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1、第六章 振幅调制、解调及混频 6.1 振幅调制 6.2 调幅信号的解调 6.3 混频 6.4 混频器的干扰 振幅调制：用调制信号去限制高频振荡波的振幅，使高频振荡波的振幅按调制信号的规律变更。振幅调制的类型：一般的调幅方式(AM)；抑制载波的双边带调幅方式(DSB-SC)；抑制载波的单边带调幅方式(SSB-SC)。6.1 振幅调制图6-1 AM 调制器示意图 调制信号:由原始信号(声音、数据、图像)转变而来的低频信号或视频信号，以u(t)或 f(t)表示。载波:未受调制的高频振荡信号，以uc(t)表示。已调信号:受调制后的高频振荡波，以us(t)表示。6.1.1 振幅调制信号分析 1.调幅波的
2、分析 1)表示式及波形 调制电压为 设载波电压为 通常满足c。依据振幅调制信号的定义，已调信号的振幅随调制信号u线性变更，由此可得振幅调制信号振幅Um(t)为 在恒值上叠加了受调制信号控制的变化量。式中，Uc(t)与调制电压u成正比,其振幅Uc=kaU与载波振幅之比称为调幅度(调制度)图6-1 AM 调制过程 中的信号波形Uc(1+m)Uc(1-m)特点：uAM的包络正比于调制信号；填充频率的瞬时频率未变，仍为fc；调制度m表示调制的深度，m1为过调制，过调制会产生包络失真。波形示意图如图6-2所示。式(6-4)中，ka为比例系数,一般由调制电路确定，故又称为调制灵敏度。由此可得调幅信号的表达
3、式 上面的分析是在单一正弦信号作为调制信号的情况下进行的，而一般传送的信号并非为单一频率的信号，是一连续频谱信号f(t)，这时，可用下式来描述调幅波:图6-2 实际调制信号的调幅波形 由式(6-5)可看出，要完成AM调制，可接受如图6-3所示的框图来实现，其关键是调制信号和载波的相乘。则调幅波表示式为式中，式中,f(t)是均值为零的归一化调制信号 ,若将调制信号分解为图6-3 AM 信号的产生原理图 2)调幅波的频谱 由图6-1(c)可知，调幅波不是一个简洁的正弦波形。在单一频率的正弦信号的调制状况下，调幅波如式(6-5)所描述。将式(6-5)用三角公式绽开，可得：频谱示意如图6-4和6-5所
4、示。图6-4 单音调制时已调波的频谱调制信号频谱载波信号频谱AM信号频谱 图6-5 语音信号及已调信号频谱 (a)语音频谱 (b)已调信号频谱 频谱的特点：1.AM波由载频和上、下边频(边带)组成；2.载波不含信息，只有上、下边频(边带)含有信息，边频与载频幅度比为m/2；3.已调波占有频带宽度为 B=2F(单频调制)或B=2Fmax(连续信号调制)；4.已调信号含有调制信号信息，但没有调制信号重量。3)调幅波的功率 在负载电阻RL上，一个载波周期内调幅波消耗的功率为 在负载电阻RL上消耗的载波功率为 由此可见,P 是调制信号的函数,是随时间变更的。上、下边频的平均功率均为 可见，AM波的平均
5、功率为载波功率与两个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为AM信号的平均功率为(一个调制信号周期内)调幅波的最大功率和最小功率,它们分别对应调制信号的最大值和最小值为 探讨：(1).Pmax限定了功率放大器的额定输出功率，使功放管不能充分利用。如：某功放管额定输出功率PH=10W,应选PHPmax的功放管，若m=0.5 则载波功率 Pc=PH/(1+m)2=10/(1+0.5)2=4.4W;平均功率 Pav=(1+m/2)Pc=4.95W (2).放射功率不能充分利用。上例说明，接受 10W 的晶体管，放射了5W，其中只有0.55W是含有信息的。(3).AM波的优点：a.产生便利；b.
6、频带窄(相对于FM波)；c.接收设备简洁。2.双边带信号(DSB-Double Side Band)在调制过程中，将载波抑制掉，就形成了抑制载波的双边带信号。它可由载波与调制信号相乘得到,其表示式为在单一正弦信号 u=Ucost 调制时,式中，g(t)是双边带信号的振幅，与调制信号成正比。单频调制时的波形如图6-6所示。图6-6 DSB信号波形示意 调制信号载波信号已调信号图6-6 DSB信号的频谱结构 图中fc只有位置特征，而没有其重量。单音频调制谱连续信号调制谱特点：a.g(t)u(与AM波的振幅不同)；b.DSB波既调幅又调相(填充频率 fc)。优点：放射的全部功率都载有消息。应用场合：
7、彩色电视中的色度信号、数据通信。留意：双边带调幅信号不仅其包络已不再反映调制信号波形的变更,且在调制信号波形过零点处的载波相位有180的突变。在调制信号正半周,cost为正值,双边带调幅信号uDSB(t)与载波信号uc(t)同相；在调制信号负半周,cost为负值,uDSB(t)与uc(t)反相 3.单边带信号(SSB-Single Side Band)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,干脆将一个边带抵消而成。单频调制时，uDSB(t)=kuuc。取下边带时的表达式 单频调制时的时域波形如图6-7所示，频域波形如图6-8和6-9所示。当取上边带时的表达式图
8、6-7 单音调制的SSB信号波形 单频调制时包络是一常数U图6-8 单边带调制时的频谱搬移 调制信号的频谱载频信号的频谱SSB信号的频谱 图6-11 语音调制的SSB信号频谱DSB信号的频谱上边带信号的频谱下边带信号的频谱 SSB调制的特点：1.功率利用率高；2.占用频带窄:BSSB=Fmax 应用场合：近代短波通信、有线载波通信。是短波通信的一种重要调制方式。6.1.2 振幅调制电路 1.AM调制电路 AM信号的产生可以接受高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前,AM信号大都用于无线电广播,因此多接受高电平调制方式。1)高电平调制(调制和功率放大合二为一)高电平调制主要用于AM调制,这种调
9、制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅。图6-12 集电极调幅电路 图6-13 集电极调幅的波形示意图 在集电极调幅时，功率放大器应工作在过压状态。图6-14 基极调幅电路 图6-15 基极调幅的波形示意图 在基极调幅时，功率放大器应工作在欠压状态。2)低电平调制（先调制，经功放，再放射。）(1)二极管电路。用单二极管电路和平衡二极管电路作为调制电路，都可以完成AM信号的产生。图6-16(a)为单二极管调制电路。当UcU时,由式(5-38)可知,流过二极管的电流 iD 为 图6-16 单二极管调制电路及频谱示意图 (2)利用模拟乘法器产生一般调幅波 若将 uc 加至 uA,u 加到 uB,则有(6-31)式中,m=U/UEE，x=UcUT。若集电极滤波回路的中心频率为 fc,带宽为 2F,谐振阻抗为 RL,则经滤波后的输出电压为 该式为一AM信号，这种状况下的差分传输特性及i0波形如图6-17所示。图6-17 差分对AM调制器的输出波形 将调制信号加上直流成分，即可得AM输出信号，调整直流成分大小，可调整调制度m的大小。图6-18(a)利用模拟乘法器BG314产生AM信号 图6-18(b)利用模拟乘法器MC1596产生AM信号