频谱搬移电路的基本工作原理.ppt

1 第四章频谱搬移电路 4 2 4 1频谱搬移电路概述 4 3非线性电路概念和频率变换本质 5 11本章小结 4 5本章小结 振幅调制电路 振幅解调电路 混频电路 4 4频谱搬移电路的典型电路分析 4 2频谱搬移电路的基本工作原理 2 2 4 2 1振幅调制简述 4 2 2调幅波的数学表示式 波形与频谱 4 2 3普通调幅波的功率 引出双边带与单边带 4 2频谱搬移电路的基本工作原理 振幅调制电路 振幅解调电路 混频电路 4 2 4典型的振幅调制电路框图 4 2 7本节小结 2020 1 29 4 2 5振幅解调概念 波形与频谱示意图 4 2 6混频概念 波形与频谱示意图 3 3 将要传送的基带信号装载到某一高频载频信号上 使其振幅受调制的过程 声音 2 定义 4 2 1振幅调制简述 1 框图 2020 1 29 4 4 1 普通调幅波的数学表示式 对一般的调幅波 通常满足 c 根据振幅调制信号的定义 已调信号的振幅随调制信号u 线性变化 载波信号 调制信号 按调幅信号 已调波 定义 由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系 即有 式中 为比例常数 与两信号在电路接入端有关 见下页图示 即 4 2 2调幅波的数学表示式 波形与频谱 2020 1 29 5 典型的振幅调制电路 5 集电极调幅电路 2020 1 29 晶体三极管基极调幅电路 为比例常数 与两个信号在电路中接入端是否相同有关 6 6 1 普通调幅波的数学表示式 载波信号 调制信号 已知 式中ma设为调制度 常用百分比数表示 4 2 2 1调幅波的数学表示式 2020 1 29 上式为普通调幅波的数学表示式 7 7 普通AM波的三种情况 AM的三种情况 见下图 M 1 过调制 波形已失真 包络不能如实反映基带信号幅度 不用M 1 临界调制 与失真仅一线之隔 参数略有变化就失真 也不用 M 1 正常调幅 最常用 实验时一般M 20 40 假设 2020 1 29 8 8 波形示意图 正常波形的M 为 0 2 0 5 20 50 M 1 正常调制 M 1 过调制 M 1 临界调制 理论波形图 实际波形图 2020 1 29 9 9 波形特点 1 调幅波的振幅 包络 变化规律与调制信号波形一致 2 调幅度ma反映了调幅的强弱度 4 2 2 2调幅波的典型波形 这里 Ma设为调制度 且M 1为正常调制 2020 1 29 10 10 1 由单一频率基带信号调幅 4 2 2 3 普通调幅波的频谱图 频率 0 0 载波幅度 V0边频幅度 Ma一般为0 2 0 5 边频幅度小 2020 1 29 11 11 图由非正弦波调制所得到的调幅波 由非正弦波 多音 调制所得到的调幅波 2020 1 29 了解 12 12 信号带宽 调制信号 载波 多音调幅波信号的公式 频谱 2020 1 29 13 13 如果将普通调幅波输送功率至电阻R上 则载波与两个边频将分别得出如下的功率 载波功率 上边频或下边频 在调幅信号一周期内 AM信号的平均输出功率是 4 2 3调幅波中的功率关系 引出双边带与单边带 载波幅度 V0 调幅波一般表达式 边频幅度 2020 1 29 14 14 由于Ma实际为0 2到0 5 所以载波本身虽不包含信号 但它的功率 PoT 却占整个调幅波功率的绝大部分 当ma 1时 PoT 2 3 Po 当ma 0 5时 PoT 8 9 Po 从调幅波的频谱图可知 唯有它的上 下边带分量才实际地包含调制信号的频谱结构 而载波分量仅是起到频谱搬移的作用 不反映调制信号的变化规律 1 调幅波中的功率关系 当ma 0 2时 PoT 50 51 Po 2020 1 29 15 15 AM信号的平均功率 边频 由上式可以看出 AM波的总平均功率为载波功率与两个边带功率之和 而携带有用信号的功率只存在在两个边频功率上 P单边频 P总 2020 1 29 效率为有用功与无用功相比 即P边频 P总 M2a P上边频 P下边频 P载波 P单边频 4 效率 上 下边频的平均功率均为 一般 Ma小于1 0 3 这时平均功率 说明 边频功率只占总功率的5 可见发射效率极低 解决的办法 双边带 抑制载波 即只发送两个边带 单边带 不但抑制载波 还抑制一个边带 即只发送一个边带 残留边带 发送一个边带和另一边带一部分 2020 1 29 16 17 17 在调制过程中 将输出信号的载波抑制就形成了抑制载波的双边带信号 简称双边带信号 它可用载波与调制信号相乘得到 其表示式为 2 双边带信号定义和公式 调制时 为了降低无用功率 提高效率 需将载波抑制 引出概念 双边带信号 DSB 2020 1 29 18 18 双边带调制时的频谱图 虚线表示无载波 2020 1 29 19 19 图DSB信号波形 由以上公式可以画出DSB信号波形和频谱图 2020 1 29 注意DSB与AM波的不同 在90 处的跃变 20 20 3单边带 SSB 信号公式 单边带 SSB 信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中 直接将一个边带抵消而成 为了进一步提高效率 只需保留一个边带 引出概念 单边带信号 2020 1 29 21 21 图单边带调制时的频谱搬移 2020 1 29 22 22 图单音调制的SSB信号波形 2020 1 29 23 三种振幅调制信号比较 电压表达式 普通调幅波 载波被抑制双边带调幅波 单边带信号 波形图 频谱图 信号带宽 24 24 调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量 也就是说都需要用非线性器件 电路 来完成频率变换 这里将调制信号v 与载波信号v 0加入非线性器件 然后通过中心频率为 0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分 4 2 4AM信号的实现模型 工作原理 2020 1 29 图4 1 4AM信号的实现方框图 具体原理与电路在第三节讲述 25 25 从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号 2020 1 29 检波简述1 定义 4 2 5振幅解调概念 波形与频谱示意图 26 26 二极管检波器 三极管检波器 检波 器件 信号大小 小信号检波器 大信号检波器 工作原理 包络检波器 同步检波器 2 检波的分类 2020 1 29 27 27 检波器的输入输出波形 3检波器的输入输出波形 2020 1 29 28 28 检波器检波前后的频谱 4检波前后的频谱 2020 1 29 29 29 从已调波中检出包络信息 只适用于AM信号 输入AM信号 检出包络信息 2020 1 29 5典型的AM振幅解调框图 包络检波 30 在保持相同调制规律的条件下 将输入已调信号的载波频率从fs变换为固定fi的过程称为变频或混频 以调幅为例 在接收机中 fi称为中频 一般其值为 其中fo是本地振荡频率 定义 其中 fi大于fs的混频称为上混频 fi小于fs的混频称为下混频 4 2 6混频概念 波形与频谱示意图 31 波形 经过混频器变频后 输出频率为 混频的结果 较高的不同的载波频率变为固定的较低的载波频率 而振幅包络形状不变 4 2 6 混频器的波形 频率举例 32 图4 5 3 1变频前后的频谱图 调幅是线性频率变换 一般是高本振 频谱搬移 4 2 6混频器的频谱 其中 fi大于fs的混频称为上混频 fi小于fs的混频称为下混频 公式推导见调制章节 33 A 变频 混频 增益 混频器输出中频电压Vim与输入信号电压Vsm的幅值之比 D 噪声系数 高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值 C 选择性 抑制中频以外的信号的干扰的能力 B 非线性干扰 抑制组合频率干扰 交调 互调干扰等干扰的能力 重点是中频干扰和镜像干扰 4 2 6 混频器的性能指标 34 4 2 7本节小结 4 2 1调幅概述 34 2020 1 29 调制 将基带信号不失真地装载到高频信号上 调制的原因 能量问题 切实可行的天线 频道复用 窄带传输易于实现等 调幅是将要传送的基带信号装载到某一高频载频信号上 使其振幅受调制的过程 调幅的三种方法 AM DSB SSB 35 35 波形特点 1 调幅波的振幅 包络 变化规律与调制信号波形一致 2 调幅度ma反映了调幅的强弱度 2020 1 29 4 2 2调幅波的数学表示式 波形 36 4 2 2调幅波的波形 36 三种Ma的值对应的波形 2020 1 29 Ma一般为0 2 0 5 37 37 如果将普通调幅波输送功率至电阻R上 则载波与两个边频将分别得出如下的功率 载波功率 上边频或下边频 在调幅信号一周期内 AM信号的平均输出功率是 4 2 3调幅波的功率关系 引出双边带与单边带 载波幅度 V0 边频幅度 Ma小 有用边频功率小 2020 1 29 38 38 上 下边频的平均功率均为 AM信号的平均功率 边频 由上式可以看出 AM波的总平均功率为载波功率与两个边带功率之和 而携带有用信号的功率只存在在两个边频功率上 P单边频 P总 2020 1 29 效率为有用功与无用功相比 即P边频 P总 M2a P上边频 P下边频 P载波 P单边频 4 效率 39 39 在调制过程中 将输出信号的载波抑制就形成了抑制载波的双边带信号 简称双边带信号 它可用载波与调制信号相乘得到 其表示式为 引出双边带与单边带1 双边带公式 调制时 为了降低无用功率 提高效率 理想为50 需将载波抑制 引出概念 双边带信号 2020 1 29 40 双边带波形与频谱 40 2020 1 29 41 41 单边带 SSB 信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中 直接将一个边带抵消而成 为了进一步提高效率 理想为100 只需保留一个边带 引出概念 单边带信号 2020 1 29 2 单边带 SSB 信号公式 42 42 图单音调制的SSB 上边带信号波形与频谱 调制时 为了进一步降低无用功率 提高效率100 需将载波和其中一个边带抑制 引出概念 单边带信号 2020 1 29 单边带波形与频谱 43 1 画出一般调幅 检波和混频前后的波形示意图 频谱示意图 2 列表画出AM DSB SSB的波形示意图 频谱示意图 分别写出其公式 优缺 2020 1 29 3 Ma的含义 一般其值小于1 为什么 对应三种值的电路示意图 作业与思考