频谱搬移.ppt
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1、第四章第四章 频谱频谱搬移搬移电电路路 重点:重点:1.1.振幅振幅调调制波的基本特性制波的基本特性(数学表达数学表达 式,波形式,波形图图,频谱图频谱图,带宽带宽,功率,功率)。2.2.振幅解振幅解调调的基本原理的基本原理 3.3.混混频频的基本原理的基本原理 4.4.峰峰值值包包络检络检波波电电路的性能分析路的性能分析难难点:点:1.1.峰峰值值包包络检络检波器的工作原理波器的工作原理 2.2.三极管混三极管混频频器的工作原理器的工作原理4.11.通信系通信系统统的基本的基本组组成成电电路:路:振幅调制、解调、混频、调频、鉴频等电路。这这些些电电路的共同特点是:路的共同特点是:将输入信号进
2、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。根据频谱变换的不同特点,频谱变换电路有:4.12.4.1.1 4.1.1 振幅振幅调调制的原理及制的原理及电电路路组组成模型成模型 调调制的定制的定义义:在在发发射端将射端将调调制信号从低制信号从低频频端搬移到高端搬移到高频频端端,便于天便于天线发线发送或送或实现实现不同信号源、不同系不同信号源、不同系统统的的频频分复用。分复用。4.1 4.1 频谱频谱搬移的基本原理及搬移的基本原理及组组成模型成模型频谱频谱搬移搬移电电路包括路包括4.1.13.一一.普通普通调调幅信号的基本特性及幅信号的基本特性及组组成模型成模型 设载设载
3、波波为为 1、单音频调制波若若调调制信号制信号(为单为单音音频频信号),且信号),且 (1 1)普通普通调调幅信号幅信号表达式:表达式:4.1.1(AM调调制制电电路路功能功能动动画)画)4.其中其中,调调幅指数幅指数 k ka a为为由由调调制制电电路决路决定的比例系数。定的比例系数。(2 2)波形)波形图图由由图图可可以得到以得到调调幅幅指数指数MaMa的另一表达式的另一表达式:4.1.1(am调调制波形制波形与与频谱动频谱动画)画)5.当当MaMa1 1时时,即在,即在 附近,附近,为负值为负值,如,如图图4.1.24.1.2(a a)所示,包)所示,包络络 已不能反映已不能反映 原原调
4、调制信号的制信号的变变化化规规律而律而产产生了失真,生了失真,通常称通常称这这种失真种失真为过调为过调制失真(制失真(Over ModulationOver Modulation)。)。但在但在实际调实际调幅幅电电路中,由于管子截止,路中,由于管子截止,过调过调制失制失真的波形如真的波形如图图4.1.24.1.2(b b)所示。)所示。图4.1.2 过调制失真波形 4.1.16.(3 3)频谱图频谱图:将将调调幅信号表达式改写成幅信号表达式改写成可可见见,单频单频信号信号调调制的制的AMAM波,有一波,有一对边频对边频,对对称分布在称分布在 两两边边,振幅均,振幅均为为 如如图图所示。所示。结
5、论结论:将:将 的的频谱频谱搬移到了搬移到了载频载频的左右两的左右两边边,形成了,形成了(4 4)频谱宽频谱宽度:度:上、下上、下边频边频。AM信号信号频谱频谱动动画画4.1.17.(5 5)功率)功率谱谱载频载频功率功率为为:两个两个边频边频分量分量产产生的平均功率相同生的平均功率相同,均均为为:边频总边频总功率功率为为:调调幅信号的幅信号的总总平均功率平均功率为为 4.1.18.2 2、多音、多音频调频调制波制波 设设 则则 其中其中波形波形图图与与频谱图频谱图带宽带宽 (am多多频调频调制波形与制波形与频谱动频谱动画)画)4.1.19.3 3、AMAM信号的信号的实现实现模型模型调调幅信
6、号的表达式式可以改写幅信号的表达式式可以改写为为 实现实现模型如下模型如下图图示,其中示,其中带带通通滤滤波器的中心波器的中心频频率率为为 ,带宽为带宽为 图4.1.4 AM信号的实现方框图(动画)其中其中4.1.110.二双二双边带调边带调幅信号基本特性及其幅信号基本特性及其组组成模型成模型1 1、单频单频率率调调制的双制的双边带调边带调幅信号幅信号 设载设载波波单频单频率率调调制信号制信号且且 (1 1)DSBDSB信号数学表达式信号数学表达式为为 其中其中k k为为由由调调制制电电路决定的比例系数。路决定的比例系数。4.1.111.图4.1.5 单频调制的DSB信号的波形图和频谱图(a)
7、DSB波形图 (b)DSB频谱图(2 2)波形)波形图图和和频谱图频谱图 DSB信号波形与信号波形与频谱动频谱动画画4.1.112.2 2、多、多频频率率调调制的双制的双边带调边带调幅信号幅信号若若非余弦的周期性信号,非余弦的周期性信号,则则 DSBDSB信号信号为为波形波形图图与与频谱图频谱图图4.1.6 DSB信号的波形图与频谱图(多(多频频率率调调制的制的DSB动动画)画)4.1.113.由以上由以上讨论讨论知,知,DSBDSB信号与信号与AMAM信号相比,具有以下信号相比,具有以下特点:特点:(1 1)包)包络络不同。不同。AMAM信号的包信号的包络络正比于正比于调调制信号制信号 而而
8、DSBDSB信号的包信号的包络络 正比于正比于 ,当,当调调制制信号信号时时,即,即 ,DSBDSB信号的幅度也信号的幅度也为为零。零。DSBDSB信号的包信号的包络络已不再反映已不再反映调调制信号制信号 的的变变化。化。4.1.114.(2 2)DSBDSB信号的高信号的高频载频载波在波在调调制信号自正制信号自正值值或或负值负值通通过过零点零点时时,出,出现现180180的相位突的相位突变变。因此,。因此,严严格地格地讲讲,DSBDSB信号已非信号已非单纯单纯的振幅的振幅调调制信号,而是既制信号,而是既调调幅又幅又调调相相的信号。的信号。(3 3)DSBDSB信号只有上、下两个信号只有上、下
9、两个边频带边频带,所占,所占频谱宽频谱宽度度为为 ,与与AMAM信号具有相同的信号具有相同的带宽带宽。(4 4)由于)由于DSBDSB信号不含信号不含载载波,全部功率波,全部功率为边带为边带占有,占有,所以所以发发送的全部功率都送的全部功率都载载有信息,功率利用率高于有信息,功率利用率高于AMAM信号。信号。4.1.115.3 3、双、双边带调边带调幅信号的幅信号的产产生生 图图中中带带通通滤滤波器波器应该应该具有中心具有中心频频率率为为 带宽为带宽为 的的频频率特性。率特性。图4.1.7 双边带调幅信号的实现模型 DSB实现实现模型模型动动画画4.1.116.三、三、单边带调单边带调幅信号的
10、基本特性及幅信号的基本特性及实现实现模型模型 1 1、单边带单边带信号的基本特性信号的基本特性 在在单单音音频调频调制制时时,。若取上。若取上边带时边带时 取下取下边带时边带时 由上式可由上式可见见,单频单频率率调调制的制的单边带调单边带调幅信号是一幅信号是一个角个角频频率率为为 (或(或 )的)的单频单频正弦波信号,如正弦波信号,如图图4.1.84.1.8所示。所示。图4.1.8 单频调制时单边带信号的波形图与频谱图 SSB波形波形动动画画4.1.117.一般的一般的单边带调单边带调幅信号波形比幅信号波形比较较复复杂杂。不。不过过有一点是相同的,即有一点是相同的,即单边带调单边带调幅信号的包
11、幅信号的包络络已不能反映已不能反映调调制信号的制信号的变变化。化。单边带调单边带调幅幅信号的信号的带宽带宽与与调调制信号制信号带宽带宽相同,是普通相同,是普通调调幅和双幅和双边带调边带调幅信号幅信号带宽带宽的一半,即的一半,即4.1.118.2 2、产产生生单边带调单边带调幅信号的方法幅信号的方法(1 1)滤滤波法波法图图中,中,带带通通滤滤波器波器应该应该采用采用单边带滤单边带滤波器波器.中心中心频频率率为为 带宽为带宽为 图4.1.9 单边带信号的实现模型 SSB实现实现模型模型动动画画4.1.119.这这种种实现实现方法方法电电路路简单简单,但其,但其难难点在于点在于滤滤波器的波器的实现
12、实现。当当调调制信号的最低制信号的最低频频率率 很小(甚至很小(甚至为为0 0)时时,上、下两个上、下两个边带边带的的频频差差很小,即相很小,即相对频对频差差值值 很小,要求很小,要求滤滤波器的矩形系数几乎接近波器的矩形系数几乎接近1 1,导导致致滤滤波器波器的的实现实现十分困十分困难难。在在实际设备实际设备中可以采用多次搬移法来降低中可以采用多次搬移法来降低对滤对滤波器波器的要求,如的要求,如图图4.1.104.1.10所示。所示。图4.1.10 频谱多次搬移产生单边带信号4.1.120.相移法是基于相移法是基于单边带调单边带调幅信号的幅信号的时时域表达式域表达式实现实现的。如的。如和和 然
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