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1、关于振幅调制 解调及混频第一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月6.1 振幅调制 6.1.1振幅调制信号分析振幅调制信号分析1.调幅波的分析调幅波的分析1)表示式及波形表示式及波形设载波电压为设载波电压为调制电压为调制电压为（61）（62）（63）振幅调制信号振幅振幅调制信号振幅Um(t)为为ka为比例系数，一般由调制电路确定，故为比例系数，一般由调制电路确定，故又称为调制灵敏度。又称为调制灵敏度。第二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月式式中中,UC（t）与与调调制制电电压压u成成正正比比,其其振振幅幅UC=kaU与与载载波波振振幅幅之之比称为调幅度（调制度）比称为调幅度
2、（调制度）(64)式中式中,ka为比例系数为比例系数,一般由调制电路确定一般由调制电路确定,故又称为调制灵敏度。故又称为调制灵敏度。第三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(67)由此可得调幅信号的表达式由此可得调幅信号的表达式（65）第四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月调制信号是一连续频谱信号调制信号是一连续频谱信号f（t）（66）式中式中,f（t）是均值为零的归一化调制信号）是均值为零的归一化调制信号,|f（t）|max=1。若将调制信号分解为。若将调制信号分解为(67)第五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2)调幅波的频谱调幅波的频谱由由图图61（c）
3、可可知知,调调幅幅波波不不是是一一个个简简单单的的正正弦弦波波形形。在在单单一一频频率率的的正正弦信号的调制情况下弦信号的调制情况下,调幅波如式（调幅波如式（65）所描述。）所描述。(68)uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct （65）图图64单单音音调调制制时时已已调波的频谱调波的频谱（a）调制信号频谱）调制信号频谱（b）载波信号频谱）载波信号频谱（c）AM信号频谱信号频谱第六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图62 实际调制信号的调幅波形第七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图63 AM信号的产生原理图 第八张，PPT共一百四十四页，
4、创作于2022年6月 图65 语音信号及已调信号频谱 （a）语音频谱（b）已调信号频谱 第九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3）调幅波的功率）调幅波的功率在负载电阻在负载电阻RL上消耗的载波功率为上消耗的载波功率为(69)(610)在在负负载载电电阻阻RL上上,一一个个载载波波周周期期内内调调幅波消耗的功率为幅波消耗的功率为第十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月由由此此可可见见,P是是调调制制信信号号的的函函数数,是是随随时时间间变变化化的的。上上、下下边边频频的的平均功率均为平均功率均为(通过对表达式的积分）通过对表达式的积分）(611)(612)AM信号的平均功率
5、信号的平均功率边频边频第十一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月两个边频功率的最大值与载波功率的比值为两个边频功率的最大值与载波功率的比值为(613)边频功率边频功率载波功率载波功率=1/2边频边频第十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月同同时时可可以以得得到到调调幅幅波波的的最最大大功功率率和和最最小小功功率率,它它们们分分别别对对应应调调制制信号的最大值和最小值为信号的最大值和最小值为(614)第十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月在在调调制制过过程程中中,将将载载波波抑抑制制就就形形成成了了抑抑制制载载波波双双边边带带信信号号,简简称称双双边边带带信信
6、号。它可用载波与调制信号相乘得到号。它可用载波与调制信号相乘得到,其表示式为其表示式为在单一正弦信号在单一正弦信号u=Ucost调制时调制时,（616）（615）2.双边带信号双边带信号第十四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图66 DSB信号波形 第十五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月第十六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3.单边带信号单边带信号单单边边带带（SSB）信信号号是是由由DSB信信号号经经边边带带滤滤波波器器滤滤除除一一个个边边带带或或在在调调制制过过程程中中,直直接接将将一一个个边边带带抵抵消消而而成成。单单频频调调制制时时,uDSB（t
7、）=k uuC。当取上边带时。当取上边带时（617）（618）取下边带时取下边带时第十七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图67 单音调制的SSB信号波形 第十八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图68 单边带调制时的频谱搬移 第十九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月为为了了看看清清SSB信信号号波波形形的的特特点点,下下面面分分析析双双音音调调制制时时产产生生的的SSB信信号波形。为分析方便。设双音频振幅相等号波形。为分析方便。设双音频振幅相等,即即且且21,则可以写成下式则可以写成下式:（619）(620)第二十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年
8、6月受受u调制的双边带信号为调制的双边带信号为(621)取上边带取上边带进一步展开进一步展开第二十一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图69 双音调制时SSB信号的波形和频谱第二十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月6.1.2振幅调制电路振幅调制电路1.AM调制电路调制电路AM信信号号的的产产生生可可以以采采用用高高电电平平调调制制和和低低电电平平调调制制两两种种方方式式完完成成。目目前前,AM信信号号大大都都用用于于无无线线电电广广播播,因因此此多多采采用用高高电电平调制方式。平调制方式。1)高电平调制高电平调制高高电电平平调调制制主主要要用用于于AM调调制制,这这种
9、种调调制制是是在在高高频频功功率率放放大大器器中中进进行行的的。通通常常分分为为基基极极调调幅幅、集集电电极极调调幅幅以以及及集电极基极集电极基极(或发射极或发射极)组合调幅。组合调幅。第二十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图612 集电极调幅电路 第二十四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图613 集电极调幅的波形 第二十五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图614 基极调幅电路第二十六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2)低电平调制低电平调制(1)二二极极管管电电路路。用用单单二二极极管管电电路路和和平平衡衡二二极极管管电电路路作作为为调
10、调制制电电路路,都都可可以以完完成成AM信信号号的的产产生生,图图616(a)为为单单二二极极管管调调制制电电路路。当当UCU时时,由由式式(538)可知可知,流过二极管的电流流过二极管的电流iD为为(629)第二十七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(2)利用模拟乘法器产生普通调幅波。利用模拟乘法器产生普通调幅波。(630)若将若将uC加至加至uA,u加到加到uB,则有则有(631)式式中中,m=U/Ee,x=UCVT。若若集集电电极极滤滤波波回回路路的的中中心心频频率率为为fc,带宽为带宽为2F,谐振阻抗为谐振阻抗为RL,则经滤波后的输出电压则经滤波后的输出电压(632)第二十
11、八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图617 差分对AM调制器的输出波形 第二十九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2.DSB调制电路调制电路1)二极管调制电路二极管调制电路单单二二极极管管电电路路只只能能产产生生AM信信号号,不不能能产产生生DSB信信号号。二二极极管管平平衡电路和二极管环形电路可以产生衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号。信号。第三十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(633)iL中中包包含含F分分量量和和(2n+1)fcF(n=0,1,2,)分分量量,若若输输出出滤滤波波器器的的中心频率为中心频率为fc,带宽为带宽为2F,谐振阻抗为
12、谐振阻抗为RL,则输出电压为则输出电压为(634)第三十一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图618 利用模拟乘法器产生AM信号 第三十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月第三十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图619 二极管平衡调制电路 第三十四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图620 二极管平衡调制器波形 第三十五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图图621平衡调制器的一种实际线路平衡调制器的一种实际线路第三十六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月为为进进一一步步减减少少组组合合分分量量,可可采采用用双双平平衡衡调
13、调制制器器(环环形形调调制制器器)。在在 第第5章章 已已 得得 到到 双双 平平 衡衡 调调 制制 器器 输输 出出 电电 流流 的的 表表 达达 式式(549),在在u1=u,u2=uC的情况下的情况下,该式可表示为该式可表示为图图622双平衡调制器电路及波形双平衡调制器电路及波形第三十七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(635)(636)经滤波后经滤波后,有有第三十八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2)差分对调制器差分对调制器在在单单差差分分电电路路(图图57)中中,将将载载波波电电压压uC加加到到线线性性通通道道,即即uB=uC,调制信号调制信号u加到非线性
14、通道加到非线性通道,即即uA=u,则双端输出电流则双端输出电流io(t)为为第三十九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(639)式中式中,I0=Ee/Re,m=UC/Ee,x=U/VT。经滤波后的输出电压。经滤波后的输出电压uo(t)为为(640)第四十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图624 差分对DSB调制器的波形 第四十一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月双差分对电路的差动输出电流为双差分对电路的差动输出电流为(641)(642)若若U、UC均很小均很小,上式可近似为上式可近似为第四十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图625 双差分调
15、制器实际线路 第四十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3.SSB调制电路调制电路SSB信信号号是是将将双双边边带带信信号号滤滤除除一一个个边边带带形形成成的的。根根据据滤滤除除方方法法的的不不同同,SSB信号产生方法有好几种信号产生方法有好几种,主要有滤波法和移相法两种。主要有滤波法和移相法两种。1)滤波法滤波法图图626是采用滤波法产生是采用滤波法产生SSB的发射机框图。的发射机框图。第四十四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图626 滤波法产生SSB信号的框图 第四十五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图627 理想边带滤波器的衰减特性 第四十六张，P
16、PT共一百四十四页，创作于2022年6月第四十七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月第四十八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月6.2调幅信号的解调调幅信号的解调6.2.1调幅解调的方法调幅解调的方法振振幅幅解解调调方方法法可可分分为为包包络络检检波波和和同同步步检检波波两两大大类类。包包络络检检波波是是指指解解调调器器输输出出电电压压与与输输入入已已调调波波的的包包络络成成正正比比的的检检波波方方法法。由由于于AM信信号号的的包包络络与与调调制制信信号号成成线线性性关关系系,因此包络检波只适用于因此包络检波只适用于AM波。其原理框图如图波。其原理框图如图630所示。所示。
17、第四十九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图图630包络检波的原理框图包络检波的原理框图 第五十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图631 同步解调器的框图 第五十一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月同同步步检检波波又又可可以以分分为为乘乘积积型型(图图632(a)和和叠叠加加型型(图图632(b)两类。它们都需要用恢复的载波信号两类。它们都需要用恢复的载波信号ur进行解调。进行解调。第五十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月6.2.2二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器1原理电路及工作原理原理电路及工作原理图图633(a)是是二二极极管管峰
18、峰值值包包络络检检波波器器的的原原理理电电路路。它它是是由由输输入入回路、二极管回路、二极管VD和和RC低通滤波器组成。低通滤波器组成。第五十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月式中式中,c为输入信号的载频为输入信号的载频,在超外差接收机中则在超外差接收机中则为中频为中频I，为调制频率。在理想情况下为调制频率。在理想情况下,RC网络的阻网络的阻抗抗Z应为应为第五十四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图634 加入等幅波时检波器的工作过程 第五十五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月 从这个过程可以得出下列几点从这个过程可以得出下列几点:(1)检检波波过过程程就
19、就是是信信号号源源通通过过二二极极管管给给电电容容充充电电与与电电容容对对电电阻阻R放电的交替重复过程。放电的交替重复过程。(2)由由于于RC时时常常数数远远大大于于输输入入电电压压载载波波周周期期,放放电电慢慢,使使得得二二极极管管负负极极永永远远处处于于正正的的较较高高的的电电位位(因因为为输输出出电电压压接接近近于于高高频频正正弦弦波波的峰值的峰值,即即UoUm)。(3)二二极极管管电电流流iD包包含含平平均均分分量量(此此种种情情况况为为直直流流分分量量)Iav及及高频分量。高频分量。第五十六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图635 检波器稳态时的电流电压波形 第五十七张
20、，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图636 输入为AM信号时检波器的输出波形图第五十八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图637 输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形 第五十九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月第六十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2性能分析性能分析1)传输系数传输系数Kd检检波波器器传传输输系系数数Kd或或称称为为检检波波系系数数、检检波波效效率率,是是用用来来描描述述检检波波器器对对输输入入已已调调信信号号的的解解调调能能力力或或效效率率的的一一个个物物理理量量。若若输入载波电压振幅为输入载波电压振幅为Um,输出直流
21、电压为输出直流电压为Uo,则则Kd定义为定义为(643a)(643b)第六十一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月由由于于输输入入大大信信号号,检检波波器器工工作作在在大大信信号号状状态态,二二极极管管的的伏伏安安特特性性可可用用折折线线近近似似。在在考考虑虑输输入入为为等等幅幅波波,采采用用理理想想的的高高频频滤滤波波,并并以以通通过过原原点点的的折线表示二极管特性折线表示二极管特性(忽略二极管的导通电压忽略二极管的导通电压VP),则由图则由图635有有:(644)式中式中,uD=ui-uo,gD=1/rD,第六十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(645)式式中中,
22、uD=ui-uo,gD=1/rD,为为电电流流通通角角,iD是是周期性余弦脉冲周期性余弦脉冲,其平均分量其平均分量I0为为(646)(647)第六十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(648)由由此此可可见见,检检波波系系数数Kd是是检检波波器器电电流流iD的的通通角角的函数的函数,求出求出后后,就可得就可得Kd。第六十四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月等式两边各除以等式两边各除以cos,可得可得(650)当当gDR 很大时很大时,如如gDR50时时,tan-3/3,代入式代入式(6-50),有有(651)(649)Kd=由由Uo=I0R,得得第六十五张，PPT共一
23、百四十四页，创作于2022年6月图图639KdgDR关系曲线图关系曲线图图图640滤波电路对滤波电路对Kd的影响的影响第六十六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2)输入电阻输入电阻Ri检检波波器器的的输输入入阻阻抗抗包包括括输输入入电电阻阻Ri及及输输入入电电容容Ci,如如图图641所所示示。输输入入电电阻阻是是输输入入载载波波电电压压的的振振幅幅Um与与检检波波器器电电流流的的基基频频分分量量振振幅幅I1之之比比值值,即即(652)输输入入电电阻阻是是前前级级的的负负载载,它它直直接接并并入入输输入回路入回路,影响着回路的有效影响着回路的有效Q值及回路阻抗。值及回路阻抗。(653
24、)第六十七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月当当gDR50时时,很小很小,从能量守恒原理来理解：从能量守恒原理来理解：代入代入可得可得第六十八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3检波器的失真检波器的失真1)惰性失真惰性失真在二极管截止期间在二极管截止期间,电容电容C两端电压下降的速度取决于两端电压下降的速度取决于RC的时常数。的时常数。图图642惰性失真的波形惰性失真的波形第六十九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月为为了了避避免免产产生生惰惰性性失失真真,必必须须在在任任何何一一个个高高频频周周期期内内,使使电电容容C通通过过R放电的速度大于或等于包络的下降
25、速度放电的速度大于或等于包络的下降速度,即即(655)U(t)=Um(1+mcost)(656)二极管停止导通的瞬间二极管停止导通的瞬间,uC=Um(1+mcost)。从从t1时刻开始通过时刻开始通过R放电后的电压：放电后的电压：(657)放电速放电速度度第七十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(657)可得可得第七十一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月实实际际上上,不不同同的的t1,U(t)和和uC的的下下降降速速度度不不同同,为为避避免免产产生生惰惰性性失失真真,必必须须保保证证A值最大时值最大时,仍有仍有Amax1。故令。故令dAdt1=0,得得代入式代入式(65
26、8),得出不失真条件如下得出不失真条件如下:(659)(660)(661)第七十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图图643底部切削失真底部切削失真2)底部切削失真底部切削失真第七十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(662)正常：正常：不正常：不正常：第七十四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月要避免底部切削失真要避免底部切削失真,应满足应满足(663)(664)第七十五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图644 减小底部切削失真的电路 第七十六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3)非线性失真非线性失真由检波二极管的非线性引起，由
27、检波二极管的非线性引起，R远大于远大于rD，可减小非线性，可减小非线性失真。失真。第七十七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3)频率失真频率失真第七十八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月4实际电路及元件选择实际电路及元件选择图图645检波器的实际电路检波器的实际电路第七十九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月检波器设计及元件参数选择的原则如下检波器设计及元件参数选择的原则如下:(1)回路有载回路有载QL值要大值要大,(2)为载波周期为载波周期(3)(4)(5)第八十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月例例6.3已知普通调幅信号载频已知普通调幅信号载频
28、fc=465kHz,调制信号调制信号频率范围为频率范围为300Hz3400Hz,Ma=0.3,RL=10k,如何确定图如何确定图6.4.5所示二极管峰值包络检波器有关元所示二极管峰值包络检波器有关元器件参数器件参数?解：解：一般可按以下步骤进行一般可按以下步骤进行:1)检检波波二二极极管管通通常常选选正正向向电电阻阻小小(500以以下下)、反反向向电电阻阻大大(500k以以上上)、结结电电容容小小的的点点接接触触型型锗锗二二极极管管,注注意意最最高高工工作作频频率率应应满满足足要求。要求。2)RC时时间间常常数数应应同同时时满满足足以以下下两两个个条条件件:电电容容C对对载载频频信信号号应近似
29、短路应近似短路,故应有故应有,通常取通常取;为避免惰性失真为避免惰性失真,应有应有RC。代入已知条件。代入已知条件,可得可得(1.73.4)10-6RC0.1510-3第八十一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月第八十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3)设设=0.2,则则R1=,R2=。为为避避免免底底部部切切割割失失真真,应应有有Ma,其其中中。代代入入已已知知条条件件,可可得得R63k。因因为为检检波波器器的的输输入入电电阻阻Ri不不应应太太小小,而而Ri=,所所以以R不不能能太太小小。取取R=6k,另另取取C=0.01F,这这样样,RC=0.0610-3,满满足
30、足上上一一步步对对时时间间常常数数的的要要求求。因因此此,R1=1k,R2=5k。4)CC的的取取值值应应使使低低频频调调制制信信号号能能有有效效地地耦耦合合到到RL上上,即即满足满足:或或取取Cc=47F第八十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月6.2.3同步检波同步检波1乘积型乘积型设设输输入入信信号号为为DSB信信号号,即即us=Uscost cosct,本本地地恢恢复载波复载波ur=Urcos(rt+),这两个信号相乘这两个信号相乘(672)经低通滤波器的输出经低通滤波器的输出,且考虑且考虑r-c=c在低通在低通滤波器频带内滤波器频带内,有有(673)第八十四张，PPT共一
31、百四十四页，创作于2022年6月由由上上式式可可以以看看出出,当当恢恢复复载载波波与与发发射射载载波波同同频频同同相相时时,即即r=c,=0,则则uo=Uocost(674)若恢复载波与发射载频有一定的频差若恢复载波与发射载频有一定的频差,即即r=c+cuo=Uocosct cost(675)引起振幅失真。若有一定的相差引起振幅失真。若有一定的相差,则则uo=Uocoscost(676)第八十五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图648 几种乘积型解调器实际线路 第八十六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2.叠加型叠加型对对DSB信信号号而而言言,只只要要加加入入的的恢
32、恢复复载载波波电电压压，可得到一个不失真的可得到一个不失真的AM波。波。us=UScos(c+)t=UScost cosct USsint sinct恢复载波恢复载波ur=Urcosrt =Urcosct图图649叠加型同步叠加型同步检波器原理电路检波器原理电路单频调制的单边带信号单频调制的单边带信号(上边带上边带)为为第八十七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月 us+ur=(Uscost+Ur)cosct Ussint sinct=Um(t)cosct+(t)(677)(678)(679)式中式中 us=UScos(c+)t=UScost cosct USsint sinct恢复
33、载波恢复载波ur=Urcosrt =Urcosct第八十八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月(680)式中式中,m=Us/Ur。当。当mUs时时,上式可近似为上式可近似为(681)(682)第八十九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图650 平衡同步检波电路 uo1=KdUr(1+mcost)uo2=KdUr(1-mcost)(683)则总的输出则总的输出uo=uo1-uo2=2KdUrmcost(684)第九十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图图651混频器的功能示意图混频器的功能示意图6.3混频混频6.3.1混频的概述混频的概述第九十一张，PPT共一百
34、四十四页，创作于2022年6月图图652三种频谱线性搬移功能三种频谱线性搬移功能(a)调制调制(b)解调解调(c)混频混频第九十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2混频器的工作原理混频器的工作原理设输入到混频器中的输入已调信号设输入到混频器中的输入已调信号us和本振电压和本振电压uL分别为分别为us=UscostcosctuL=ULcosLt这两个信号的乘积为这两个信号的乘积为(685)(686)cosct第九十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3混频器的主要性能指标混频器的主要性能指标1)变频增益变频增益变变频频电电压压增增益益定定义义为为变变频频器器中中频频输输
35、出出电电压压振振幅幅UI与与高高频频输输入信号电压振幅入信号电压振幅Us之比之比,即即(688)同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率PI与输入高频信号功率与输入高频信号功率Ps之比之比,即即(6-89)第九十四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2)噪声系数噪声系数混频器的噪声系数混频器的噪声系数NF定义为定义为通常用分贝数表示变频增益通常用分贝数表示变频增益,有有(690)(691)输入信噪比输入信噪比(信号频率信号频率)输出信噪比输出信噪比(中频频率中频频率)(692)第九十五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3)失真与干扰
36、失真与干扰变变频频器器的的失失真真有有频频率率失失真真和和非非线线性性失失真真。除除此此之之外外,还还会会产产生生各各种种非非线线性性干干扰扰,如如组组合合频频率率、交交叉叉调调制制和和互互相相调调制制、阻阻塞塞和和倒倒易易混混频频等等干干扰扰。所所以以,对对混混频频器器不不仅仅要要求求频频率率特特性性好好,而而且且还还要要求求变变频频器器工工作作在在非非线线性性不不太太严严重重的的区区域域,使使之之既既能能完完成成频频率率变变换换,又又能能抑抑制制各种干扰。各种干扰。第九十六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图图655混频器输入、输出电平的关系曲线混频器输入、输出电平的关系曲线4
37、)变频压缩变频压缩(抑制抑制)在混频器中在混频器中,输出与输入信号幅输出与输入信号幅度应成线性关系。实际上度应成线性关系。实际上,由于非线性由于非线性器件的限制器件的限制,当输入信号增加到一定程当输入信号增加到一定程度时度时,中频输出信号的幅度与输入不再中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系成线性关系,第九十七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月5)选择性选择性混混频频器器的的中中频频输输出出应应该该只只有有所所要要接接收收的的有有用用信信号号(反反映映为为中中频频,即即fI=fL-fc),而而不不应应该该有有其其它它不不需需要要的的干干扰扰信信号号。但但在在混混频频器器的的输输出出
38、中中,由由于于各各种种原原因因,总总会会混混杂杂很很多多与与中中频频频频率率接接近近的的干干扰扰信信号。号。第九十八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月6.3.2混频电路混频电路1晶体三极管混频器晶体三极管混频器第九十九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图图660收音机用典型变频器线路收音机用典型变频器线路(a)中波中波AM收音机的变频电路收音机的变频电路(b)FM收音机变频电路收音机变频电路第一百张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图图660收音机用典型变频器线路收音机用典型变频器线路(a)中波中波AM收音机的变频电路收音机的变频电路(b)FM收音机变频电路收
39、音机变频电路第一百零一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月2二极管混频电路二极管混频电路输入信号输入信号us为已调信号；为已调信号；本振电压为本振电压为uL,有有ULUs,图图661二极管平衡混频器原理电路二极管平衡混频器原理电路第一百零二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图图662为为二二极极管管环环形形混混频频器器,其其输输出出电电流流io为为经中频滤波后经中频滤波后,得输出中频电压得输出中频电压(6100)(6101)第一百零三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月3其它混频电路其它混频电路图图中中输输入入变变压压器器是是用用磁磁环环绕绕制制的的平平衡衡不不
40、平平衡衡宽宽带带变变压压器器,加加负负载载电电阻阻200以以后后,其其带带宽宽可可达达0530MHz。XCC型型乘乘法法器器负负载载电电阻阻单单边边为为300,带宽为带宽为030MHz,因此因此,该电路为宽带混频器。该电路为宽带混频器。图664 差分对混频器线路 第一百零四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图665 用模拟乘法器构成混频器 第一百零五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月图665 用模拟乘法器构成混频器 第一百零六张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月6.4 混频器的干扰 6.4.1信号与本振的自身组合干扰信号与本振的自身组合干扰对对混混频频器器而而
41、言言,作作用用于于非非线线性性器器件件的的两两个个信信号号为为输输入入信信号号us(fc)和本振电压和本振电压uL(fL),则非线性器件产生的组合频率分量为则非线性器件产生的组合频率分量为 f=p fLq fc(6102)第一百零七张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月式中式中p、q为正整数或零。当有用中频为差频时为正整数或零。当有用中频为差频时,即即fI=fLfLfc或或fI=fc-fL,只只存存在在pfLqfc=fI或或qfcpfL=fI两两种种情况可能会形成干扰情况可能会形成干扰,即即pfLqfcfI(6103这样这样,能产生中频组合分量的信号频率、本振频率与中频频率之能产生中频
42、组合分量的信号频率、本振频率与中频频率之间存在着下列关系间存在着下列关系(6104)当取当取fL-fc=fI时时,上式变为上式变为(6105)或或fcfI称为变频比。称为变频比。fcfI称为变频比。如果取称为变频比。如果取fc-fL=fI,可得可得(6106)第一百零八张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月根据式（根据式（6105）得表得表61第一百零九张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月例例调调幅幅广广播播接接收收机机的的中中频频为为465 465 kHzkHz。某某电电台台发发射射频频率率fc=931KHzfc=931KHz。当当接接收收该该台台广广播播时时，接接收收机机
43、的的本本振振频频率率f fL L=f=fC C+f+fI I=1396=1396 KHzKHz。显显然然f fI I=f=fL L-f-fC C，这这是是正正常常的的变变频频过过程程(主主通通道道)。但但是是，由由于于器器件件的的非非线线性性，在在混混频频器器中中同同时时还还存存在在着着信信号号和和本本振振的的各各次次谐谐波波相相互互作作用用。变变频频比比f fC C/f/fI I=931=93146524652，查查表表6161，对对应应编编号号2 2和和编编号号1010的的干干扰扰。对对2 2号号干干扰扰，P=1P=1，q=2q=2，是是3 3阶阶干干扰扰，由由式式(6103)(6103)
44、，可可得得2f2fC C-f-fL L=29311396=466=29311396=466 KHzKHz，这这个个组组合合分分量量与与中中频频差差1 1 KHzKHz，经经检检波波后后将将出出现现1 1 KHzKHz的的哨哨声声。这这也也是是将将自自身身组组合合干干扰扰称称为为干干扰扰哨哨声声的的原原因因。对对1010号号干干扰扰，p=3p=3，q=5q=5是是8 8阶阶干干扰扰，其其形形成成干干扰扰的的频频率率关关系系为为5f5fC C-3f-3fL L=593131396=467=593131396=467 KHz465 kHzKHz465 kHz，可以通过中频通道形成干扰。，可以通过中频
45、通道形成干扰。第一百一十张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月 干扰哨声是信号本身干扰哨声是信号本身(或其谐波或其谐波)与本振的各次谐波组合形成的，与与本振的各次谐波组合形成的，与外来干扰无关，所以不能靠提高前端电路的选择性来抑制。减小这种外来干扰无关，所以不能靠提高前端电路的选择性来抑制。减小这种干扰影响的办法是减少干扰点的数目并提高干扰的阶数。其抑制方法干扰影响的办法是减少干扰点的数目并提高干扰的阶数。其抑制方法如下：如下：第一百一十一张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月 (1)(1)正正确确选选择择中中频频数数值值。当当f f固固定定后后，在在一一个个频频段段内内的的干
46、干扰扰点点就就确确定定了了，合合理理选选择择中中频频频频率率，可可大大大大减减少少组组合合频频率率干干扰扰的的点点数数，并并将将阶阶数数较低的干扰排除。较低的干扰排除。例如，某短波接收机，波段范围为例如，某短波接收机，波段范围为230MHz。如。如fI=1.5MHz，则变，则变频比频比fCfI=1.3320，由表，由表61可查出组合干扰点为可查出组合干扰点为2、4、6、7、10、11、14和和15号，最严重的是号，最严重的是2号号(3阶干扰阶干扰)，受干扰的频率，受干扰的频率fC=2fI=3MHz。第一百一十二张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月若若fI=0.5MHz，fC/fI=4
47、60，组合干扰点为，组合干扰点为7号和号和11号，最严重的是号，最严重的是7号号(7阶干扰阶干扰)，受干扰的频率，受干扰的频率fC=4fI=2MHz。由此可见，将中频由。由此可见，将中频由1.5MHz改为改为0.5MHz，较强的干扰点由，较强的干扰点由8个减少到个减少到2个，最强的干扰由个，最强的干扰由3阶降为阶降为7阶。但中频频率降低后，对镜像干扰频率的抑制是不利的。阶。但中频频率降低后，对镜像干扰频率的抑制是不利的。如选用高中频，中频采用如选用高中频，中频采用70MHz，fC/fI=0.0290.43，满足这一范围的，满足这一范围的组合频率干扰点也是很少的组合频率干扰点也是很少的(12、1
48、6和和19号号)，最严重的是，最严重的是12号干扰号干扰(阶数阶数7阶阶)，因此影响很小。，因此影响很小。第一百一十三张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月此外，采用高中频后，基本上抑制了镜像和中频干扰。由于采用高此外，采用高中频后，基本上抑制了镜像和中频干扰。由于采用高中频具有独特的优点，目前已广泛采用。实现高中频带来的问题是：中频具有独特的优点，目前已广泛采用。实现高中频带来的问题是：要采用高频窄带滤波器，通常希望用矩形系数小的晶体滤波器，这要采用高频窄带滤波器，通常希望用矩形系数小的晶体滤波器，这在技术上会带来一些困难，当然可采用声表面波滤波器来解决这一在技术上会带来一些困难，当
49、然可采用声表面波滤波器来解决这一难题，其相对带宽可做到难题，其相对带宽可做到0.02 0.02 7070，矩形系数可达，矩形系数可达1.21.2。(2)(2)正正确确选选择择混混频频器器的的工工作作状状态态，减减少少组组合合频频率率分分量量。应应使使g gm m(t)(t)的的谐谐波分量尽可能地减少，使波分量尽可能地减少，使电电路接近乘法器。路接近乘法器。(3)(3)采采用用合合理理的的电电路路形形式式。如如平平衡衡电电路路、环环形形电电路路、乘乘法法器器等等，从从电电路上抵消一些路上抵消一些组组合分量。合分量。第一百一十四张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月6.4.2外来干扰与本振
50、的组合干扰外来干扰与本振的组合干扰这这种种干干扰扰是是指指外外来来干干扰扰电电压压与与本本振振电电压压由由于于混混频频器器的的非非线线性性而而形形成成的的假假中中频频。设设干干扰扰电电压压为为uJ(t)=UJcosJt,频频率率为为fJ。接接收收机机在在接接收收有有用用信信号号时时,某某些些无无关关电电台台也也可可能能被被同同时时收收到到,表表现现为为串串台台,还还可可能能夹夹杂杂着着哨哨叫叫声声,在在这这种种情情况况下下,混混频频器器的的输输入入、输输出出和和本本振振的的示示意意图见图图见图669。图669 外来干扰的示意图 第一百一十五张，PPT共一百四十四页，创作于2022年6月如果干扰