第5章振幅調(diào)制解調(diào)及混頻

1、第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻知識目標(biāo)知識目標(biāo) 通過本章學(xué)習(xí)，掌握振幅調(diào)制（即調(diào)幅）、檢波和混頻的頻譜搬移原理，三種振幅調(diào)制（AM、DSB、SSB）的表達(dá)式和波形及頻譜特點(diǎn)以及產(chǎn)生AM、DSB和SSB的方法應(yīng)用場合；了解殘留邊帶調(diào)幅原理；掌握二極管環(huán)路相乘器和雙差分對集成模擬相乘器的工作原理及在振幅調(diào)制、振幅解調(diào)和混頻電路中的應(yīng)用；了解高電平調(diào)幅電路原理，掌握二極管包絡(luò)檢波器工作原理和性能分析；了解三極管混頻器工作原理及混頻干擾。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻能力目標(biāo)能力目標(biāo) 能力目標(biāo)知識要點(diǎn)相關(guān)知識權(quán)重自測分?jǐn)?shù)掌握調(diào)幅、檢波及混頻的工作原

2、理及特點(diǎn)頻譜搬移原理調(diào)幅、檢波及混頻頻譜特點(diǎn)20%掌握AM、DSB、SSB振幅調(diào)制三種振幅調(diào)制表達(dá)式和波形及頻譜特點(diǎn)產(chǎn)生AM、DSB和SSB的方法應(yīng)用場合20%掌握振幅調(diào)制電路工作原理低電平調(diào)幅電路和高電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路和高電平調(diào)幅電路應(yīng)用20%掌握調(diào)幅信號的解調(diào)工作原理二極管大信號包絡(luò)檢波和同步檢波二極管大信號包絡(luò)檢波和同步檢波性能分析及應(yīng)用20%掌握混頻原理及混頻干擾混頻工作原理及電路、混頻性能指標(biāo)混頻電路應(yīng)用及混頻干擾20%第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻圖5-1 超外差調(diào)幅收音機(jī) 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.1 概述概述

3、無線電通信的基本任務(wù)是通過無線電波遠(yuǎn)距離傳送各種信息，而在傳送過程中這些信息必須用到調(diào)制與解調(diào)。調(diào)制是將要傳送的信息加載到某一高頻振蕩信號（載頻）上的過程，解調(diào)是調(diào)制的逆過程，即從高頻振蕩信號中恢復(fù)原來的傳送信息。 從頻域分析的角度看，調(diào)制與解調(diào)都是頻譜搬移的過程。頻譜搬移是指將輸入信號進(jìn)行頻譜變換，以獲得具有所需頻譜的輸出信號。振幅調(diào)制與解調(diào)、頻率調(diào)制與解調(diào)、相位調(diào)制與解調(diào)、混頻等電路，都屬于頻譜搬移電路。如果頻率變換前后，信號的頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號頻譜無失真在頻率軸上搬移，則稱之為線性頻率變換，具有這種特性的電路稱之為線性頻譜搬移電路，本章討論的振幅調(diào)制與解調(diào)、混頻等電路就屬于這一類。

4、如果頻譜搬移過程中，輸入信號的頻譜不僅在頻域上搬移，而且頻譜結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，則這類電路稱為非線性頻譜搬移電路，頻率調(diào)制與解調(diào)、相位調(diào)制與解調(diào)就屬于這一類。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻(a) 調(diào)幅 (b) 檢波 (c)混頻圖5-2 調(diào)幅、檢波、混頻的組成原理及頻譜結(jié)構(gòu)示意圖 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.2 振幅調(diào)制原理及特性振幅調(diào)制原理及特性 幅度調(diào)制常用于長波、中波、短波和超短波的無線電廣播、通信、電視、雷達(dá)等系統(tǒng)。這種調(diào)制方式就是將要傳送的信號（調(diào)制信號）裝載在高頻載波信號的幅度上，使載波信號的幅度隨調(diào)制信號大小線性變化，而保持載

5、波的頻率不變。幅度調(diào)制信號按其輸出已調(diào)波信號頻譜結(jié)構(gòu)不同可分為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號（AM），抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號（DSB）, 抑制載波的單邊帶調(diào)幅信號（SSB）以及殘留邊帶調(diào)幅信號（VSB）。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.2.1 標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制信號分析（標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制信號分析（AM） 1標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式 設(shè)調(diào)制信號為單頻信號 tUtcos)(mu設(shè)載波信號為 tUtccmccos)(u 幅度調(diào)制是用調(diào)制信號控制載波的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號的規(guī)律變化，因此調(diào)制后形成的已調(diào)波振幅 可以表示為 )(AMtUtUKUtUcos)(mdcmA

6、M (Kd為比例系數(shù)) )cos1 (cmmdcmtUUKU)cos1 (cmtmUacmmdUUKma第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻 ma表示載波電壓振幅受調(diào)制信號控制的程度，稱為調(diào)幅系數(shù)，一般0ma1。 因此，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號可以表示為 tcos)cos1 ()(ccmAMtmUtua 可以看出，普通調(diào)幅信號的電路模型可以由一個(gè)乘法器和一個(gè)加法器組成。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的波形與頻譜標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的波形與頻譜 1）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的波形 圖5-3AM調(diào)幅信號的波形與頻譜 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及

7、混頻普通調(diào)幅波在一個(gè)信號周期內(nèi)的最大振幅為 ，最小振幅為 ， 按最大振幅和最小振幅表達(dá)式可推導(dǎo)出)1 (cmmaxamUU)1 (cmminamUUminmaxminmaxUUUUma上式表明，ma1，且ma越大，調(diào)幅波的外包絡(luò)線凹陷越深，即調(diào)制越深。如果ma1，則調(diào)幅波的外包絡(luò)線形狀與調(diào)制信號不同，產(chǎn)生過調(diào)失真。ma1時(shí)，波形如圖5-4所示。在實(shí)際應(yīng)用中，要求ma1。 圖5-4 ma1時(shí)AM調(diào)幅信號波形圖 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2 2）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的頻譜及帶寬）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的頻譜及帶寬 將AM調(diào)幅波信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式按三角函數(shù)公式展開得 tcos)cos1 (

8、)(ccmAMtmUtua tUmtUmtUaa)cos(21)cos(21cosccmccmccm 圖5-5 復(fù)雜調(diào)制信號的頻譜分布圖 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻3 3）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的功率關(guān)系）標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的功率關(guān)系 載波功率 2cmc21UP 邊頻功率 c22cmSBSB41221PmUmPPaa下上調(diào)制信號在一個(gè)周期內(nèi)的平均功率 c2SBSBc211PmPPPPa下上第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.2.2雙邊帶調(diào)幅信號（雙邊帶調(diào)幅信號（DSB） 普通調(diào)幅波的功率分配中，不包含有用信息的載波功率占了2/3，這部分功率白白浪費(fèi)了。如果

9、在向外發(fā)射無線電波時(shí)將載波成分抑制掉，僅保留包含有用信息的上下邊帶，就可以大大提高發(fā)射機(jī)功率有效性。這種僅傳送上下邊頻的調(diào)制方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，簡稱DSB調(diào)制。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻雙邊帶調(diào)幅信號數(shù)學(xué)表達(dá)式為 )()()(cDSBtutKututtUKUcoscosmccm展開為 tUKmtUKmtuaa)cos(21)cos(21)(ccmccmDSB上式中K為常數(shù),可以看出雙邊帶調(diào)制實(shí)質(zhì)為一乘法器。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻圖5-6DSB調(diào)幅信號的波形圖和頻譜圖圖中可以看出，雙邊帶調(diào)制信號的頻譜寬度為 BW2DS

10、B第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.2.3 單邊帶調(diào)幅信號（單邊帶調(diào)幅信號（SSB） DSB調(diào)制雖然抑制了載波分量，發(fā)射效率比AM調(diào)制有所改善，但其傳輸帶寬仍然是調(diào)制信號的兩倍。從頻譜結(jié)構(gòu)上看，DSB上下邊帶的頻譜分量是對稱的，包含有相同的信息。因此，為節(jié)省帶寬，也可以只傳輸其中一個(gè)邊帶就可以保證信息的完整傳輸。這種抑制掉其中一個(gè)邊帶，只發(fā)射另一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶）的調(diào)制方式稱為單邊帶調(diào)幅，簡稱SSB調(diào)幅。 取上邊帶時(shí) tUKmtua)cos(21)(ccmSSB取下邊帶時(shí) tUKmtua)cos(21)(ccmSSB第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、

11、解調(diào)及混頻圖5-7 SSB調(diào)幅信號的波形圖和頻譜圖譜圖從頻譜圖可以看出 BWSSB可見，SSB調(diào)幅信號的帶寬為AM、DSB調(diào)幅信號的一半。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.2.4 AM殘留邊帶調(diào)幅（殘留邊帶調(diào)幅（VSB） 單邊帶調(diào)幅方式有其優(yōu)點(diǎn)，但也存在接收機(jī)解調(diào)電路復(fù)雜、調(diào)諧困難等缺點(diǎn)。在某些應(yīng)用中，既希望壓縮頻帶，又希望接收設(shè)備相對簡單，常采用殘留邊帶調(diào)幅（VSB）。所謂殘留邊帶調(diào)幅是指發(fā)送端發(fā)送一個(gè)完整的邊帶、載波信號和另一個(gè)部分被抑制的邊信號(即殘留一小部分)，其頻譜結(jié)構(gòu)就好象是將雙邊帶信號頻譜在載波分量附近斜切一刀而得。上邊帶被切除的部分，恰好由下邊帶剩余

12、部分所補(bǔ)償。（a）廣播電視發(fā)射系統(tǒng)濾波器特征 （b）電視接收系統(tǒng)濾波器特征圖5-8 廣播電視系統(tǒng)殘留邊帶調(diào)幅濾波器特征示意圖 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.3 振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制電路 (a)普通調(diào)幅 （b）雙邊帶調(diào)幅 （c）單邊帶調(diào)幅圖5-9 實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的原理框圖 按幅度調(diào)制電路輸出功率，一般分為低電平調(diào)幅電路和高電平調(diào)幅電路。低電平調(diào)幅電路一般置于發(fā)射機(jī)的前級進(jìn)行調(diào)幅，再由線性功率放大器放大已調(diào)幅信號，得到所要求功率的調(diào)幅波。這種調(diào)幅方式可以實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅和單邊帶調(diào)幅，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制線性度和載波抑制度比較好。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制

13、、解調(diào)及混頻5.3.1 低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路 1.簡單的二極管調(diào)幅電路簡單的二極管調(diào)幅電路 1）平方律調(diào)幅 二極管的伏安特性的冪級數(shù)表達(dá)式為 3D32D2D10uauauaai 二極管調(diào)幅電路如圖5-10所示，如果忽略輸出電壓對二極管的反作用，有 tUtUcoscosCCCDuuu圖5-10 二極管調(diào)幅電路 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2）開關(guān)式調(diào)幅 二極管在大信號作用下，依靠其導(dǎo)通和截止也可實(shí)現(xiàn)頻率變換。采用這種方式時(shí)載波電壓較大（數(shù)百毫伏），調(diào)制電壓較小（數(shù)十毫伏），二極管處于開關(guān)狀態(tài)且其通斷由載波電壓決定，因此稱為二極管的開關(guān)式調(diào)幅。圖5-11為兩個(gè)二

14、極管組成的平衡開關(guān)調(diào)幅電路，圖5-12為平衡調(diào)制器輸出的電壓波形，常用在抑制載波的雙邊帶調(diào)幅中。 圖5-11 平衡開關(guān)調(diào)幅電路 圖5-12 平衡調(diào)制器輸出DSB電壓波形 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2.環(huán)形調(diào)制器調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器調(diào)幅電路 在平衡開關(guān)調(diào)幅電路的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)二極管，并使4個(gè)二極管首尾相連成為環(huán)形連接，這就構(gòu)成了環(huán)形調(diào)制器，如圖5-13所示。環(huán)形調(diào)制器在載波的正負(fù)半周可分別分解為兩個(gè)平衡開關(guān)調(diào)幅電路，因此，其輸出振幅比兩個(gè)二極管組成的平衡開關(guān)電路提高了一倍。 圖5-13 環(huán)形調(diào)制器電路 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻3.模擬乘

15、法器調(diào)幅電路模擬乘法器調(diào)幅電路 圖5-13 模擬乘法器電路符號 如果將載波信號 和調(diào)制信號 送乘法器相乘，則乘法器的輸出電壓為 tUtccmccos)(utUtcos)(muttUUKtcoscos)(mccmMoutUmKtUmKaa)cos(21)cos(21ccmMccmM 上式表面乘法器的輸出 為抑制了載波的雙邊帶調(diào)幅信號。如果需要單邊帶調(diào)幅信號，則可以在乘法器后接相應(yīng)的濾波器，濾除不需要的邊帶即可。 )(otu第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻 在上述乘法器電路中，如果在調(diào)制信號上疊加一個(gè)直流分量則可以得到普通調(diào)幅信號，即調(diào)制信號變?yōu)?，則乘法器的輸出電壓信號為

16、 tuVtcos)(mDCuttUVUKtucmDCcmMocos)cos()(tVUKtVUKtVUK)cos(21)cos(21coscDCcmMcDCcmMcDCcmM上式可以看出，調(diào)節(jié)直流電壓的大小，可以改變調(diào)幅度ma。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻 集成乘法器MC1596為例,說明乘法器組成AM調(diào)制和DSB調(diào)制電路的原理。 圖5-15 MC1596實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅電路圖 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻4產(chǎn)生單邊帶信號的方法產(chǎn)生單邊帶信號的方法 1）濾波法 DSB信號經(jīng)過帶通濾波器后，濾除一個(gè)邊帶，就得到了SSB信號，實(shí)現(xiàn)原理如圖5-1

17、6所示。圖5-16 濾波法產(chǎn)生單邊帶信號 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2）相移法 利用移相的方法消去不需要的邊帶，從而產(chǎn)生單邊帶信號的方法稱為相移法。實(shí)現(xiàn)的原理框圖如圖5-17所示。圖中兩個(gè)平衡調(diào)幅器的調(diào)制信號和載波電壓都是互相移相90，調(diào)制輸出如果只取有用邊帶的乘積項(xiàng)（忽略諧波），則 則合并網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻圖5-17 相移法產(chǎn)生單邊帶信號 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.3.2 高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路 1集電極調(diào)幅電路集電極調(diào)幅電路 當(dāng)丙類諧振功放工作在過壓狀態(tài)時(shí)，集電極電流

18、的基波分量的振幅Icm1與集電極偏置電壓成線性關(guān)系。集電極調(diào)幅是利用三極管的非線性特性，將調(diào)制信號u（t）經(jīng)低頻變壓器加在丙類諧振功放的集電極，與直流電壓Vcc疊加后構(gòu)成晶體管的集電極電源Vcc（t），即集電極等效電源隨著調(diào)制信號的規(guī)律變化，經(jīng)LC選頻回路的作用，輸出電壓的振幅也隨調(diào)制信號的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。其電路形式與調(diào)制特性曲線如圖5-18所示。 Vcc（t）= Vcc + u（t） 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻圖5-18 集電極調(diào)幅電路及其波形曲線 圖中集電極調(diào)幅電路與諧振功率放大器的區(qū)別是集電極調(diào)幅電路的等效集電極電源電壓Vcc（t）隨調(diào)制信號變化。第

19、第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路 圖5-19 基極調(diào)幅電路及其波形曲線 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.4 調(diào)幅信號的解調(diào)調(diào)幅信號的解調(diào) 5.4.1 調(diào)幅波解調(diào)的方法調(diào)幅波解調(diào)的方法 振幅解調(diào)是從已調(diào)制的高頻振蕩信號中恢復(fù)出原來的調(diào)制信號，是振幅調(diào)制的逆過程。它的作用，這個(gè)過程也稱為檢波。從頻譜上看，檢波就是將幅度調(diào)制波中的邊帶信號不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近，因此檢波器也屬于頻譜搬移電路，必須有非線性器件來完成。檢波器的工作原理及組成如圖5-2（b）所示。在解調(diào)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波信號時(shí)需要

20、另加載波信號，采用如圖5-20的乘法器來實(shí)現(xiàn)。圖5-20 載波被抑制的調(diào)幅波解調(diào)原理 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻 檢波器的種類很多，根據(jù)所用器件、輸入信號大小或工作特點(diǎn)，其分類如圖5-21所示。 圖5-21 檢波器的分類 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.4.2 二極管大信號包絡(luò)檢波器二極管大信號包絡(luò)檢波器 1工作原理工作原理 圖5-22為串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波電路，RC作為檢波器的負(fù)載，在其兩端輸出解調(diào)后的調(diào)制信號。RC同時(shí)還具有低通濾波器的作用，因此其參數(shù)必須滿足： CRCmaxLo11圖5-22 串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波電路 第第5 5章

21、章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻圖5-23 二極管檢波器的波形圖 大信號包絡(luò)檢波主要是利用二極管的單向?qū)щ娦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過程來實(shí)現(xiàn)。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo) 1）檢波效率 d 檢波效率又叫傳輸系數(shù)，當(dāng)輸入信號的高頻調(diào)幅波振幅為 ，檢波輸出的低頻電壓振幅為 時(shí) cmumamucmmdumua 實(shí)際電路中 在80左右。當(dāng)R足夠大時(shí)， 1，即輸出電壓與調(diào)幅波的包絡(luò)基本一致。 dd2）輸入電阻 iRimimiIUR 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻3）失真 （1）惰性失真 圖5-2

22、4 惰性失真波形 惰性失真是檢波器的RC取值過大，使二極管在截止期間C的放電速度太慢，以致跟不上調(diào)幅波包絡(luò)的下降速度 ，出現(xiàn)如圖5-24所示的失真現(xiàn)象。 要克服這種失真，必須適當(dāng)減小RC的數(shù)值，使電容器的放電速度加快。一般RC的選取應(yīng)滿足下述條件：mmRaa21第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻（2）負(fù)峰切割失真 圖5-25 負(fù)峰切割失真 為避免產(chǎn)生負(fù)峰切割失真， 與 滿足下面關(guān)系： LRRamRRLRRRL/L其中第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.4.3 同步檢波同步檢波 同步檢波常由模擬乘法器和低通濾波器組成，其電路原理模型如圖5-26所示。

23、 圖5-26 同步檢波的兩種電路原理模型 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻1.同步檢波原理同步檢波原理 設(shè)調(diào)幅信號為普通調(diào)幅波，即 ttmUtuacimicos)cos1 ()(參考信號為 tUtcrmrcos)(u調(diào)幅波信號 與參考信號 在模擬乘法器中相乘，則乘法器的輸出電壓為 )(itu)(rtu第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻只保留了上式中的第二項(xiàng)，即 檢波器的檢波效率為 imMcmmd21UKUmUa 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2同步檢波電路同步檢波電路 圖5- 27 同步檢波電路 第第5 5章章 振幅調(diào)制、

24、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.5 混頻器原理及電路混頻器原理及電路 混頻是將兩個(gè)不同頻率的信號加到非線性器件進(jìn)行頻率變換，然后用選頻回路取出其和頻或差頻分量。混頻器原理示意圖如圖5-28所示。在混頻器輸入的信號中，一個(gè)為包含有用信息且需要進(jìn)行頻譜搬移的高頻信號Us，另外一個(gè)為不帶任何信息的等幅正弦波UL（稱為本振信號），而通過選頻網(wǎng)絡(luò)取出的和頻或差頻稱為中頻信號。 電路中，如果本地振蕩器與進(jìn)行混頻的非線性器件為同一單元電路，則稱為變頻器。 圖5-28 混頻器原理示意圖 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻（a）調(diào)制信號 （b）本振信號 （c）中頻信號圖5-29 混頻器信

25、號波形及頻譜結(jié)構(gòu)圖第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.5.1 混頻器原理混頻器原理 為分析方便，設(shè)混頻器的高頻輸入信號為等幅波 = ，本振信號為 = ，兩信號疊加后同時(shí)作用于非線性器件上，則疊加信號為 )(stutUSScos)(LtutULLcostUtUtttLLSSLscoscos)()()(uuu非線性器件的伏安特性可以用冪級數(shù)表達(dá)式為 332210uauauaai 代入后按三角函數(shù)展開，輸出電流中包含無限多過頻率分量的組合，其中有兩個(gè)頻率分量(fLfC )正是我們所需要的，(fL+fC )稱為高中頻， (fL-fC )稱為低中頻。這兩個(gè)頻率分量的形成是由兩個(gè)信

26、號的乘積項(xiàng)產(chǎn)生的，因此，凡能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電壓相乘的非線性器件或電路，都可以作為混頻使用。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.5.2 混頻器主要性能指標(biāo)混頻器主要性能指標(biāo) 1混頻增益混頻增益 )dB(lg20smImucUUA為提高接收機(jī)的接收靈敏度，希望混頻增益越高越好。 2選擇性選擇性 混頻器的輸出信號中包含有很多頻率分量，但其中只有一個(gè)頻率分量是有用的，即所要求的中頻分量。因此，要求選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性好，對有用分量的衰減小，對無用頻率分量的抑制度高。 3失真與干擾失真與干擾 如果混頻器輸出中頻的頻譜結(jié)構(gòu)與高頻輸入信號的頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生了除頻譜線性搬移以外的變化，則表示產(chǎn)生了

27、失真。 干擾是頻譜失真的主要原因，干擾主要分為組合頻率干擾和組合副波道干擾。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.5.3 混頻電路應(yīng)用混頻電路應(yīng)用 常用的混頻器有二極管混頻器、三極管混頻器、模擬相乘器等，根據(jù)所加信號的處理方式可分為疊加型混頻器和乘積型混頻器兩大類，其電路原理模型如圖5-30所示。典型的乘積型混頻器是模擬乘法器，疊加型混頻器有二極管混頻器、三極管混頻器等。圖5-30 混頻器電路原理模型第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻1模擬乘法器混頻器模擬乘法器混頻器 圖5-31 混頻器電路原理模型 設(shè)輸入已調(diào)波為 = ，本地振蕩信號為 = , 則

28、乘法器輸出信號為 )(stuttUccoscoscm)(LtutULLmcos第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻經(jīng)過帶通濾波器后，如果只保留下邊帶，則濾波器輸出電壓為 式中 從上式可以看出，混頻輸出的中頻信號包絡(luò)與輸入的已調(diào)波信號包絡(luò)變化規(guī)律相同，只是頻譜的中心頻率從 搬移到（ ），并且有一定的電壓增益?；祛l電壓增益為 ccL第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻圖5-32 MC1596組成的乘積型混頻器電路 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2二極管平衡混頻器二極管平衡混頻器 二極管平衡混頻器電路簡單、組合頻率分量少，常用在高質(zhì)量

29、通訊以及工作頻率較高的設(shè)備中，其原理電路如圖5-33所示。圖5-33 二極管平衡混頻器 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻3三極管混頻器三極管混頻器 三極管混頻器因?yàn)槠潆娐泛唵巍⒒祛l增益高、要求的本振信號幅度和高頻輸入信號幅度小，廣泛應(yīng)用于中、短波接收機(jī)以及一些測量儀器中。按三極管電路組態(tài)、本振注入點(diǎn)以及高頻信號的輸入點(diǎn)的不同，有如圖5-34的四種基本形式。 圖5-34 三級管混頻器的基本形式 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻圖5-35 電視接收機(jī)高頻調(diào)諧器中的三級管混頻電路 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻5.5.4 混頻

30、器的干擾混頻器的干擾 由于混頻器是依靠非線性元件來實(shí)現(xiàn)頻率變換的，因此凡是進(jìn)入混頻器的信號直接都可以產(chǎn)生各種組合頻率。除高頻信號與本振信號，還包括干擾信號與本振之間、高頻信號與干擾信號之間、干擾信號與干擾信號之間都可能組合成新的頻率分量，這些組合頻率分量如果等于或接近中頻頻率，將會和有用的中頻分量一起進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)解調(diào)后在輸出端形成干擾，從而影響到正常信號的接收。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻1組合頻率干擾組合頻率干擾 組合頻率干擾是指高頻信號fs和本振信號fL產(chǎn)生的不同組合頻率形成的干擾。fs和fL在經(jīng)過非線性器件時(shí)組合出的頻率分量fk可以表示為： 上式中p、q是任意正整數(shù)，這些頻率分量中，只有p=q=1對應(yīng)的頻率分量才是所需要的中頻信號，其余為無用的分量。只要某些頻率分量落在混頻級后的帶通濾波器頻帶內(nèi)，即形成干擾。按fk表達(dá)式可以推導(dǎo)出，高頻信號頻率fs與要求的中頻fI間滿足下面表達(dá)式時(shí)，就有可能產(chǎn)生干擾。 第第5 5章章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻2副波道干擾副波道干擾 如果混頻器之前電路的選擇性不好，進(jìn)入混頻器的信號除了有用的主波道頻率外，還包括其他干擾信號，這些干擾信號與本振同樣也會形成接近中頻的組合頻率干擾，這種干擾稱為副波道干擾。當(dāng)干擾信號頻率fN滿足下面表達(dá)式時(shí)即產(chǎn)生副波道干擾。副波道干擾中最嚴(yán)重的干擾有中頻頻率和