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1、通信工程学院振幅调制、解调与混频电路1通信工程学院引言与概述引言与概述调调制制(Modulation)：由携有信息的电信号去控制高频振荡信号的某一个或某几个参数（幅度、相位、频率），使该参数按照电信号的规律而变化的一种方式。调制信号：有信息的电信号，可以是模拟信号，也可是数字信号；载波：高频振荡信号，频率通常远高于调制信号，可以是正弦信号，也可是非正弦信号；已调信号：是指受调制后的高频振荡信号，即已经把调制信号加载到载波中的信号。解解调调(Demodulation)：是调制的逆过程，即从已调信号中提取原调制信号的过程。2通信工程学院地位：是通信系统的基本组成电路。特点：将输入信号进行频谱变换，
2、以获得具有所需频谱的输出信号。频率变换电路频谱搬移电路（线性变换）频谱非线性变换电路振幅调制与解调、混频、频率调制与解调电路振幅调制与解调、混频、频率调制与解调电路频谱搬移电路频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。特点：仅频谱搬移，不产生新的频谱分量频频谱谱非非线线性性变变换换电电路路：将输入信号的频谱进行特定的非线性变换。特点：产生新的频谱分量3通信工程学院注意：线性与非线性仅针对频域，而对于时域则都属于非线性变换。信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图载 波复 音调 制波单 音调 制波频 谱波 形表达式信号4通信工程学院本章主要用到的信号系统知识点：公式定理以及常用三角公式傅里叶级
3、数展开泰勒级数展开5通信工程学院4.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型4.1.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型调幅AM(AmplitudeModulation)普通调幅，基础DSB(DoubleSidebandModulation)抑制载波的双边带调幅SSB(SingleSidebandModulation)抑制载波的单边带调幅6通信工程学院一、一、AM信号及其电路组成模型信号及其电路组成模型1.电路组成模型AM信号：载波信号振幅在原值上下按照低频（调制）信号规律变化，即：未经调制的输出载波电压振幅取决于调幅电路的比例常数要求：7通信工程学院组成模型:加法器+相乘
4、器图中，AM：相乘器乘积系数；A：相加器的加权系数；且A=k，AMAVcm=ka。8通信工程学院2.单音调制调制信号已调信号式中Vm0(1+Macos t)：vO(t)的振幅，反映调制信号的变化，称为调幅信号的包络。9通信工程学院表征调幅信号的重要参数。最大振幅最小振幅否则产生过调幅失真调幅度10通信工程学院频谱单音调制时调幅信号的频谱：由三个分量组成角频率为的载波分量；角频率为的上边频分量；角频率为的下边频分量两边频为相乘器对v(t)和vc(t)相乘的结果，负半频率部分没画。特点：上下两个边频(带)对称,成镜像。11通信工程学院3.复杂音调制调制信号v(t)为非余弦的周期信号，其傅里叶展开式
5、为式中，nmax=max/=Fmax/F，max=2Fmax为最高调制角频率，其值小于c。已调信号12通信工程学院频谱13通信工程学院BWAM=2Fmax频谱宽度结论调幅电路组成模型中的相乘器可对v(t)和vc(t)实现相乘运算，其结果：在波形上，将v(t)不失真地转移到载波信号振幅上；在频谱上，将v(t)的频谱不失真地搬移到的c两边；复杂音调制的调制度Ma是各个单音调制度的平方和开根号。14通信工程学院4.一般理论性推导（补充）已调信号式中 为外加的直流分量（目的是为了包络检波），为调制信号，载波角频率。不产生过调幅失真的条件时域15通信工程学院频域16通信工程学院17通信工程学院5.功率单
6、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，：载波分量产生的平均功率。18通信工程学院P(t)在一个调制周期内平均功率：上、下边频分量的功率，称为边频功率。讨论与调制效率的关系？AM的调制效率如何？19通信工程学院二、双边带和单边带调制电路组成模型二、双边带和单边带调制电路组成模型1.双边带调制信号目的：为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。定义：仅传输两个边频的幅度调制方式称为抑制载波的双边带调制，简称双边带调制。20通信工程学院21通信工程学院组成模型讨论其包络与调制信号不一致；调制效率高；信号的带宽与AM信号一样。22通信工
7、程学院2.单边带调制信号定义：仅传输一个边带(上边带或下边带)的调制方式称为单边带调制。目的：节省发射功率；频谱宽度压缩一半，BWSSB=Fmax。实现模型滤波法相乘器：产生双边带调制信号；滤波器：取出单边带信号。23通信工程学院24通信工程学院实现模型相移法相乘器、90相移器、相加器组成25通信工程学院相乘器I相乘器II26通信工程学院对于复杂信号调制上面的模型也成立。27通信工程学院28通信工程学院4.1.2 振幅解调和混频电路的组成模型振幅解调和混频电路的组成模型特点：均实现频谱不失真地搬移，两类组成模型类似。一、振幅解调电路一、振幅解调电路振幅调制信号的解调电路称为振幅检波电路，简称检
8、波电路(Detector)。本质：将振幅调制信号频谱不失真地搬回零频附近，也是一种频谱搬移电路。定义29通信工程学院组成模型：同步信号：已调信号30通信工程学院低通滤波器31通信工程学院讨论同步信号必须与输入信号保持严格同步（同频/同相），即相干，否则检波性能会下降。相乘器输出电压并经过低通滤波之后的有用分量为另一种非同步检波电路包络检波电路。32通信工程学院二、混频电路二、混频电路(Mixer/Convertor)1.作用频谱搬移：将载频为fc的已调信号vS(t)不失真地变换为载频为fI的已调信号vI(t)。vL(t)：本振电压，fL：本振频率。vI(t)：中频频率(Intermediate
9、Frequency,IF)。33通信工程学院fL、fI、fc之间的关系为下混频(Down-Convertor)上混频(Up-Convertor)2.组成模型或34通信工程学院35通信工程学院4.1.3 小结小结振幅调制电路、振幅解调电路、混频电路都属于频谱搬移电路，它们都可以用相乘器和相应滤波器组成的模型来实现。相乘器的作用就是将输入信号频谱不失真地搬移到参考信号频率的两边，或者说，输入信号频谱向左右搬移参考信号频率的数值。滤波器则是取出有用分量，抑制无用分量。36通信工程学院电路类型输入信号参考信号滤波器振幅调制电路调制信号载波信号带通振幅检波电路已调振幅调制信号同步信号低通混频电路已调信号
10、本振信号带通37通信工程学院4.2 相乘器电路相乘器电路实现：利用非线性器件。类别电阻性电抗性按非线性器件按输入信号注入方式两输入信号加到同一器件输入端两输入信号加到不同器件输入端38通信工程学院4.2.1 非线性器件的相乘作用及其特性非线性器件的相乘作用及其特性一、非线性器件相乘作用的一般分析一、非线性器件相乘作用的一般分析二极管、晶体管的交流伏安特性可表示为：式中，v=VQ+v1+v2VQ：静态工作点电压，v1、v2：输入电压。将f(v)在VQ处进行泰勒展开：39通信工程学院由于所以讨论：在两个电压同时作用下，响应电流中：出现了两个电压的相乘2a2v1v2，(m=1，n=2)出现了无用高阶
11、相乘项，(m1，n2)。设则组合频率分量p,q=|p1q2|，(p，q=0，1，2，)(p+q)为偶数的组合频率分量均是由级数中n大于或等于(p+q)的各偶次方项产生的；(p+q)为奇数的组合频率分量均是由级数中n大于或等于(p+q)的各奇次方项产生的。40通信工程学院产生频率分量，其最高谐波次数为n。消除无用组合频率分量的措施：从器件的特性考虑。选用具有平方律特性的场效应管；选择合适的静态工作点；从电路考虑。采用多个非线性器件组成平衡电路，抵消部分无用组合频率分量；采用补偿或负反馈技术实现接近理想的相乘运算；从输入电压大小考虑。限制信号值使器件工作在线性时变状态，可以获得优良的频谱特性。41
12、通信工程学院二、线性时变状态二、线性时变状态1.线性时变表达式将i=f(VQ+v1+v2)在(VQ+v1)点上对v2进行泰勒级数展开，即与(4-2-4)比较可得，42通信工程学院若v2很小，上式简化为f(VQ+v1)和f(VQ+v1)是与v2无关的系数，但受v1影响，称为时变系数时变系数或时变参量时变参量。时变静态电流时变增量电导i与v2之间的关系是线性的，类似于线性器件，但是它们的系数是时变的，因此将这种器件的工作状态称为线性时变。这种状态十分适宜于构成频谱搬移电路。43通信工程学院2.频率成分若v1=V1mcos1t，它的傅里叶展开式式中与v2相乘组合频率分量仅为，且无用频率分量与有用分量
13、间隔容易设计得较大（），便于滤波。44通信工程学院三、半导体器件的线性时变模型三、半导体器件的线性时变模型1.二极管v1=V1mcos1t足够大，设VQ=0，则在v1作用下，I0(v1)、g(v1)的波形如图：引入K1(1t)代表高度为1的单向周期性方波，称为单向开关函数：45通信工程学院则g(t)和I0(t)可分别表示为因此，对右图中电路，当v1足够大，v2足够小时，通过二极管电流46通信工程学院二极管用受v1(t)控制的开关等效是线性时变工作状态的一个特例，对v1,v2取值有要求。它可进一步减少组合频率分量。这种状态称为开关工作状态。47通信工程学院2.差分对管特点：由多个非线性器件组成的
14、平衡式电路，v1和v2分别加在不同的输入端，实现f(v1)和f(v2)相乘的特性。48通信工程学院即差分对管工作在线性时变状态。差分对管差模特性差模输入：v1=V1mcos1t若有：I0=A+Bv2A 和B 为常数，代入差模特性，差分对管输出差值电流为：49通信工程学院结论：利用两管的平衡抵消原理，差分对管的输出电流中减少了直流分量与p为偶数的众多组合分量。式中是(2n-1)次谐波分量的分解系数50通信工程学院x10.00.51.01.52.02.53.04.05.07.010.0 1(x1)0.00000.12310.23560.33050.45080.46310.50540.55860.5
15、8770.61120.62570.6366 3(x1)0.0000-0.0046-0.0136-0.0271-0.0435-0.0611-0.1214-0.1571-0.1827-0.2122 5(x1)0.00000.002260.00970.03550.05750.08310.127351通信工程学院当x1很大(x110，即V1m260mV)时，趋于周期性方波，可近似用双向开关函数K2(1t)表示，即52通信工程学院优点：相比二极管电路，双差分对电路无直流分量，幅度加倍。不必将v2限制在很小数值内，只要保证I0受到v2线性控制即可。53通信工程学院线性时变器件适宜构成频谱搬移电路的原因：线
16、性时变器件输出电流中存在众多组合频率分量，但无用分量均远离有用分量，易于滤波。两种非线器件实现线性时变工作比较：四、小结与展望四、小结与展望二极管差分对管组成单个非线性器件多个非线性器件(差分对管)组成平衡式电路特点信号加在同一器件输入端信号加在不同器件输入端 v2幅度受限v2幅度不受限，(线性)输出电流无q=1，p 为偶数组合频率分量同左，且无平均分量54通信工程学院非线性器件构成相乘器电路的两种模式：v1和v2直接相乘。必须采取平衡、反馈等措施消除无用的高阶相乘项，并扩展两输入信号电压的动态范围。应用于频谱搬移电路，信号处理电路。例：对数-反对数相乘器、双差分对模拟相乘器。将v2与经非线性
17、变换的v1相乘。用于频谱搬移电路，例：双差分对平衡调制器，大动态范围平衡调制器，二极管环形混频器。问题：相乘器与混频器有何区别？55通信工程学院4.2.2二极管平衡、双平衡混频器二极管平衡、双平衡混频器(Diode Double-balanced Mixer)思路：采用线性时变工作状态可以减少不必要的频率分量，还可以从电路角度考虑，用平衡电路进一步抵消不必要的频率分量。一、二极管平衡电路一、二极管平衡电路56通信工程学院思考：和二极管开关电路比较频率分量。二、二极管双平衡电路二、二极管双平衡电路57通信工程学院三端口：R输入口，vS=Vsmcosct；L本振口，vL=VLmcosLt；I输出口
18、，RL为负载电阻，取出中频信号。Tr1、Tr2：宽频带变压器，中心抽头，初、次绕组匝数比为1:1。若VLmVsm，则可认为各二极管均工作在受vL控制的开关状态。58通信工程学院vL正半周，D2、D3导通，D1、D4截止消去vL59通信工程学院vL负半周，D2、D3截止，D1、D4导通。同理可求vL负半周时的情况开关函数为K1(Lt-)60通信工程学院通过RL的总电流为双平衡混频器的输出电流中仅包含(pLc)(p为奇数）的组合频率分量，而抵消了 L、c以及p为偶数，q=1的组合频率分量。61通信工程学院若令I=L c则通过的中频电流为62通信工程学院环形混频器(RingMixer)：各个端口之间
19、有良好的隔离，即L端口和R端口对I端口是隔离的；L端口对R端口是隔离的；R端口对L端口是隔离的。实际情况，极少量功率在各端口之间窜通。63通信工程学院二二、混频损耗、混频损耗(Conversion Loss)定义：在最大功率传输条件下，输入信号功率PS对输出中频功率PI的比值，其单位用分贝表示。分贝数越大，混频损耗越大，输出中频信号的能力越差。加到输入信号源端电流ii为：64通信工程学院通常RLRD，所以接在输入信号源端的等效负载电阻为令Rs=Ri=RL，实现功率匹配，则输出中频电压有效值为相应的输出中频功率为65通信工程学院混频损耗为讨论考虑变压器和二极管损耗，Lc约为68dB；工作频率增高
20、时，Lc将相应增大。工作条件：本振口功率足够大(二极管开关工作)，而输入口功率必须远小于本振功率。否则Lc均将增大。若用作双边带调制电路，由于变压器的低频响应差，则：I端：调制信号v。R端：载波信号vc。L端：双边带信号输出。66通信工程学院二极管平衡混频器电路的分析方法：电路中的二极管工作在受参考信号控制的开关工作状态，这决定了这类电路的分析方法与步骤：分析参考信号大于零、小于零时，每个二极管的导通情况；画出参考信号大于零、小于零时的等效电路；二极管用其开关等效电路等效；利用KVL和KCL列电路方程，解方程即可。67通信工程学院4.2.3 三极管三极管Gilbert电路电路一、双极型一、双极
21、型Gilbert电路相乘器电路相乘器68通信工程学院1.电路组成原理平衡调制器的输出电流i和i由上面两差分对输出电流合成。故结论：双极型Gilbert电路不能直接实现v1和v2的相乘运算，仅提供了两个非线性函数(双曲正切)相乘的特性。69通信工程学院双差分对平衡器调制器的三种工作状态此时实现了相乘运算。70通信工程学院,v1为任意值实现线性时变工作状态。实现开关工作状态。讨论：上述三种状态都要求v2取小值，采用反馈技术可扩展其动态范围。71通信工程学院2.扩展v2的动态范围Re：负反馈电阻根据可得则72通信工程学院电路中因而根据若则则x的三次方及其以上各次方项可忽略73通信工程学院平衡调制器的
22、输出差值电流为允许的最大动态范围为举例74通信工程学院XFC1596集成平衡调制器扩展扩展 v 动态范围动态范围可可扩扩展展 v 动动态态范范围围的的差分对平衡调制器差分对平衡调制器恒流源恒流源负载电阻负载电阻载波载波调制调制平平衡衡电电位位器器，确确保保 v=0 时时 i=0T7T8 偏置电阻偏置电阻T5T6 偏置电阻偏置电阻T1T2 偏偏置电阻置电阻75通信工程学院XFC1596用于同步解调：可解调AM、DSB、SSB、VSB（残留边带）调制信号。76通信工程学院3.扩展v1的动态范围。T7T10组成补偿回路。77通信工程学院则因而双差分对管的输出差值电流即T7、T8和T1T4共同构成两个
23、差值电流相乘的电路。78通信工程学院T9、T10、RE1构成与T5、T6、RE2相同的电压电流线性变换电路。且相乘器的相乘增益，单位为1/V。79通信工程学院4.2.4 集集 成成 模模 拟拟 相相 乘乘 器器(Integrated Analog Multiplier)又称为四象限相乘器。构成可控增益线性放大器。80通信工程学院实际情况：电路中固有的不对称性和非线性失调产生的偏差输出失调电压：VOO,VXIO,VYIO；馈通误差EYF,EXF。相乘特性非理想性产生的偏差总误差E；非线性误差ENL。其他限制因素小信号带宽，转移速率，全功率带宽，建立时间等。81通信工程学院双差分对模双差分对模拟相
24、乘器，拟相乘器，实现电流相实现电流相乘乘外接阻扩外接阻扩展展 v v2 2 动围动围恒流源，恒流源，提供偏置提供偏置V V-I I 线性线性变换器变换器外接阻扩外接阻扩展展 v v1 1 动围动围82通信工程学院大动态范围平衡调制器大动态范围平衡调制器AD630AD630是用两只增益相同的同相和反相放大器交替工作而构成的平衡调制器，可以有效地扩展v2的动态范围(高达100dB)。一、组成原理一、组成原理83通信工程学院A1与A3级联，接成反相放大器增益Avf1=Rf/R1A2与A3级联，接成同相放大器增益Avf2=1+Rf/R2增益相等，则或输入电压控制电压比较器，进而控制开关S。构成工作在开
25、关状态的平衡调制器。84通信工程学院二、主要特性二、主要特性开环增益和共模抑制比高110dB转移率快45V/s单位增益带宽大2MHz输入动态范围大100dB放大器隔离度高100dB可用作模拟开关85通信工程学院4.3 混频电路混频电路地位：超外差接收机的重要组成部分。作用：将天线上感生的输入高频信号变换为固定的中频信号。重要性：靠近天线，直接影响接收音机动态范围等性能。种类：一般接收机中：三极管混频器。高质量通信接收机：二极管环形混频器、双差分对平衡调制器混频器。86通信工程学院87通信工程学院4.3.1 通信接收机中的混频电路通信接收机中的混频电路一、主要性能指标一、主要性能指标1.混频增益
26、混频增益是指混频器的输出中频信号电压Vi（或功率PI）对输入信号电压Vs（或功率PS）的比值，单位是分贝（dB）。或或者用混频损耗Lc表示。88通信工程学院2.噪声系数混频器的噪声系数是指输入信号噪声功率比(PS/Pn)i对输出中频信号噪声功率比(PI/Pn)o的比值，单位是分贝（dB）。3.1dB压缩电平当输入信号功率较小时，混频增益为定值，输出中频功率随输入信号功率线性地增大；以后由于非线性，输出中频功率的增大趋于缓慢，直到比线性增大低于1dB时所对应的输出中频功率电平称为1dB压缩电平(1dBCompressionLevel)，用PI1dB表示。89通信工程学院PI1dB所对应的输入功率
27、是混频器动态范围的上限电平；而混频器的下限动态电平则是由噪声系数确定的最小输入信号功率单位dBm=90通信工程学院4.混频失真混频器件非线性，使输出电流包含众多无用组合频率分量，若某些靠近中频，则中频滤波器无法将它们滤除，叠加在有用中频信号上，引起的失真称为混频失真。5.隔离度本端口功率与其窜通到另一端口的功率之比，称为隔离度；单位是分贝（dB）。它的危害在于它会通过输入信号回路加到天线上，产生反向辐射而严重影响到邻近的接收机。91通信工程学院二、二极管环形混频器和双差分对混频器二、二极管环形混频器和双差分对混频器1.二极管环形混频器(Level7/17/23)优点：工作频带宽（几十千赫几千兆
28、赫）、噪声系数低（约6dB）、混频失真小、动态范围大缺点：没有混频增益、隔离度低、需要匹配网络2.双差分对平衡混频器(AD831)优点：混频增益大、不需要匹配网络、外加本振功率小、隔离度高、集成化缺点：噪声系数大（10dB）、动态范围小92通信工程学院4.3.2 三极管混频电路三极管混频电路电路简单，通常用于要求不高的接收机中。一、作用原理一、作用原理93通信工程学院L1C1为输入信号回路，调谐在fc上L2C2为输出中频回路，调谐在fI上vL=VLmcosLt为本振电压，接在基极回路vS=Vsmcosct为信号电压（很小、满足线性时变条件）VBB0为基极静态偏置电压vBB(t)=VBB0+vL
29、为三极管的等效偏置电压（时变基极偏压）vBE=VBB0+vL+vS94通信工程学院中基波分量与输入电压vS相乘，并令I=L c得到中频电流分量称为混频跨导，定义为输出中频电流幅值对输入信号电压幅值之比，其值等于gm(t)中基波分量幅度的一半。若设中频回路的谐振电阻为Re，则所需的中频电压vIiIRe，相应的混频增益为95通信工程学院结论：满足线性时变的条件下，三极管混频电路的混频增益与gmc成正比，而gmc又与VLm和静态偏置有关。三极管转移特性曲线其个点斜 率 连 线 即 为 跨 导 特 性gm(vBE)。当VBB0一定，VLm，则gmc，直到gm(t)趋近方波，gmc到达最大值。96通信工
30、程学院实际情况，由于自给偏置效应，基极偏置电压将自静态值VBB0向截止方向移动。反之，当VLm一定，改变VBB0时，gmc也会相应变化。97通信工程学院二、电路二、电路本振（虚框）：电感三点式；Le,Lb取值较小，本振回路对输入信号严重失谐；输入回路对本振信号严重失谐，保证隔离度。98通信工程学院4.3.3 混频失真混频失真产生原因：由混频器的非线性所引起。分类组合频率干扰干扰哨声寄生通道干扰（混频器特有)交调失真非线性失真互调失真加在混频电路输入端的信号有：99通信工程学院一、干扰哨声和寄生通道干扰一、干扰哨声和寄生通道干扰1.干扰哨声产生原因：有用信号+本振信号混频器件输出电流组合频率分量
31、：fp,q=|pfLqfc|变换通道：p、q值及其正负号，振幅随p,q值的增加而减少只有p=q=1的通道是有用的，它可以将输入信号频率变换为所需的中频，而其余大量的变换通道无用甚至有害。若存在某一对p和q，使得|pfLqfc|=fIF，F为音频频率（低频），则该通道能顺利通过中频放大器，收听者能同时听到有用信号以及检波后的差拍信号（频率F）形成的哨叫声，称为干扰哨声。100通信工程学院例：fs=931kHz，fI=465kHz，fL=fs+fI=1396kHz输出可能存在2fsfL=(29311396)kHz=466kHz的组合频率，与465kHz一起送到检波器，产生差拍现象，在扬声器听到1k
32、Hz的哨叫。若令101通信工程学院一般fIF，上式可简化为：结论：产生干扰哨声的输入有用信号频率有无限多个，并且其值均接近于fI的整数倍或分数倍。p、q较大的干扰哨音可忽略。只有满足干扰哨音条件且落入接收机频段内的信号才会产生干扰哨音。102通信工程学院减小干扰哨声的方法将产生最强干扰哨声的信号频率移到接收频段之外。由于当 p=0，q=1时干扰哨声强，即fcfI。接收机的中频选在接收频段以外，避免这个最强的干扰哨声。如，中频接收机，fI规定为465kHz。(中波：5351605kHz)103通信工程学院2.寄生通道干扰产生原因：干扰信号+本振信号当干扰频率fM与本振频率fL满足：|pfLqfM
33、|=fI干扰信号就将其频率fM变换为fI，顺利地通过中频放大器，造成干扰(收音机听到干扰信号)。这种干扰称为寄生通道干扰。此时收音机中既能听到正常广播声音，同时又能听到干扰电台声音。若令可以形成寄生通道干扰的干扰信号频率为104通信工程学院寄生通道干扰的两种最强情况：中频干扰(IntermediateFrequency)(p=0，q=1)fM=fI，故称中频干扰。这时，混频器起到中频放大器的作用，具有比有用信号更强的传输能力。镜像干扰(ImageFrequency)(p=1，q=1)fK=fL+fI=fc+2fI，这种干扰信号，所通过的寄生通道具有与有用通道相同的p、q值，因此具有与有用通道相
34、同的变换能力。105通信工程学院当fM一定时，接收机能够在哪些fc上收听到该干扰信号。例：当混频器输入端有fM=1000kHz干扰信号时，接收机能够在1070kHz(p=1,q=2)和767.5kHz（p=2,q=2）等频率刻度上收听到该干扰信号声音。106通信工程学院3.小结干扰哨声由输入有用信号产生，而寄生通道干扰则是由输入干扰信号产生，它们都是混频器中特有的干扰现象。消除干扰哨声，必须将产生较强干扰哨声的信号频率移到接收频段以外，其中接近于中频的信号所产生的干扰哨声最强，因而必须将中频移到接收频段以外。克服寄生通道干扰的影响，就必须加大寄生通道干扰信号与有用输入信号之间的频率间隔，以便混
35、频器前滤波器将寄生通道干扰信号滤除，不让它们加到混频器输入端。克服中频干扰，应将中频选在接收频段以外，且远离接收频段。克服镜像频率干扰（它与有用信号之间的频率间隔为中频的两倍），高中频方案/二次混频结构。107通信工程学院4.高中频方案低中频方案，将中频选在低于接收频段的范围。中频低，中频放大器容易实现高增益和高选择性。高中频方案，将中频选在高于接收频段的范围。中频很高，镜像频率干扰的频率远高于有用信号频率，混频前的滤波电路很容易将它滤除。例：短波通信接收机，接收频段为(230)MHz，中频选在70MHz附近。108通信工程学院5.二次混频方案高中频+低中频方案。109通信工程学院二、交调失真
36、和互调失真二、交调失真和互调失真交调失真和互调失真不仅会在混频器中产生，也会在高频和中频放大器产生。它是由二个或多个输入信号通过非线性器件时产生的。1.交调失真(Cross-ModulationDistortion)原因：接收机前端电路选择性不好，有用信号vS和干扰信号vM同时串入混频器输入端，且二者皆为调幅波。现象：不仅可听到有用信号，同时也听到干扰信号。当接收机对有用信号失谐时，干扰信号也随之消失。如同干扰台调制信号调制在有用信号频率上，故称交叉调制干扰。特点：混频器件非线性的高次方项引起的，且与干扰信号电压振幅的平方成正比。110通信工程学院设混频器件在静态工作点上展开的伏安特性为i =
37、f(v)=a0+a1v+a2v2+a3v3+a4v4+其中v=vL+vS+vM=VLmcosLt+Vsmcosct+VMmcosMtv 的二次方项(展开式中的2a2vLvS)、四次方项(展开式中的及更高偶次方项均会产生中频电流分量。其中产生的中频电流分量振幅为，其值与VMm有关。这种失真是将干扰信号的包络交叉地转移到输出中频信号上去的一种非线性失真，故称为交叉调制失真。111通信工程学院2.互调失真(IntermodulationDistortion)原因：混频器输入端同时作用着两个干扰信号vM1和vM2。令v=vL+vS+vM1+vM2=VLmcosLt+Vsmcosct+VM1mcosM1
38、t+VM2mcosM2t则i 中将包含的组合频率分量其中，fLfc=fI(p=q=1，r=s=0)为有用中频分量，若将引起混频器输出中频信号失真。这种失真由两个干扰信号互相调制产生的，故称互调失真。112通信工程学院若在r 和s 为小值时(r=1，s=2或r=2，s=1)的组合频率分量的频率趋近于fI，即fL-(2fM1-fM2)fI或fL-(2fM2-fM1)fI亦即2fM1-fM2fc或2fM2-fM1fc这种互调失真最严重。由于r+s=3，称这种失真为三阶互调失真，它是由v 四次方项中的或产生的。当VM1m=VM2m=VMm时，它们的幅度均为 113通信工程学院3.三阶互调失真截点工程中
39、往往将允许的最大三阶互调失真作为混频器（或高频放大器）的重要性能指标，且将它对应的最大输入干扰强度作为动态范围的上限。原理：有用输入信号产生的中频电流分量幅度为与Vsm成正比；而三阶互调失真分量的幅度与输入干扰信号幅度VMm的三次方成正比。通常将中频功率的延长线与三阶互调失真功率线的交点称为三阶互调截点(ThirdOrderIntermodulationInterceptPoint)，相应的互调失真功率用PIM3表示。114通信工程学院PIM3大体比PI1dB高(1015)dBm，可根据PIM3估算某一输入干扰电平所对应的输出三阶互调失真电平。115通信工程学院例：某一混频器，已知PI1dB=
40、10dBm，对应的输入信号功率为0dBm，试求两个输入干扰电平均为-20dBm时的输出三阶互调失真电平。解：已知PI1dB，因而PIM3PI1dB+(10 15)dBm=(2025)dBm。取PIM325dBm，则对应的输入干扰功率PM=15dBm。当 PM=20dBm，即 自15dBm下降35dBm时，相应的PIM自PIM3下降105dBm，即为-80dBm。116通信工程学院抑制干扰的措施：1.提高混频器前端电路的选择性例如：中频干扰，加中频陷波器。2.适当选择中频频率将中频选在接收频段之外。采用高中频方案，使镜像干扰频率远离有用信号频率。3.合理选择混频器工作点将Q 点设置在混频器件特性
41、的二次方区域，尽量减少三次方项或更高次项所引起的交叉调制干扰。4.尽量采用组合频率分量少的混频电路与器件模拟相乘器、二极管平衡混频器等，具有输出组合频率分量数量少的特点。117通信工程学院4.4 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路4.4.1 振幅调制电路振幅调制电路按功率高低分类：高电平调制电路：置于发射机的末端，要求产生功率足够大的已调信号。118通信工程学院低电平调制电路：置于发射机的前端，产生小功率的已调信号，而后通过多级线性功率放大器放大到所需的发射功率。一、高电平调幅电路一、高电平调幅电路(High Level AM Circuit)优点：是可以不必采用效率较低的线性功率放大器，这
42、对提高发射机整机效率有利。用途：调幅发射机（中波和短波）。电路：广泛采用高效率的丙类谐振功率放大器。包括集电极调幅电路(CollectorAMCircuit)和基极调幅电路(BaseAMCircuit)，以及调制信号同时加到集电极和基极上构成复合调幅电路。119通信工程学院载波电压通过双调谐回路加到T2管基极，输出端采用并馈方式和型匹配网路。注意：C8为高频滤波电容，其容抗值对调制信号频率开路，对载波频率短路。120通信工程学院载波电压通过变压器耦合以及L型网络加到基极，C2高频滤波电容。121通信工程学院二、低电平调制电路二、低电平调制电路用途：实现双边带和单边带调制。优点：调制线性好，载波
43、抑制能力强，而功率和效率的要求则是次要的（信号的特点）。载漏：表示载波抑制能力的强弱，指输出泄漏的载波分量低于边带分量的分贝数。例如 馈通误差。122通信工程学院三、滤波法单边带发射机三、滤波法单边带发射机技术难度与载波频率高低密切相关过渡带。因此采用滤波法构成单边带发射机，一般均采用多级滤波。123通信工程学院在某些单边带发射机中，为了接收机便于产生同步信号，还同时发射低功率的载波信号，称为导频信号。124通信工程学院4.4.2 二极管包络检波电路二极管包络检波电路任何振幅调制信号，都可以用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。普通调幅信号(AM)来说，由于它的载波分量未被抑制，还可
44、以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而未必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络检波器(EnvelopeDetector)。125通信工程学院一、工作原理一、工作原理1.电路由工作在受输入信号控制的开关工作状态的检波二极管D和RLC低通滤波器串联组成，称为串联型二极管包络检波电路，为大信号检波电路。当输入端AM信号其值足够大时，二极管的伏安特性可用自原点转折，斜率为gD=1/RD的折线逼近。126通信工程学院 ，低通滤波器的时间常数小于调制信号周期，低通滤波器的通频带让低频调制信号通过。，低通滤波器的时间常数远大于载波周期，滤除高频分量。2.工作过程检波过程就是信号源通过
45、二极管给电容充电和电容对负载电阻放电交替进行的过程；当vS(t)vAV时，二极管导通，vS向电容C充电，充电时间常数为=RDC；充电时间常数很小，电容器上的电压很快到达vS(t)的顶峰；127通信工程学院当vS(t)RD的条件时，可以认为，VAVVm，即检波电压传输系数d趋于1，而叠加在vAV上的残余高频(输出纹波)电压趋于0。130通信工程学院二、输入电阻二、输入电阻在接收机中，检波器前接有中频放大器,iS和L1、C1、R1分别为中频放大器折算到检波器输入端的等效电流源和输出谐振回路（调谐在c上）。检波器是中频放大器的输出负载。可用检波输入电阻Ri来表示这种负载效应；而Ri定义为输入高频电压
46、振幅对二极管电流i中基波分量振幅的比值。131通信工程学院Ri的求法可近似从能量守恒原理求得。设输入高频等幅电压相应的输出直流电压为VAV检波器获得的高频功率为输出的有用平均功率为且由此可得若输入为调幅信号，且 则可用同样推导方法推出上述结果。二极管包络检波器的输入电阻Ri与输出负载电阻RL直接有关。132通信工程学院负载效应：Ri会使输入中频谐振回路的谐振电阻减小。减小负载效应，必须增大Ri，即增大RL。但增大RL，受检波器惰性失真(后面介绍)的限制。解决办法：采用三极管射极包络检波电路。原理：发射结等效检波二极管；输入电阻比二极管检波器增大了(1+)倍。(该检波电路广泛应用于在集成电路中)
47、。133通信工程学院三、并联型二极管包络检波电路三、并联型二极管包络检波电路当要求检波电路和中频放大器间接隔直流电容时，常用并联型(RL与二极管D并接)二极管包络检波电路。C是负载电容，兼作隔直电容并联型电路与串联型电路有相同的检波过程。与串联检波电路不同的是其输出电压vO中还包括输入信号直接通过C在输出端产生的高频电压，即vO=vSvC。因而需要在检波器的后续电路中另加低通滤波器将高频成分滤除。134通信工程学院由于输入信号源直接在RL上消耗高频功率，因而它的输入电阻比串联型电路小。根据能量守恒当135通信工程学院1.大信号检波(包络检波)四、大信号检波与小信号检波四、大信号检波与小信号检波
48、条件：二极管伏安特性可用原点转折的两段折线逼近(即输入电压足够大，二极管工作在导通区和截止区时)故二极管包络检波的这种工作状态称为大信号检波。实际电路：均外加正向偏置电压(或电流)，克服VD(on)的影响。在这种情况下，工程上，可认为输入高频电压振幅大于500mV以上就能保证二极管检波器工作在大信号检波状态。2.小信号检波二极管在整个高频周期内导通，检波器从输入信号源获得的高频功率大部分消耗在RD上。vDvS(t)=Vmcosct。二极管的非线性伏安特性用幂级数来逼近136通信工程学院考察二次方项平方律检波(SquareLawDetection)。此时输出平均电压vAV不能反映输入调幅波的包络
49、变化。检波器获得的高频功率大部分消耗在RD上即实际电路：vS振幅Vm足够小(几至十几毫伏)，此时，二极管应设有很小的偏置电流。3.讨论为避免小信号检波的缺点，在接收机中，总是先将输入信号放大到足够的强度后再进行检波。小信号检波器利用二极管的平方律特性检波，检波输出的平均电压与输入信号幅度的平方成正比，可用于检测信号的有效值。137通信工程学院五、二极管包络检波电路的失真五、二极管包络检波电路的失真设：vS(t)=Vm0(1+Macos t)cosct，为保证振幅检波器有效工作，要求：工作在大信号检波状态，Vm0(1-Ma)500mVRLC 的低通滤波器带宽应大于Fmax。1.惰性失真产生原因增
50、大RL和C 值，可提高检波电压传输系数和高频滤波能力。但过大，二极管截止期间C 通过RL的放电速度过慢跟不上输入调幅波包络的下降速度，输出电平就会产生惰性失真。138通信工程学院避免产生惰性失真的条件必须在任何一个高频周期内，C 通过RL的放电速度大于等于包络的下降速度，即139通信工程学院单音调制时包络在t=t1时刻的下降速度为：C自t1时刻开始放电规律为VO1表示检波器在t1时刻的输出电压C通过RL的放电速度为140通信工程学院因此避免产生惰性失真的充要条件是求A对t1的导数，令它等于零，得单音调制时不产生惰性失真的充要条件141通信工程学院分析Ma和 越大，包络的下降速度越快，不产生惰性