称为线性调制。调幅电路则属于频谱的线性搬移电路。若调制信号为单频余弦信号，负载电阻为RL，则已调波的功率主要有以下几种。1

7、.载波功率4.2.3调幅信号的功率分配2.上、下边频功率3.总平均功率4.最大瞬时功率由于载波不包含有用信息，但又占据很大的功率分配，因此，为了提高功率的有效利用率，在传输时，可以仅传输上、下边带，而将载波抑制掉，这种方法称为抑制载波的双边带调制。4.2.4双边带信号4.3.1普通调幅电路由前面的讨论可知，调幅就是频谱的线性搬移，其关键在于获得调制信号与载波的相乘项，而相乘项的获得，必须采用非线性电路才能实现。4.3调幅电路具体而言，普通调幅电路可以采用二极管、三极管等非线性元器件实现，也可以采用集成

8、模拟相乘器实现，普通调幅电路的实现模型如图4.6所示。图4.6普通调幅电路的实现模型高电平调幅是将调制和功率放大合二为一，调制后信号不需要进行功率放大就可直接发射。采用的方法是将调制信号加到高频功率放大器的某一个电极上，去控制高频功率放大器的输出电压振幅。根据调制信号所加的电极不同，可分为基极调幅、集电极调幅和双重调幅。1.高电平调幅（1）基极调幅图4.7所示为基极调幅原理电路。由