《通信电子线路》课程教学课件（讲稿）第06章 调幅、检波与混频－频谱搬移电路

第6章调幅、检波与混频一频谱搬移电路*6.0概述N6.1频谱搬移电路的特性N*6.2振幅调制原理V6.3振幅调制方法与电路N6.4振幅解调（检波）原理与电路I6.5混频器原理及电路>V过信电子线路第6章调幅、检波马混频Page#16.0概迷基本概念■调制：用调制信号U控制高频载波信号的某个物理量（幅度、频率、相位）实现频率变换的过程■解调：.调制的逆过程。即从已调波中恢复原调制信号的过程■原因：.1.接收天线：0天线的尺寸一般不宜短于1/4信号波长例如：音频信号：20Hz~20kHz；a·f=c波长：15~15000km；天线长度：3.75~3750km√通信电子维路第6章烟幅、检玻写混倾Page#21

1 LOGO 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #1 第 6 章 调幅、检波与混频－频谱搬移电路 6.0 概述 6.1 频谱搬移电路的特性 6.2 振幅调制原理 6.3 振幅调制方法与电路 6.4 振幅解调 (检波) 原理与电路 6.5 混频器原理及电路       通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #2 6.0 概述 基本概念  调制： • 用调制信号 v 控制高频载波信号的某个物理量（幅度、 频率、相位）实现频率变换的过程  解调： • 调制的逆过程。即从已调波中恢复原调制信号的过程  原因： • 1. 接收天线： ○ 天线的尺寸一般不宜短于 1/4 信号波长 例如：音频信号：20Hz ~ 20kHz； · f = c 波长：15 ~ 15000km；天线长度： 3.75 ~ 3750km

6.0概述·2.多路传输：o各基带信号处于同一波段，频谱重叠。发送时采用调制完成频谱搬移，从而实现多路信号传输·3.回路带宽：○基带信号频率变化范围大例如：音频：20Hz~20kHzfmar =1000BW20k=210kfminf.●高频：高频窄带信号例如：AM信号：535kHz~1605kHz，BW=20kHzJmax =3BW20k-1fmin1000k50foV通信电子线路第6章调幅、检波与混频Page#36.0概述调制类型■调制类型幅度调制 AM频率调制FM连续波模拟调制相位调制PM连续波调制：幅度键控ASK高频正弦载波连续波数字调制频移键控FSK相移键控PSK脉冲幅度调制 PAM脉冲宽度调制PWM脉冲模拟调制脉冲相位调制 PPM脉冲波调制:脉冲频率调制PFM高频脉冲载波脉冲数字调制PCM等其他类型的载波调制：三角波、锯齿波等V通信电子继路第6章烟幅、检玻写混频Page#42

2 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #3 6.0 概述 • 2. 多路传输： ○ 各基带信号处于同一波段，频谱重叠。发送时采用调制 完成频谱搬移，从而实现多路信号传输 • 3. 回路带宽： ○ 基带信号频率变化范围大 例如：音频：20Hz ~ 20kHz ○ 高频：高频窄带信号 例如：AM 信号： 535kHz ~ 1605kHz，BW  20kHz max min 1000 f f  0 20 2 10 BW k f k   max min 3 f f  0 20 1 1000 50 BW k f k   通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #4 6.0 概述 调制类型  调制类型 连续波调制： 高频正弦载波 脉冲波调制： 高频脉冲载波 连续波模拟调制 幅度调制 AM 频率调制 FM 相位调制 PM 幅度键控 ASK 频移键控 FSK 相移键控 PSK 连续波数字调制 脉冲模拟调制 脉冲幅度调制 PAM 脉冲宽度调制 PWM 脉冲相位调制 PPM 脉冲频率调制 PFM 脉冲数字调制 PCM 等 其他类型的载波调制：三角波、锯齿波等

6.0概述连续波模拟调制连续波模拟调制■载波是连续的等幅正弦波：U=Vocos(at+β)100020at)400o0AUAAUFM-信电子线路第6章调幅、检波与跳频Page#56.1频谱搬移电路的特性频率变换：输出信号中产生了新的频率分量实现方法：非线性电路频率变换分类：线性频率变换（频谱搬移）：频率变换前后的频谱结构不变，仅仅是输入信号的频谱无失真地在频率轴上搬移·振幅调制·振幅解调：检波·混频■非线性频率变换·角度调制与解调速信电子继路第6章烟幅、检玻写混频Page#63

3 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #5 6.0 概述 连续波模拟调制 一、连续波模拟调制  载波是连续的等幅正弦波：v0 = V0cos(w0t + ) 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #6 6.1 频谱搬移电路的特性 频率变换：输出信号中产生了新的频率分量 实现方法：非线性电路 频率变换分类：  线性频率变换 (频谱搬移)：频率变换前后的频谱结构 不变，仅仅是输入信号的频谱无失真地在频率轴上搬移 • 振幅调制 • 振幅解调：检波 • 混频  非线性频率变换 • 角度调制与解调

6.1频谱搬移电路的特性000振幅调制振幅解调0ap混频a,频谱搬移电路可用非线性器件构成的乘法器实现V信电予线路第6章调幅、检波与混频Page #76.2振幅调制原理、概述X.·振幅调制：AmplitudeModulation·标准振幅调制AM(StandardAM)·双边带振幅调制DSB(DoubleSidebandAM)又称抑制载波调幅DSB-SC(SuppressedCarrierAM)·单边带振幅调制SSB(SingleSidebandAM)·残留边带振幅调制VSB（VestigialSidebandAM)■例：中波电台：AM，535~1605kHz，带宽9kHz短波电台：AM，2~26MHz，非连续；短波通信SSB长波电台：AM，150~284kHz电视广播：VSBV通信电子继路第6章烟幅、检玻写混频Page84

4 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #7 6.1 频谱搬移电路的特性  频谱搬移电路可用非线性器件构成的乘法器实现 w0 wi 振幅调制 振幅解调 混频 0 w 0 w 0 w 0 w 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #8 6.2 振幅调制原理 一、概述  振幅调制：Amplitude Modulation • 标准振幅调制 AM (Standard AM) • 双边带振幅调制 DSB (Double Sideband AM) 又称抑制载波调幅 DSB-SC (Suppressed Carrier AM) • 单边带振幅调制 SSB (Single Sideband AM) • 残留边带振幅调制 VSB (Vestigial Sideband AM)  例: 中波电台：AM，535 ~ 1605 kHz，带宽 9 kHz 短波电台：AM，2 ~ 26 MHz，非连续；短波通信 SSB 长波电台：AM，150 ~ 284 kHz 电视广播：VSB

6.2振幅调制原理普通调幅波（AM)的性质二、普通调幅波(AM) 的性质■1.数学表达式.调制信号：设为单频余弦信号Un=Vacos2t载波：Vo=Vcosat，且载波的角频率a>Q·调制信号的幅度：V(t)=V,+aV。 V, c va正比：AVoc va AV,=ka"a=kaVacosQtV(t) = V, + K.V cos QtKocosnt=V.1V.=V.(1+ m, cosQ2t)V通信电子线路第6章调幅、检波与混频Pagewg6.2振幅调制原理普通调幅波（AM)的性质二、普通调幅波(AM)的性质1.数学表达式调制信号的幅度：KVacosQtt=V14V(t)= V, + K,V. cosQtV=V,(1+m, cosQ2t)KVo≤1调幅指数mVVn()VAM(O)或调幅度I+·AM信号表达式：(t) = V. (1+ m, cos Q2t)cos O,tVo(t)理论框图：注意，实际上用各种非线性电路实现V通信电子继路第6章烟幅、检玻写混频Page 105

5 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #9 6.2 振幅调制原理 普通调幅波 (AM) 的性质 二、普通调幅波 (AM) 的性质  1. 数学表达式 • 调制信号：设为单频余弦信号 v V cos t • 载波：v0 V0cosw0t ，且载波的角频率w0  • 调制信号的幅度：  +  V m t 0 1 cos a  0 0 0 V t V V V v ( )  +     0 0 1 cos K Vd V t V     +      0 ( ) cos V t V K V t  +  d  正比： V v V k v k V t 0 0 d d = cos         通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #10 6.2 振幅调制原理 普通调幅波 (AM) 的性质 二、普通调幅波 (AM) 的性质  1. 数学表达式 • 调制信号的幅度： • 调幅指数 或调幅度 • AM 信号表达式： • 理论框图：注意，实际上用各种非线性电路实现  +  V m t 0 1 cos a  0 ( ) cos V t V K V t  +  d  0 0 1 cos K Vd V t V     +      0 1 d a K V m V    0   0 ( ) cos 1 cos V a v t t  +  m t w

6.2振幅调制原理普通调幅波（AM)的性质2.波形图v(t)=V.(1+m. cosQ2t)cos o,t(1+m)VmaVoVm.V(1-ma)Vo1Vmax-V..V-VnVmm-Vmin调幅度m=VeV.Vma+Vaim.=1:100%调制;m.>1：过调制；据AM实际电路，截止失真，无输出V通信电予路第6章调幅、检波与混频Page#16.2振幅调制原理普通调幅波（AM)的性质·实际AM信号Vmax-V.·上调幅度0cm.上4V,-Vmin·下调幅度ma下V■3.频谱及带宽v(t) =V.(1+ m, cos 2t)cos 0),t=V, cos w,t0+=m.Vcos(o,+2)t+=m.V,cos(0, -2)t·含有：载频、上边频、下边频V通信电子线路第6章烟幅、检玻写混频Page #126

6 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #11 6.2 振幅调制原理 普通调幅波 (AM) 的性质  2. 波形图  调幅度 ma 1：100%调制； ma 1：过调制； 0 0 ( ) (1 cos )cos a v t V m t t  +  w max 0 0 min max min 0 0 max min a V V V V V V m V V V V - - -    + t V0 maV0 Vmax Vmin (1+ma)V0 (1-ma)V0 maV0 t 据 AM 实际电路，截止失真，无输出 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #12 vAM 0 t 6.2 振幅调制原理 普通调幅波 (AM) 的性质 • 实际 AM 信号 • 上调幅度 • 下调幅度  3. 频谱及带宽 • 含有：载频、上边频、下边频 V0 0 min 0 a V V m V - 下  max 0 0 a V V m V - 上  v( ) 1 cos cos t V m t t  +  0 0  a  w 0 0 0 0 0 0 cos 1 cos( ) 2 1 cos( ) 2 a a V t m V t m V t w w w  + +  + - 

6.2振幅调制原理普通调幅波（AM)的性质 V(0)Va(0)AVAM(O)VoVo1Vo11mlo2mV0A?020Oo1b00-20+2·单频调制时的带宽AVo(0)B=22多频调制时的带宽@B=22max0Qmax·例如语音信号：300~3400Hz，VAM(O)则调幅波的带宽为6800Hz；0·故相邻两电台载频间隔必须a-2max a p+2max大于6800Hz，通常取9kHz22mar信电予线路第6章调幅、检波与混频Page #136.2振幅调制原理普通调幅波（AM)的性质■4.功率关系以单频调制为例m.Vm.V.cos(w+2)t-cos(@-2)tv(t):221.V·载波功率：Por =2R=m.V21上下边频功率：mPorPusB = P,LSB2R41m'p·双边频总功率：PpsB = 2PssB2·AM信号总功率：PAM=Por+PpsB·可见，总功率中信号部分最多占1/3，效率很低V通信电子继路第6章烟幅、检玻写混频Page #147

7 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #13 6.2 振幅调制原理 普通调幅波 (AM) 的性质 • 单频调制时的带宽 B  2 • 多频调制时的带宽 B  2max • 例如语音信号：300~3400Hz， 则调幅波的带宽为 6800Hz； • 故相邻两电台载频间隔必须 大于6800Hz，通常取 9kHz 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #14 6.2 振幅调制原理 普通调幅波 (AM) 的性质  4. 功率关系 • 以单频调制为例 • 载波功率： • 上下边频功率： • 双边频总功率： • AM信号总功率： • 可见，总功率中信号部分最多占 1/3，效率很低 0 0 0 0 0 0 ( ) cos cos( ) cos( ) 2 2 m V m V a a v t V t t t  + +  + -  w w w 2 0 0 1 2 T V P R   2 0 2 0 1 1 1 2 2 4 a USB LSB a T m V P P m P R           2 0 1 2 2 P P m P DSB SSB a T   2 0 0 1 1 2 P P P m P AM T DSB a T    +  +    

6.2振幅调制原理普通调幅波（AM)的性质■例：已知已调幅信号的频谱图如图所示。：1）写出已调信号电压的数学表达式·2）计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及已调波的频带宽度。2V■解：0.3V·1)根据频谱图知为AM波0.3Vfo=1000kHz999.91031000.1(kHz)F=1000.1-1000-100Hz1=mV=0.3V, V,=2V = m.=0.3ua(t)=V(1+m cos.Q)cos ajt=2(1+0.3cos 2元×10° t)cos 2元×10° t (V)V通信电子线路第6章调幅、检波与跳频Page#156.2振幅调制原理普通调幅波（AM)的性质2）计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及已调波的频带宽度。2Vo载波功率：1V210.3V0.3V×22=2(W)Por推2 R 2999.91031000.1f(kHz)o双边带功率：11×0.3×2=0.09(W)Pose=int Pr.220总功率：PAM=Pr+PpsB=2+0.09=2.09(W)o已调波的频带宽度：BM=2F=200(Hz)uam(t)=V(1+m, cos)cosat=2(1+0.3cos 2元×10° t) cos 2元×10 t (1)V通信电子继路第6章润幅、检波与混Page168

8 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #15 6.2 振幅调制原理 普通调幅波 (AM) 的性质  例： 已知已调幅信号的频谱图如图所示。 • 1) 写出已调信号电压的数学表达式 • 2) 计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及已调 波的频带宽度。  解： • 1) 根据频谱图知为 AM 波 f0 = 1000 kHz F = 1000.1-1000=100 Hz 0 0 1 0.3 , 2 0.3 2 m V V V V m a a     2V 0.3V 0.3V 103 999.9 1000.1 f(kHz)       0 0 2 6 ( ) 1 cos cos 2 1 0.3cos2 10 cos2 10 AM a t V m t t t t V w    +   +   u 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #16 6.2 振幅调制原理 普通调幅波 (AM) 的性质 • 2) 计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及已调 波的频带宽度。 ○ 载波功率： ○ 双边带功率： ○ 总功率： ○ 已调波的频带宽度： 2 0 2 0 1 1 2 2( ) 2 2 T V P W R     2 2 0 1 1 0.3 2 0.09( ) 2 2 P m P W DSB a T      2 200( ) B F Hz AM   0 2 0.09 2.09( ) P P P W AM T DSB  +  +  2V 0.3V 0.3V 103 999.9 1000.1 f(kHz)       0 0 2 6 ( ) 1 cos cos 2 1 0.3cos2 10 cos2 10 AM a t V m t t t t V w    +   +   u

6.2振幅调制原理抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波三、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波■1.抑制载波的双边带调幅波(DSB-SC)·仅传送上、下边带而抑制载波。·优点：功率效率得到提高。HV(t)UDSB(t)X·框图：.调制信号：设为Vo=VecosQtI o(t)·载波：Vo=Vocosapt·表达式：U pse(t)= K.Va(t) V,(t)xVa),cos(a, +2)t+=KVa).cos(0 -2)t2·带宽：同AM 相同，B=22maxV通信电子线路第6章调幅、检波与混频Page #17V通信电子继路第6章烟幅、检玻写混频Page 189

9 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #17 6.2 振幅调制原理 抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波 三、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波  1. 抑制载波的双边带调幅波 (DSB-SC) • 仅传送上、下边带而抑制载波。 • 优点：功率效率得到提高。 • 框图： • 调制信号：设为 v  V cos t • 载波：v0 V0cosw0t • 表达式： • 带宽：同 AM 相同，B  2max 0 ( ) ( ) ( ) DSB t K t t v v v     0 0 0 0     1 1 cos cos 2 2  +  + -  KV V t KV V t   w w 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #18

6.2振幅调制原理抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波波形及频谱图Q Va(w)0nQmaxVpsB(a)AUDSBW-max000+2m292通信电予线路第6章调幅、检波与跳频Page #19与AM波相比，DSB它有如下特点：（1）包络不同。AM波的包络正比于调制信号f(t)的波形，而DSB波的包络则正比于f（t）。（2）DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处（调制电压正负交替时)要突变180°（3)单频调制的DSB信号只有@+Q及?。一2两个频率分量，它的频谱相当于从AM波频谱图中将载频分量去掉后的频谱。由于DSB信号不含载波，它的全部功率为边带占有，所以发送的全部功率都载有消息，功率利用率高于AM信号。由于两个边带所含消息完全相同，故从消息传输角度看，发送一个边带的信号即可，这种方式称为单边带调制。V通信电继路第6章调幅、检波与混锁Page#2010

10 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #19 6.2 振幅调制原理 抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波 • 波形及频谱图  与AM波相比，DSB 它有如下特点:  (1) 包络不同。AM波的包络正比于调制信号f(t)的波形，而 DSB波的包络则正比于|f(t)|。  (2) DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处(调制电压 正负交替时)要突变180°  (3)单频调制的DSB信号只有ωc+Ω及ωc－Ω两个频率分量， 它的频谱相当于从AM波频谱图中将载频分量去掉后的频谱。  由于DSB信号不含载波，它的全部功率为边带占有，所以发送 的全部功率都载有消息, 功率利用率高于AM信号。由于两个边 带所含消息完全相同，故从消息传输角度看，发送一个边带的 信号即可，这种方式称为单边带调制。 通信电子线路 第 6 章 调幅、检波与混频 Page #20