文档介绍：第四章振幅调制、解调与混频电路
教学要求:
掌握振幅调制、解调和混频电路的实现模型;
掌握线性时变工作状态的条件及在频谱搬移电路中的作用;
熟悉双差分对平衡调制器,二极管环形混频器、二极管检波器的工作原理和性能特点;
熟悉混频干扰的成因,了解三阶互调失真截点的概念;
。
教学内容:
振幅调制与解调、混频、频率调制与解调等电路是通信系统的基本组成电路。它们的共同特点是将输入信号进行频谱变换,以获得具有所需频谱的输出信号。
频谱变换电路分为频谱搬移电路和频谱非线性变换电路两大类。
频谱搬移电路:将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移。(振幅调制、解调和混频电路)
频谱非线性变换电路:将输入信号进行特定的非线性变换(频率调制与解调)
§ 频谱搬移电路的组成模型
本节以介绍振幅调制电路为重点,而后对照分析振幅解调电路和混频电路在组成上的异同点。
振幅调制电路有两个输入信号:调制信号……含有所需传输信号vΩ(t)
载波信号……输入高频等幅信号vm(t)
振幅调制电路的功能就是在它们的共同作用下产生所需的振幅调制信号。
分类:普通调幅,抑制载波的双边带调制和抑制载波的一个边带的单边带调制。其中普通调幅信号是基本的,其它振幅调制信号都是由它演变而来。
一、普通调制信号及其电路模型
1、组成模型
普通调幅信号是载波信号振幅在Vm0上下按输入调制信号规律变化的一种振幅调制信号。
其中Vm0cosωct为载波信号,Vm0=kVcm 为载波信号的振幅,vΩ(t)为未调制信号
k和ka是取决于调幅电路的比例常数,一般要求∣kavΩ(t)∣<Vm0
2、单音调制
设vΩ(t)=VΩmcosΩt=VΩmcos2πFt 且fc>F(一般fc>>F)
则输出电压为
式中
Ma=kaVΩm / Vm0 是调制信号的调幅系数,简称调幅度。
相应的波形如图所示。
图中,Vm0(1+MacosΩt)是vO(t)的振幅,它反映了调制信号的变化,称为调制信号的包络。
调幅信号的最大值Vmmax:Vm0(1+Ma)
调幅信号的最小值Vmmin:Vm0(1-Ma)
调幅度是表征调幅信号的重要参数,它的一般定义式为
显然Ma<必须小于或等于1;当Ma>1时,在Ωt=π附近,vO(t)变为负值,它的包络已不能反映调制信号的变化而造成失真。
将vO(t)的表达式用三角函数展开:
上式表明,单音调制时调幅信号的频谱由三个频率分量组成:
角频率为ωc的载波分量
角频率为ωc+Ω的上边频分量
角频率为ωc-Ω的下边频分量
其中上下边频分量是由相乘器对vΩ(t)和vc(t)相乘的产物
3、复杂音调制
进一步假设vΩ(t)为非余弦的周期信号,其傅里叶级数展开式为:
式中为最高调制角频率,其值恒小于ωc,根据式
可推导出输出调制电压
其中
可以看出,vO(t)的频谱结构中,除角频率为ωc的载波分量外,还有有相乘器产生的角频率为(ωc±Ω)、(ωc±2Ω)……(ωc±nmaxΩ)的上下边频分量,它们的幅度与调制信号中相应频率分量的幅度VΩmax成正比;或者说,这些上下边频分量是将调制信号频谱不失真地搬移到ωc两边而形成的。由图可见,调幅信号的频谱宽度为调制信号频谱宽度的两倍。
BWAM=2Fmax
总之,调制电路组成模型中的相乘器对vΩ(t)和vc(t)实现相乘运算的结果,反映在波形上是将vΩ(t)不失真地搬移到载波信号振幅上;反映在频谱上则是将vΩ(t)的频谱不失真地搬移到ωc的两边。
4、功率
在单位电阻上,单音调制时调幅信号电压在载频信号一个周期内的平均功率
式中,是载频电压分量产生的平均值。
上式表明P(t)是时间的函数,当
Ωt=0时:P(t)最大,Pmax=P0(1+Ma)2;
Ωt=π时:P(t)最小,Pmax=P0(1-Ma)2;
Ma=1时:Pmax=4,Pmin=0 。
P(t)在一个调制信号周期内的平均功率
式中PSB是上、下边频电压分量产生的功率。
二、双边带和单边带调制电路组成模型
1、双边带调制信号
由频谱信号的频谱结构可知:唯有上、下边频分量才反映调制信号的频谱结构,而载频分量仅起着通过相乘器将调制信号频谱搬移到ωc两边的作用,本身并不反映调制信号的变化。因此,从传输信息的观点看,占有绝大部分功率的载频分量是无用的;如果在传输前把它抑制掉,则可在不影响传输信息的条件下,大大节省发射机的发射功率。这种仅仅传输两个边频的调制方式称为抑制载波的双边带调制,简称双边带调制。
表示为
它与调幅信号的区别就在于其载波电压振幅不在Vm0上下按调制信号规律变化。