山东大学：《高频电子线路》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 频谱搬移电路（4.1）频谱搬移的基本原理及组成模型

第四章频谱搬移电路 重点:1.振幅调制波的基本特性(数学表达 式,波形图,频谱图,带宽,功率)。 2振幅解调的基本原理 3,混频的基本原理 4.峰值包络检波电路的性能分析 难点:1峰值包络检波器的工作原理 2.三极管混频器的工作原理 4.1

第四章 频谱搬移电路 重点：1.振幅调制波的基本特性(数学表达 式，波形图，频谱图，带宽，功率)。 2.振幅解调的基本原理 3.混频的基本原理 4.峰值包络检波电路的性能分析 难点：1.峰值包络检波器的工作原理 2.三极管混频器的工作原理 4.1

通信系统的基本组成电路: 振幅调制、解调、混频、调频、鉴频等电路。 这些电路的共同特点是: 将输入信号进行频谱变换,以获得所需要的频谱输出岀 “信号。故称之为频率(频谱)变换电路。 根据频谱变换的不同特点,频谱变换电路有 频谱搬移电路(沿频率轴不失真搬移) 非线性频率变换电路 4.1

通信系统的基本组成电路： 振幅调制、解调、混频、调频、鉴频等电路。 这些电路的共同特点是： 将输入信号进行频谱变换，以获得所需要的频谱输出 信号。故称之为频率（频谱）变换电路。     频谱搬移电路（沿频率轴不失真搬移） 非线性频率变换电路 根据频谱变换的不同特点，频谱变换电路有： 4.1

4.1频谱搬移的基本原理及组成模型 振幅调制电路 频谱搬移电路包括{调幅信号解调电路 混频电路 4.1.1振幅调制的原理及电路组成模型 调制的定义: 户科学与工学 在发射端将调制信号从低频端搬移到高频端 便于天线发送或实现不同信号源、不同系统的频 分复用。 普通振幅调制:AM( Amplitude modulation) 振幅调制,抑制载波的双边带调制:DSB( Double Sideband Modulation) 抑制载波的单边带调制:SSB( Single sideband Modulation) 残留边带调制:VSB( Vestigial sideband Amplitude Modulation 4.1.1

4.1.1 振幅调制的原理及电路组成模型 调制的定义： 在发射端将调制信号从低频端搬移到高频端, 便于天线发送或实现不同信号源、不同系统的频 分复用。 4.1 频谱搬移的基本原理及组成模型 频谱搬移电路包括      振幅调制电路 调幅信号解调电路 混频电路        普通振幅调制：AM（Amplitude Modulation） 抑制载波的双边带调制：DSB(Double Sideband Modulation) 振幅调制： 抑制载波的单边带调制：SSB(Single Sideband Modulation) 残留边带调制：VSB(Vestigial Sideband Amplitude Modulation) 4.1.1

U2(t) 電颦上U()|画制器 的功能 动画) 图41.1调幅电路功能 户科学与工学 (1)普通调幅信号表达式 AM (t)=( +k ci a om cos Q2t )cos t Von(1+M, cos 2t)cos a t C 4.1.1

一. 普通调幅信号的基本特性及组成模型 设载波为 ( ) cos c cm c   t V t = 1、单音频调制波 若调制信号 ( ) cos m  t V t   =  （为单音频信号），且 ( )  c （1）普通调幅信号表达式： ( ) ( cos )cos AM cm a m c   t V k V t t = +   (1 cos )cos = +  V M t t cm a c  （AM 调制器 的功能 动画） 4.1.1

其中 ,0<M调幅指数 k为由调制电路决定的比例系数。 (2)波形图(动画) 包络 白图可以得到调幅 指数Ma的另一表达式: max min max min max min 4.1.1

其中 m a a cm V M k V  =  ， 0 1   M a 调幅指数 ka为由调制电路决定的比例系数。 （2）波形图（动画） 由图可以得到调幅 指数Ma的另一表达式: max min max min max min cm cm a cm cm V V V V V V M V V V V − − − = = = + 4.1.1

当Ma>1时m=(1-M)<0,即在=x附近, UM()为负值,如图412(a)所示,包络Vm() 限己不能反映原调制信号的变化规律而产生了失真 通常称这种失真为过调制失真( Over Modulation)。 但在实际调幅电路中,由于管子截止,过调制失真 的波形如图41.2(b)所示。(动画) (b) 图41.2过调制失真波形 4.1.1

当Ma＞1时， min (1 ) 0 V M = −  a ，即在  =t  附近， ( ) AM  t 为负值，如图4.1.2（a）所示，包络 ( ) V t m 已不能反映 原调制信号的变化规律而产生了失真， 通常称这种失真为过调制失真（Over Modulation）。 但在实际调幅电路中，由于管子截止，过调制失真 的波形如图4.1.2（b）所示。 图4.1.2 过调制失真波形 4.1.1 （动画）

(3)频谱图: 将调幅信号表达式改写成 UAM(O)=cm COs t+a cm [cos 2 可见单频信号调制的AM波,有 A“a两边,振幅均为MJm如圉 a-Q c @+e AM信号频谱动画 (4)频谱宽度: BW AM 2F F 2丌 结论:将的频普搬移到了载频的左右两边,形成了 上、下边频。 4.1.1

（3）频谱图： 将调幅信号表达式改写成 ( ) cos cos( ) cos( )   2 a cm AM cm c c c M V     t V t t t = + +  + −  可见, 单频信号调制的AM波，有一对边频，对称分布在 c 两边，振幅均为 1 2 M Va cm 如图所示。 2 , 2 BW F F AM   = = 结论：将  ( )t  的频谱搬移到了载频的左右两边，形成了 （4）频谱宽度： 上、下边频。 AM信号频谱动画 4.1.1

(5)功率谱 载频功率为:D1p2 2 R 两个边频分量产生的平均功率相同,均为: 1 MV P a c/7 2R )=MP 2 户科学与工学 边频总功率为: P=2 M P SB 犬调幅信号的总平均功率为 Pa=P+Po=(1+MaP 4.1.1

（5）功率谱 载频功率为: 2 1 2 cm o L V P R = 两个边频分量产生的平均功率相同, 均为: 1 1 2 2 ( ) 2 2 4 c c a cm a o L M V P P M P R   + − = = = 边频总功率为： 1 2 2 2 c P P M P SB a o = =  +  调幅信号的总平均功率为 1 2 (1 ) 2 P P P M P av o a o = + = +  4.1.1

2、多音频调制42 0 m 设 则 AM 0 4其中Mm= (0.-O a2+ a-Qmn a+min 波形图与 图4.1.3多音频信号的波形与频谱 频谱图 多频率调制时AM调制信号动画 带宽BW=2F 4.1.1

2、多音频调制波 设 0 ( ) cos mn n n  t V t    = =   则 0 (1 cos ) cos AM cm an n c n   V M t t  = = +   mn an a cm V M k V  其中 =  波形图与 频谱图 max 带宽 BW F = 2 多频率调制时AM调制信号动画 4.1.1

3、AM信号的实现模型(动画) 调幅信号的表达式式可以改写为 k Qm COS 2t cos o t 1+k2()32(0)其中k 实现模型如下图示,其中带通滤波器的中心频率为 户科学与工学 f,带宽为BWA va(t) 带通 →→ 带通 滤波器 Po(t) 滤波器 直流电平U( U 图414AM信号的实现方框图 4.1.1

3、AM信号的实现模型（动画） 调幅信号的表达式式可以改写为 ( ) (1 cos ) cos a AM m cm c cm k t V t V t V   = +    1 [1 ( )] ( ) c = +  k t t    实现模型如下图示，其中带通滤波器的中心频率为 c f ，带宽为 BWAM 图4.1.4 AM信号的实现方框图 1 a cm k k V 其中 = 4.1.1