高頻電子線路(第二章))

1、高頻電子線路第二章第二章 振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路電路高頻電子線路主要內(nèi)容說明u2.1 2.1 頻譜搬移電路的組成模型頻譜搬移電路的組成模型振幅調(diào)制電路的組成模型振幅調(diào)制電路的組成模型振幅解調(diào)電路和混頻電路的組成模型振幅解調(diào)電路和混頻電路的組成模型u2.2 2.2 相乘器電路相乘器電路非線性器件的相乘作用及其特性非線性器件的相乘作用及其特性雙差分對平衡調(diào)制器和模擬相乘器雙差分對平衡調(diào)制器和模擬相乘器大動(dòng)態(tài)范圍平衡調(diào)制器大動(dòng)態(tài)范圍平衡調(diào)制器AD630AD630二極管雙平衡混頻器二極管雙平衡混頻器u2.3 2.3 混頻電路混頻電路通信接收機(jī)中的混頻電路通信接收機(jī)中的混頻電路二極

2、管混頻電路二極管混頻電路混頻失真混頻失真u2.4 2.4 振幅調(diào)制與解調(diào)電路振幅調(diào)制與解調(diào)電路振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制電路二極管包絡(luò)檢波電路二極管包絡(luò)檢波電路同步檢波電路同步檢波電路高頻電子線路什么是調(diào)制？u調(diào)制是使消息載體的某些特性隨消息變化的過程調(diào)制是使消息載體的某些特性隨消息變化的過程調(diào)制的作用是把消息置于消息載體，以便傳輸和處理調(diào)制的作用是把消息置于消息載體，以便傳輸和處理解調(diào)是調(diào)制的逆過程，從消息載體中還原出原來的消息解調(diào)是調(diào)制的逆過程，從消息載體中還原出原來的消息u用來傳送消息的載體用來傳送消息的載體v vc c(t)(t)稱為載波，消息稱為載波，消息v v(t)(t)稱為調(diào)制信號，調(diào)

3、制后稱為調(diào)制信號，調(diào)制后的信號的信號v(t)v(t)稱為已調(diào)信號稱為已調(diào)信號用調(diào)制信號用調(diào)制信號v v (t)(t)控制載波控制載波v vc c(t)(t)的某些參數(shù)，使之隨的某些參數(shù)，使之隨v v (t)(t)的變化而變化，就的變化而變化，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)制可實(shí)現(xiàn)調(diào)制高頻電子線路為什么要調(diào)制u天線尺寸天線尺寸無線信道中傳輸信號時(shí)，利用電磁場在空間的傳播，需要天線把電磁波發(fā)射和無線信道中傳輸信號時(shí)，利用電磁場在空間的傳播，需要天線把電磁波發(fā)射和接收下來接收下來天線的尺寸和波長相關(guān)，如采用天線的尺寸和波長相關(guān)，如采用 /4/4天線，對于天線，對于3 3kHzkHz的聲音信號，天線尺寸為的聲音信號，天線

4、尺寸為2525kmkm，這是無法實(shí)現(xiàn)的，如果調(diào)制在這是無法實(shí)現(xiàn)的，如果調(diào)制在900900MHzMHz上，天線僅需上，天線僅需8 8cmcm，容易實(shí)現(xiàn)容易實(shí)現(xiàn)無線傳輸系統(tǒng)，調(diào)制是一個(gè)基本環(huán)節(jié)無線傳輸系統(tǒng)，調(diào)制是一個(gè)基本環(huán)節(jié)u調(diào)制可以將不同信號分在同一信道中傳輸而互不影響，例如分頻復(fù)用調(diào)制可以將不同信號分在同一信道中傳輸而互不影響，例如分頻復(fù)用u調(diào)制可以降低干擾對信號傳輸?shù)挠绊懀鐢U(kuò)頻調(diào)制調(diào)制可以降低干擾對信號傳輸?shù)挠绊?，如擴(kuò)頻調(diào)制n調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)有效地發(fā)射和有選擇地接收調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)有效地發(fā)射和有選擇地接收高頻電子線路調(diào)制分類u按調(diào)制信號按調(diào)制信號v(t)模擬調(diào)制、模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制u按載波

5、按載波vc(t)脈沖調(diào)制、脈沖調(diào)制、正弦波調(diào)制正弦波調(diào)制、光強(qiáng)度調(diào)制、光強(qiáng)度調(diào)制u正弦波調(diào)制正弦波調(diào)制幅度調(diào)制、角度調(diào)制幅度調(diào)制、角度調(diào)制（頻率調(diào)制、相位調(diào)制）（頻率調(diào)制、相位調(diào)制）n 調(diào)制是一種非線性過程。載波被調(diào)制后將產(chǎn)生新的頻率分量，調(diào)制是一種非線性過程。載波被調(diào)制后將產(chǎn)生新的頻率分量， 通常它們分布在載波頻率的兩邊，并占有一定的頻帶通常它們分布在載波頻率的兩邊，并占有一定的頻帶高頻電子線路2.1 頻譜搬移電路的組成模型2.1.1 振幅調(diào)制電路的組成模型u幅度調(diào)制（幅度調(diào)制（AMAM）是指載波的幅度隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化，而其角是指載波的幅度隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化，而其角頻率和初

6、相位均為常數(shù)頻率和初相位均為常數(shù)u幅度調(diào)制方式幅度調(diào)制方式普通（標(biāo)準(zhǔn)）幅度調(diào)制（普通（標(biāo)準(zhǔn)）幅度調(diào)制（Standard AM）雙邊帶幅度調(diào)制（雙邊帶幅度調(diào)制（Double SideBand AM）-抑制載波調(diào)幅（抑制載波調(diào)幅（Suppressed Carrier AM）單邊帶幅度調(diào)制（單邊帶幅度調(diào)制（Single SideBand AM）殘留邊帶幅度調(diào)制（殘留邊帶幅度調(diào)制（Vestigial SideBand AM）正交幅度調(diào)制（正交幅度調(diào)制（Quadrature AM）數(shù)字幅度調(diào)制（數(shù)字幅度調(diào)制（幅度鍵控，幅度鍵控，ASK）高頻電子線路一、普通調(diào)幅信號及其電路組成模型u普通幅度調(diào)制是各種幅度

7、調(diào)制中最基本的一種普通幅度調(diào)制是各種幅度調(diào)制中最基本的一種由于在合理使用功率和占有頻帶寬度等方面，不如其他調(diào)幅方式優(yōu)越，由于在合理使用功率和占有頻帶寬度等方面，不如其他調(diào)幅方式優(yōu)越，其應(yīng)用范圍受到限制其應(yīng)用范圍受到限制u在關(guān)于幅度調(diào)制的性質(zhì)以及調(diào)制與解調(diào)技術(shù)原理等方面，它還是在關(guān)于幅度調(diào)制的性質(zhì)以及調(diào)制與解調(diào)技術(shù)原理等方面，它還是最基本的。最基本的。將幅度調(diào)制的共同問題，集中在普通幅度調(diào)制里說明，從不同角度說明將幅度調(diào)制的共同問題，集中在普通幅度調(diào)制里說明，從不同角度說明幅度調(diào)制信號的特性幅度調(diào)制信號的特性-數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式-波形圖波形圖-頻譜圖頻譜圖-矢量圖矢量圖-功率在各頻譜分量之間的

8、分配關(guān)系功率在各頻譜分量之間的分配關(guān)系高頻電子線路1. 1. 普通幅度調(diào)制的基本特性普通幅度調(diào)制的基本特性-1-1u數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式 tVtvccmc cos ：載載波波 tVtvmcos：調(diào)調(diào)制制信信號號 ttVMtVttMVttVVttvVtvccmaccmcacmcmcmccmAM coscoscos coscos1 coscos cos ：調(diào)調(diào)幅幅信信號號n定義定義n波形波形n頻譜頻譜n調(diào)幅系數(shù)（調(diào)幅度）調(diào)幅系數(shù)（調(diào)幅度）n以單音調(diào)制為例以單音調(diào)制為例高頻電子線路普通幅度調(diào)制的基本特性-2u波形圖波形圖 ttMVtvcacmAM coscos1 n在普通幅度調(diào)制中，為了不出現(xiàn)過調(diào)制

9、，要求在普通幅度調(diào)制中，為了不出現(xiàn)過調(diào)制，要求Ma 15 . 0 aM0 . 1 aM5 . 1 aM高頻電子線路普通幅度調(diào)制的基本特性-3u頻譜圖頻譜圖 tVMtVMtVttMVtvccmaccmaccmcacmAMcos21cos21cos coscos1 c c c c c jVf jVc jVAM 下邊頻 上邊頻 m m c c c mc mc jV jVc jVAM 下下 邊邊 帶帶 上上 邊邊 帶帶 高頻電子線路普通幅度調(diào)制的基本特性-4u矢量圖矢量圖 tVMtVMtVttMVtvccmaccmaccmcacmAM cos21cos21cos coscos1高頻電子線路普通幅度調(diào)制

10、的基本特性-5u功率分配功率分配載波占有功率載波占有功率上邊帶功率上邊帶功率下邊帶功率下邊帶功率總功率總功率LcmcRVP221 caLcmausbPMRVMP4212122 tVMtVMtVttMVtvccmaccmaccmcacmAM cos21cos21cos coscos1caLcmalsbPMRVMP4212122 212aclsbusbctMPPPPPn 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波的有用信息包含在邊帶內(nèi)，但一半以上功率卻浪費(fèi)在載波上：缺點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波的有用信息包含在邊帶內(nèi)，但一半以上功率卻浪費(fèi)在載波上：缺點(diǎn)n 由于有大的載波，使得接收機(jī)可以使用簡單而便宜的解調(diào)器電路：主要優(yōu)點(diǎn)由于有大的載波，使得接收

11、機(jī)可以使用簡單而便宜的解調(diào)器電路：主要優(yōu)點(diǎn)高頻電子線路例：調(diào)制指數(shù)和功率u有一標(biāo)準(zhǔn)有一標(biāo)準(zhǔn)AMAM波，未調(diào)制載波峰值電壓為波，未調(diào)制載波峰值電壓為1010V V，負(fù)載電阻為負(fù)載電阻為1010 ，調(diào)制指數(shù)為，調(diào)制指數(shù)為1 1，求載波，求載波和上下邊帶的功率；如果調(diào)制指數(shù)變化為和上下邊帶的功率；如果調(diào)制指數(shù)變化為0.50.5，載波和上下邊帶功率？，載波和上下邊帶功率？n 在保證不過調(diào)的情況下，要使用盡可能高的調(diào)制百分比在保證不過調(diào)的情況下，要使用盡可能高的調(diào)制百分比n 對于振幅最大的有用信號，標(biāo)準(zhǔn)對于振幅最大的有用信號，標(biāo)準(zhǔn)AM系統(tǒng)應(yīng)保證其調(diào)制指數(shù)在系統(tǒng)應(yīng)保證其調(diào)制指數(shù)在0.90.95之間之間 W

12、RVPLcmc51010212122 WPMPPcalsbusb25. 142 WPPPlsbusbtsb5 . 2 WPPPtsbct5 . 7 1 aM WRVPLcmc51010212122 WPMPPcalsbusb3125. 042 WPPPlsbusbtsb625. 0 WPPPtsbct625. 5 5 . 0 aM高頻電子線路普通AM特性再討論（1）u已調(diào)信號的幅度隨調(diào)制信號而變化。因此，調(diào)幅信號已調(diào)信號的幅度隨調(diào)制信號而變化。因此，調(diào)幅信號幅度的包絡(luò)線幅度的包絡(luò)線近似近似為調(diào)制信號的波形，只要能取出這個(gè)包絡(luò)信號就可實(shí)現(xiàn)為調(diào)制信號的波形，只要能取出這個(gè)包絡(luò)信號就可實(shí)現(xiàn)AMAM的

13、解調(diào)的解調(diào) ttvVtvccmAM cos 高頻電子線路普通AM特性再討論（2）u普通調(diào)幅波的頻譜由兩部分組成。一部分是載波頻譜，另一部分是平移至載波處調(diào)制信普通調(diào)幅波的頻譜由兩部分組成。一部分是載波頻譜，另一部分是平移至載波處調(diào)制信號的頻譜，幅度減半號的頻譜，幅度減半u普通調(diào)幅信號所占的頻帶寬度為普通調(diào)幅信號所占的頻帶寬度為2 2 m m-調(diào)制信號頻帶寬度的兩倍調(diào)制信號頻帶寬度的兩倍u但從傳遞信息的角度看，普通調(diào)幅信號所占的頻帶寬度中有一半是多余的，因此，這種但從傳遞信息的角度看，普通調(diào)幅信號所占的頻帶寬度中有一半是多余的，因此，這種調(diào)幅方式在頻率資源利用上是有缺點(diǎn)的調(diào)幅方式在頻率資源利用上

14、是有缺點(diǎn)的用單邊帶調(diào)幅用單邊帶調(diào)幅 c mc mc jVAM 下下邊邊帶帶 上上邊邊帶帶 c mc jVSSB 上邊帶上邊帶 c mc jVSSB 下邊帶下邊帶 高頻電子線路普通AM特性再討論（3）u幅度調(diào)制是一種非線性過程，因?yàn)榉日{(diào)制是一種非線性過程，因?yàn)樗鼘⒄{(diào)制信號的各頻率分量變換為載它將調(diào)制信號的各頻率分量變換為載波頻率與這些頻率的和頻和差頻分量波頻率與這些頻率的和頻和差頻分量但這都是將信號的頻譜在頻率軸上平但這都是將信號的頻譜在頻率軸上平移，因此又稱幅度調(diào)制為移，因此又稱幅度調(diào)制為線性調(diào)制線性調(diào)制n 有新頻率產(chǎn)生，一定是非線性過程有新頻率產(chǎn)生，一定是非線性過程n 頻譜只是在頻率軸上進(jìn)

15、行了簡單的平移，沒有結(jié)構(gòu)上的變化，故稱線性調(diào)制頻譜只是在頻率軸上進(jìn)行了簡單的平移，沒有結(jié)構(gòu)上的變化，故稱線性調(diào)制 m m c c c mc mc jVf jVc jVAM 下邊帶 上邊帶 高頻電子線路2.實(shí)現(xiàn)普通幅度調(diào)制電路組成模型u兩種方案兩種方案 ttvtVttvVtvcccmccmAM coscoscos n 幅度調(diào)制其實(shí)是一個(gè)變頻過程，即兩個(gè)信號相乘幅度調(diào)制其實(shí)是一個(gè)變頻過程，即兩個(gè)信號相乘易于控制調(diào)制指數(shù)易于控制調(diào)制指數(shù)態(tài)態(tài)相乘器處于差動(dòng)平衡狀相乘器處于差動(dòng)平衡狀高頻電子線路1.（抑制載波的）雙邊帶調(diào)幅u從信息傳輸?shù)慕嵌瓤矗d波是多余的，并且普通從信息傳輸?shù)慕嵌瓤矗d波是多余的，并且

16、普通AMAM載波的功率占了總載波的功率占了總功率的一半以上，對充分利用發(fā)射機(jī)功率是不利的功率的一半以上，對充分利用發(fā)射機(jī)功率是不利的采用抑制載波調(diào)幅采用抑制載波調(diào)幅 ttvtvcDSB cos ccDSBjVjVjV 2121 c mc mc jVAM 下邊帶 上邊帶 c mc mmc c jVDSB 下邊帶下邊帶 上邊帶上邊帶 二、雙邊帶和單邊帶調(diào)制電路組成模型高頻電子線路波形圖-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1-0.

17、8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81高頻電子線路DSB AMDSB AM的性質(zhì)的性質(zhì)u已調(diào)信號的幅度隨調(diào)制信號的變化而變化，但其包絡(luò)不能反映調(diào)制信號的形已調(diào)信號的幅度隨調(diào)制信號的變化而變化，但其包絡(luò)不能反映調(diào)制信號的形狀狀調(diào)制信號正值時(shí)的載波相位與調(diào)制信號負(fù)值時(shí)的相位是反相的（差調(diào)制信號正值時(shí)的載波相位與調(diào)制信號負(fù)值時(shí)的相位是反相的（差180 ）不能使用包絡(luò)檢波，只能采用同步檢波（相干解調(diào)）不能使用包絡(luò)檢波，只能采用同步檢波（相干解調(diào)）抑制載波調(diào)幅不含固定的載波分量，如果調(diào)制信號的平均值

18、不為抑制載波調(diào)幅不含固定的載波分量，如果調(diào)制信號的平均值不為0，將會出現(xiàn)，將會出現(xiàn)載漏現(xiàn)象載漏現(xiàn)象 ttvtvcDSB cos -2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5高頻電子線路DSB AM的實(shí)現(xiàn)u乘法器實(shí)現(xiàn)乘法器實(shí)現(xiàn)模擬乘法器模擬乘法器環(huán)行乘法器環(huán)行乘法器帶通濾波器帶通濾波器)(tv tVtvcmc cos)( )(tvDSB高頻電子線路D

19、SB AM的解調(diào)u由于抑制載波調(diào)幅信號的幅度包絡(luò)不反映調(diào)制信號的波形，因而也不能應(yīng)用由于抑制載波調(diào)幅信號的幅度包絡(luò)不反映調(diào)制信號的波形，因而也不能應(yīng)用峰值包絡(luò)檢波方法。對包絡(luò)不能反映調(diào)制信號變化規(guī)律的調(diào)幅信號，只能使用同峰值包絡(luò)檢波方法。對包絡(luò)不能反映調(diào)制信號變化規(guī)律的調(diào)幅信號，只能使用同步解調(diào)方法步解調(diào)方法低通濾波器低通濾波器)(tvDSB)(tvp)(tvDn同步解調(diào)的關(guān)鍵在于產(chǎn)生出和載波信號同頻同相的本地載波信號同步解調(diào)的關(guān)鍵在于產(chǎn)生出和載波信號同頻同相的本地載波信號)(tvc22cos1)()(cos(coscos)(cos)(2ttvttvtttvttvcccccDSB 高頻電子線路

20、本地載波的產(chǎn)生DSBv平方器平方器帶通濾波器帶通濾波器分頻器分頻器1v2vcv ttvvtvcDSB 2221cos ttvtvc 2cos2122 高頻電子線路2. 單邊帶調(diào)幅u雙邊帶抑制載波調(diào)幅方式中，不含固定載波雙邊帶抑制載波調(diào)幅方式中，不含固定載波分量，因而可以有效地利用發(fā)射機(jī)的功率傳遞分量，因而可以有效地利用發(fā)射機(jī)的功率傳遞信息信息但它是雙邊帶信號，所占帶寬仍為調(diào)制信號最高但它是雙邊帶信號，所占帶寬仍為調(diào)制信號最高角頻率的兩倍角頻率的兩倍從有效傳輸信息的角度看，只要傳送一個(gè)邊帶就從有效傳輸信息的角度看，只要傳送一個(gè)邊帶就夠了，只傳送一個(gè)邊帶的調(diào)幅信號稱為單邊調(diào)幅，夠了，只傳送一個(gè)邊帶

21、的調(diào)幅信號稱為單邊調(diào)幅，可以選擇上邊帶也可以采用下邊帶單邊帶調(diào)幅，可以選擇上邊帶也可以采用下邊帶單邊帶調(diào)幅，簡記為簡記為SSBAMSSBAMu單邊帶調(diào)幅既可充分利用發(fā)射機(jī)的功率又節(jié)單邊帶調(diào)幅既可充分利用發(fā)射機(jī)的功率又節(jié)省占有頻帶省占有頻帶所以，它是傳輸信息的最佳調(diào)幅方式所以，它是傳輸信息的最佳調(diào)幅方式但是實(shí)現(xiàn)這種調(diào)幅方式的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)比較復(fù)但是實(shí)現(xiàn)這種調(diào)幅方式的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)比較復(fù)雜雜 c mc mc jVDSB 下邊帶下邊帶 上邊帶上邊帶 c mc jVSSB 上上邊邊帶帶 c mc jVSSB 下下邊邊帶帶 高頻電子線路用濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅u對濾波器要求甚高，尤其是調(diào)制信號中的低頻很低

22、時(shí)對濾波器要求甚高，尤其是調(diào)制信號中的低頻很低時(shí)帶通濾波器帶通濾波器t costc cos tc cos tc cos tc cos tc cos或 f cf minFfc minFfc cfFmin2 HzF300min MHzfc10 %006. 0 kHzfc100 %6 . 0 高頻電子線路用移相法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅 ttvttvtvccSSB sin21cos21 - /2- /2 tv tv tc costc sin ttvc cos ttvc sin tvSSBn寬帶移相器在很寬的頻帶上要求移動(dòng)相同的相位，很難制造寬帶移相器在很寬的頻帶上要求移動(dòng)相同的相位，很難制造高頻電子線路對單音

23、調(diào)制的數(shù)學(xué)分析：對單音調(diào)制的數(shù)學(xué)分析：tVVAtvtvtVVAtvtvtvttVVAttVVAtvttVVAttVVAtvccmmMooccmmMooocccmmMccmmMocccmmMccmmMo)cos()()()cos()()()()cos()cos(21sinsin)()cos()cos(21coscos)(212121高頻電子線路對復(fù)雜信號調(diào)制：對復(fù)雜信號調(diào)制：高頻電子線路2.1.2 振幅解調(diào)和混頻電路的組成模型一、振幅解調(diào)電路u調(diào)幅信號的解調(diào)就是從調(diào)幅信號中取出調(diào)制信號，它是調(diào)幅的逆過程調(diào)幅信號的解調(diào)就是從調(diào)幅信號中取出調(diào)制信號，它是調(diào)幅的逆過程u標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波的解調(diào)方法分為兩類標(biāo)準(zhǔn)

24、調(diào)幅波的解調(diào)方法分為兩類相干解調(diào)相干解調(diào)-頻譜平移，用頻譜平移，用同頻同相的本地載波同頻同相的本地載波與調(diào)制信號相乘，如用模擬相乘器實(shí)現(xiàn)與調(diào)制信號相乘，如用模擬相乘器實(shí)現(xiàn)非相干解調(diào)非相干解調(diào)-利用非線性器件本身的非線性實(shí)現(xiàn)解調(diào)利用非線性器件本身的非線性實(shí)現(xiàn)解調(diào)小信號平方律解調(diào)小信號平方律解調(diào)大信號峰值包絡(luò)解調(diào)大信號峰值包絡(luò)解調(diào) 利用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波幅度包絡(luò)變化就是調(diào)制信號變化的規(guī)律來實(shí)現(xiàn)利用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波幅度包絡(luò)變化就是調(diào)制信號變化的規(guī)律來實(shí)現(xiàn)解調(diào)解調(diào)n解調(diào)電路也稱檢波器解調(diào)電路也稱檢波器高頻電子線路相干解調(diào)u相干解調(diào)是將調(diào)幅信號與一本地載波信號相乘以得出調(diào)制信號分量相干解調(diào)是將調(diào)幅信號與一本地載波信號

25、相乘以得出調(diào)制信號分量這個(gè)本地載波信號是在接收設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的，并且與調(diào)幅信號中的載波相干，或者這個(gè)本地載波信號是在接收設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的，并且與調(diào)幅信號中的載波相干，或者說是同步的，即本地載波與調(diào)幅信號中載波的頻率相同，二者的相位也應(yīng)相同或說是同步的，即本地載波與調(diào)幅信號中載波的頻率相同，二者的相位也應(yīng)相同或有很小的相位差，所以這種解調(diào)方法又稱同步解調(diào)有很小的相位差，所以這種解調(diào)方法又稱同步解調(diào)低通濾波器低通濾波器)(tvAM)(tvp)(tvc )(tvD高頻電子線路相干解調(diào)的數(shù)學(xué)分析 低低通通濾濾波波器器 )(tvAM)(tvp)(tvc)(tvD ttvVtvccmAM cos ：調(diào)調(diào)幅幅信信號

26、號 ttvcccos：本本地地載載波波信信號號 ttvVtvVtttvVtvtvtvccmcmcccmcAMp2cos21cos21 coscos ：相相乘乘器器輸輸出出 cos21tvVtvcmD ：濾濾波波器器輸輸出出n 相角相角 直接影響解調(diào)輸出直接影響解調(diào)輸出n 產(chǎn)生和載波同頻同相的本地載波是相干解調(diào)的關(guān)鍵問題產(chǎn)生和載波同頻同相的本地載波是相干解調(diào)的關(guān)鍵問題高頻電子線路非相干解調(diào)u利用非線性元件的非線性特性對調(diào)幅信號進(jìn)行非線性變換來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅利用非線性元件的非線性特性對調(diào)幅信號進(jìn)行非線性變換來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅波的解調(diào)波的解調(diào)它不需要本地載波作為相干信號，因此稱之為非相干解調(diào)它不需要本地載波作為相

27、干信號，因此稱之為非相干解調(diào)u非相干解調(diào)方法非相干解調(diào)方法小信號平方律檢波小信號平方律檢波大信號峰值包絡(luò)檢波大信號峰值包絡(luò)檢波-當(dāng)載波頻率比調(diào)制信號的最高頻率高得多時(shí)，調(diào)幅信號幅度的包絡(luò)線近似為調(diào)制信當(dāng)載波頻率比調(diào)制信號的最高頻率高得多時(shí)，調(diào)幅信號幅度的包絡(luò)線近似為調(diào)制信號的波形。因此，只要能取出這個(gè)包絡(luò)信號就可實(shí)現(xiàn)解調(diào)號的波形。因此，只要能取出這個(gè)包絡(luò)信號就可實(shí)現(xiàn)解調(diào)mc 100 高頻電子線路二、 混頻電路u混頻電路又稱變頻電路（混頻電路又稱變頻電路（Mixer,Convter)Mixer,Convter)是實(shí)現(xiàn)信號頻譜線性變換的一種電路，是實(shí)現(xiàn)信號頻譜線性變換的一種電路，它完成頻譜在頻率軸

28、上的搬移。它完成頻譜在頻率軸上的搬移。u是超外差接收機(jī)的重要組成部分。是超外差接收機(jī)的重要組成部分。u混頻器產(chǎn)生輸入信號頻率與控制信號頻率的和頻與差頻，取其一為輸出信號混頻器產(chǎn)生輸入信號頻率與控制信號頻率的和頻與差頻，取其一為輸出信號輸出信號頻率小于輸入信號頻率，稱為輸出信號頻率小于輸入信號頻率，稱為下變頻器下變頻器(Down(DownConvertorConvertor）（取差頻）；輸出信號頻率大于輸（取差頻）；輸出信號頻率大于輸入信號頻率，稱為入信號頻率，稱為上變頻器（上變頻器（UpUpConvertorConvertor）（取和頻）（取和頻）高頻電子線路混頻電路的作用u兩個(gè)輸入電壓兩個(gè)輸

29、入電壓, ,輸入信號輸入信號v vs s和本地振和本地振蕩信號蕩信號v vL L, ,其工作頻率分別為其工作頻率分別為f fc c和和f fL L輸輸出信號為出信號為v vI I, ,稱為中頻信號稱為中頻信號, ,其頻率是其頻率是f fc c和和f fL L的差頻或和頻的差頻或和頻, ,稱為中頻稱為中頻f fI I, , f fI I= =f fL L+ +f fc c或或 fI= fc fL（ fc fL) fLfc（ fcfL)高頻電子線路實(shí)現(xiàn)模型tVtvttvkVtvLLmLcasmscos)(cos)()(0高頻電子線路小結(jié)u振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻都屬于振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻都屬于頻譜搬移

30、電路頻譜搬移電路，都可以用乘法器和濾波，都可以用乘法器和濾波器組成的模型來實(shí)現(xiàn)。器組成的模型來實(shí)現(xiàn)。u乘法器乘法器的作用就是將輸入信號頻譜不失真的搬到參考信號頻率兩邊。的作用就是將輸入信號頻譜不失真的搬到參考信號頻率兩邊。u濾波器濾波器是取出有用分量，抑制無用分量是取出有用分量，抑制無用分量高頻電子線路2.2 相乘器電路u4.2.1 非線性器件的相乘作用及其特性非線性器件的相乘作用及其特性u4.2.2 雙差分對平衡調(diào)制器和模擬相乘器雙差分對平衡調(diào)制器和模擬相乘器u4.2.3 大動(dòng)態(tài)范圍平衡調(diào)制器大動(dòng)態(tài)范圍平衡調(diào)制器AD630u4.2.4 二極管雙平衡混頻器二極管雙平衡混頻器高頻電子線路2.2

31、模擬相乘器u4.2.1 4.2.1 模擬相乘器的基本概念模擬相乘器的基本概念u4.4.2.2 2.2 差分對模擬相乘器電路差分對模擬相乘器電路u4.4.2.3 2.3 模擬相乘器的功能和應(yīng)用模擬相乘器的功能和應(yīng)用高頻電子線路2.2.1 非線性器件的相乘作用及其特性!)()(!1)!( !)(.)(.)()( )(21000212122122110nvfdvvfdnavvamnmnvvavvavvavvaainVvnnnmmnnnnmnnnnnQ ：其中其中)(vfi 一、非線性器件相乘作用的一般分析一、非線性器件相乘作用的一般分析1.非線性器件的伏安特性非線性器件的伏安特性,可用下面的非線性函

32、數(shù)來表示可用下面的非線性函數(shù)來表示: v為加在非線性器件上的電壓。一般情況下為加在非線性器件上的電壓。一般情況下,vvQ+v1+v2,其中其中vQ為靜態(tài)工作點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn),v1和和v2為兩個(gè)輸入電壓為兩個(gè)輸入電壓用泰勒級數(shù)用泰勒級數(shù)展開得：展開得： 響應(yīng)電流中出現(xiàn)響應(yīng)電流中出現(xiàn)2a2v1v2項(xiàng)（對應(yīng)于項(xiàng)（對應(yīng)于m1，n2的展開項(xiàng)）的展開項(xiàng)）高頻電子線路作用再非線性器件上兩個(gè)電壓均為余弦信號：21, qpqp tVvtcomVvmm222111cos, i中包含下列頻率通式表示得眾多組合頻率分量:產(chǎn)生規(guī)律:（pq）為偶數(shù) 的組合頻率分量均是由級數(shù)中n(pq）各偶次方項(xiàng)產(chǎn)生的，（pq）為奇數(shù)的組合

33、頻率分量均是由級數(shù)中n(pq）各奇次方項(xiàng)產(chǎn)生的，高頻電子線路為了實(shí)現(xiàn)理想的相乘運(yùn)算（減少無用得高階相乘項(xiàng)及其產(chǎn)生得組合頻率分量），要從三個(gè)方面考慮:（1）從非線性器件的特性考慮）從非線性器件的特性考慮 選擇合適得靜態(tài)工作點(diǎn)選擇合適得靜態(tài)工作點(diǎn)（2）從電路考慮）從電路考慮 采用平衡電路采用平衡電路 ，采用補(bǔ)償或負(fù)反饋，采用補(bǔ)償或負(fù)反饋（3）從輸入信號的大小考慮。）從輸入信號的大小考慮。 減小減小v1，v2高頻電子線路二、線性時(shí)變狀態(tài)u變換電流變換電流i為為v2的冪級數(shù)：的冪級數(shù)：.!2)!2( 22021201101 vvannvvnavainnnnnnnnnu為為if（VQv1v2）在（）在（

34、VQv1）上對）上對v2的泰勒級數(shù)展開式的泰勒級數(shù)展開式 0211011101122121121)!2()()( )(.)(! 2)( )()( nnnQnnnQnnnQQQQQvannvVfvnavVfvavVfvvVfnvvVfvVfvvVfi 忽略忽略v2的二次方及其以上各次的二次方及其以上各次方項(xiàng)方項(xiàng)高頻電子線路i與v2之間的關(guān)系是線性的，系數(shù)是時(shí)變的，稱這種器件的工作狀態(tài)為線性時(shí)變狀態(tài)時(shí)變增量電流時(shí)變增量電流211)( )( vvVfvVfiQQ 時(shí)變增量電導(dǎo)時(shí)變增量電導(dǎo))(10vI)(1vg1)(nt tcos)(1 t)(21.tcosgtcostcos()( 111110221

35、101m11 dnvggdvggggVgvgn其中：其中：）uV1v1mcos1t時(shí)，時(shí)，g（v1）的傅立葉級數(shù)展開式為：）的傅立葉級數(shù)展開式為：高頻電子線路構(gòu)成頻譜電路時(shí)，易于用濾波器取出有用分量構(gòu)成頻譜電路時(shí)，易于用濾波器取出有用分量）均均遠(yuǎn)遠(yuǎn)離離上上下下邊邊頻頻分分量量，其其它它無無用用分分量量（的的上上下下邊邊頻頻分分量量。有有用用分分量量為為，構(gòu)構(gòu)成成振振幅幅調(diào)調(diào)制制電電路路時(shí)時(shí)：.32cos)(cos)()(21 cccmccmcctVtvvtVtvv V2v2mcos2t，g（v1）與）與V2相乘，產(chǎn)生的新的頻率分量的頻率通式為：相乘，產(chǎn)生的新的頻率分量的頻率通式為：21, pq

36、pIcLcLcLIcLcsmsLLmLtVtvvtVtvv ）均均遠(yuǎn)遠(yuǎn)離離，其其它它無無用用分分量量（有有用用分分量量為為，構(gòu)構(gòu)成成混混頻頻電電路路時(shí)時(shí)：.32,cos)(cos)(21 高頻電子線路例.二極管電路u引入開關(guān)函數(shù)，其傅立葉級數(shù)展開式為引入開關(guān)函數(shù)，其傅立葉級數(shù)展開式為導(dǎo)通區(qū)的斜率為：導(dǎo)通區(qū)的斜率為：gD1/RDI0(v1) = I0 (t)為半周期余弦脈沖序列為半周期余弦脈沖序列g(shù)(v1)=g(t)為矩形脈沖序列為矩形脈沖序列u加在其上的電壓：加在其上的電壓：v1V1mcos1t足夠的大時(shí)，足夠的大時(shí)，輪流工作在導(dǎo)通和截止區(qū)；其伏安特性可用自原輪流工作在導(dǎo)通和截止區(qū)；其伏安特性

37、可用自原點(diǎn)轉(zhuǎn)折的兩段折線近似。點(diǎn)轉(zhuǎn)折的兩段折線近似。 1111111)12cos()12(2)1(21.3cos32cos221)(nntnntttK 高頻電子線路則則I0（t）和）和g（t）可分別表示為：）可分別表示為：u右圖所示電路中，右圖所示電路中，v2足夠小時(shí)足夠小時(shí):)()cos()()()()cos()()(11111111110100tKgtVgvgtgtKvgtVIvItIDmDm )()()()(112120tKvvgvtgtIiD 高頻電子線路高頻電子線路特點(diǎn)：不必限制v2的大小高頻電子線路2.2.1小結(jié)：u兩種相乘模式：兩種相乘模式：直接將直接將v1和和v2相乘（模擬相乘

38、器）相乘（模擬相乘器）-頻譜搬移電路，信號處理電路頻譜搬移電路，信號處理電路將將v2與經(jīng)過線性變換的與經(jīng)過線性變換的v1相乘相乘-主要應(yīng)用于頻譜搬移電路中主要應(yīng)用于頻譜搬移電路中高頻電子線路2.2.2 雙差分對平衡調(diào)制器和模擬相乘器 u差分對電流關(guān)系差分對電流關(guān)系 1T 2T 1i 2i 0I v TvvIii2th021 mVqkTvT26 一、雙差分對平衡調(diào)制器高頻電子線路1.單差分對相乘電路YYeebeEEeEEbeYBvAvRRvVRVvvI 1 )(330TXYTXvvBvAvvIiii2th)( 2th021 1T 2T 1i 2i 0I Xv 3T eR Yv EEV 高頻電子線

39、路小信號輸入u當(dāng)輸入為小信號時(shí)，輸出中出現(xiàn)相乘項(xiàng)當(dāng)輸入為小信號時(shí)，輸出中出現(xiàn)相乘項(xiàng)u同時(shí)，也存在非相乘項(xiàng)同時(shí)，也存在非相乘項(xiàng)TXYvvBvAi2th)( 12TXvvTXTXvvvv22th YXTXTTXYvvvBvvAvvBvAi222th)( -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.812 . 02 TXvv%)10( TXvv高頻電子線路大信號輸入u當(dāng)輸入為大信號時(shí)，雙曲正切被余弦信號激勵(lì)后，成為雙向開關(guān)信號當(dāng)輸入為大信號時(shí)，雙曲正切被余弦信號激勵(lì)后，成為雙向開關(guān)信號TXYvvBvAi2th)( 12T

40、Xmvv12th TXmvv tKBvAvtVBvAiXYTXXmY 2)(2costh)( -5-4-3-2-1012345-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 .5cos543cos34cos4 121112 ttttKtKtKtKXXXXXXX 32 TXvv%)10( 3 TXvv高頻電子線路2.雙差分對相乘器u吉爾伯特（吉爾伯特（GilbertGilbert，19681968）乘法器）乘法器單元電路，是大多數(shù)單元電路，是大多數(shù)集成相乘器的核心部分集成相乘器的核心部分u利用雙差分對，將單差分對中出現(xiàn)的非相乘項(xiàng)消除，以獲利用雙差分對，將單差分對中出現(xiàn)的非相乘項(xiàng)

41、消除，以獲得理想的相乘器功能得理想的相乘器功能u對該電路進(jìn)一步的改進(jìn)，可以擴(kuò)展兩個(gè)輸入信號的線性輸對該電路進(jìn)一步的改進(jìn)，可以擴(kuò)展兩個(gè)輸入信號的線性輸入范圍入范圍高頻電子線路1T2T3T4T5T6T7T8TXvYvOv1CR2CR3R2R1R1Ci2Ci3Ci4Ci5Ci6Ci7Ci8Ci08787,IiiTTCC ：構(gòu)成一個(gè)恒流源構(gòu)成一個(gè)恒流源TYCCvvthIiiTT2,06565 ：差差分分對對TXCCCvvthiiiTT2,52121 ：差差分分對對TXCCCvvthiiiTT2,63443 ：差分對311CCCiiI 1CI422CCCiiI 2CI111CCCCCRIVV 222CC

42、CCCRIVV CCCCCORIIVVv2112 TXCCCCCCCCOvvthiiRiiiiRv2654321TYTXCOvvthvvthIRv220 CCVEEV1CV2CV高頻電子線路兩個(gè)輸入均為小信號u實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)輸入電壓的線性相乘實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)輸入電壓的線性相乘輸出電壓中僅含有輸出電壓中僅含有 X XY Y頻率分量頻率分量u動(dòng)態(tài)范圍太小動(dòng)態(tài)范圍太小u增益系數(shù)和溫度增益系數(shù)和溫度T T有關(guān)有關(guān)TYTXCOvvthvvthIRv220 YXTCOvvvIRv204 mVvvvTYX26, 202024 kTqIRvIRKCTC高頻電子線路一個(gè)大信號，一個(gè)小信號u大信號使得晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)大

43、信號使得晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)u作為混頻器，其輸出電壓大小與大信號的幅度無關(guān)，與小信號成作為混頻器，其輸出電壓大小與大信號的幅度無關(guān)，與小信號成正比正比u小信號的線性范圍很小小信號的線性范圍很小TYTXCOvvthvvthIRv220 tKvvIRvYXTCO 202 ttvvIRtvvIRvYXXmTCYXTCO coscos2cos4200 高頻電子線路兩個(gè)輸入均為大信號u兩個(gè)輸入的差分對管均處于開關(guān)狀態(tài)兩個(gè)輸入的差分對管均處于開關(guān)狀態(tài)u輸出電壓與兩個(gè)輸入信號的幅度均無關(guān)，輸出電流中含有輸出電壓與兩個(gè)輸入信號的幅度均無關(guān)，輸出電流中含有 X X和和 Y Y的各奇次諧波組合頻率分量的各奇次諧波

44、組合頻率分量(2(2m-1)m-1) X X (2n-1)(2n-1) Y Y，其中，其中， X XY Y為為v vX X和和v vY Y相乘的頻率分量相乘的頻率分量TYTXCOvvthvvthIRv220 tKtKIRvYXCO 220 高頻電子線路3.通用型相乘器u作為通用相乘器，作為通用相乘器，GilbertGilbert相乘器有如下缺點(diǎn)相乘器有如下缺點(diǎn)小信號輸入動(dòng)態(tài)范圍小小信號輸入動(dòng)態(tài)范圍小電路的溫度穩(wěn)定性差電路的溫度穩(wěn)定性差u為了克服上述缺點(diǎn)，需要在電路上采取措施為了克服上述缺點(diǎn)，需要在電路上采取措施線性電壓線性電壓- -電流變換電流變換反雙曲正切函數(shù)變換反雙曲正切函數(shù)變換高頻電子線

45、路 5656056056656566552h2 iRiIvRiRIiarctvRiivvRivRivveTeeTeCCbebeeCbeeCbeY 用電阻負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)線性電壓-電流變換5Ci6Ci0I5T6TYveReRTYCCvvthIiiiTT2,0655665 ：差差分分對對eYCCRviii 6556TYTeTYTevivIvRvivIvR20201010560560 壓壓范范圍圍大大約約為為呈呈現(xiàn)現(xiàn)線線性性關(guān)關(guān)系系的的輸輸入入電電與與時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)壓壓范范圍圍大大約約為為呈呈現(xiàn)現(xiàn)線線性性關(guān)關(guān)系系的的輸輸入入電電與與時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)，高頻電子線路電阻負(fù)反饋的等價(jià)形式5T5T6T6T0I021IIY Yv

46、YveYRR2 eReR5Ci6Ci51CYCii 62CYCii 021IIY 線性電壓電流變換器 ePPRRII2210, Pv PCi1 PCi2 PPPPCPPPPCPPePPCPCPPCPCRvIiRvIiRvRviiIIii 2121021 22eYCCRviii 6556PPPCPCPRviii221 高頻電子線路反雙曲正切函數(shù)變換 線性電壓電流變換器線性電壓電流變換器 ePPRRII2,210 Pv PCi1 PCi2Pv 1D 2D CCV PPPPCPPPPCRvIiRvIi 21 SPTDSPTDvvSPvvSPIivvIivveIieIiCCTDCTDC212211ln

47、 ln 21 PPTDDPCCiivvvv21ln21 PPPTPPPPPPTPPPPPPTPRIvarctvRIvRIvvRvIRvIvvh2 11lnln 高頻電子線路5.XFC1596集成平衡調(diào)制器高頻電子線路XFC1596 單電源典型應(yīng)用舉例高頻電子線路二.雙差分對模擬乘法器u1.電路組成原理電路組成原理656556552265062650516431521ln2222iiVvvvvvvvRvvIiRvvIiVvthiiiVvthiiiTEEBEEEBEEEEEEETT 1111111111000002h2 2121ln22lnETEETPETRIvarctvRIvRIvvRvIRvI

48、vv 高頻電子線路當(dāng)RE2較大時(shí)忽略上式第二項(xiàng)：TTEEVvthiiiVvthiiiRvIiRvIi22221643152122062205 TECCVvthRvRRiiiiv22)()(12243210 高頻電子線路11102h2ETRIvarctvv 21210211220422vvARRIvvRVvthRvRvMEECTEC 得相乘器的輸出電壓為：高頻電子線路1）模擬相乘器的基本概念u模擬相乘器是完成兩個(gè)模擬信號瞬時(shí)值相乘功能的電路或器件模擬相乘器是完成兩個(gè)模擬信號瞬時(shí)值相乘功能的電路或器件 MxyA tvX tvY tvO tvX tvY tvX tvY tvO tvO tvtvAtv

49、YXMO 2.集成模擬相乘器高頻電子線路線性與非線性u模擬相乘器本質(zhì)上是一個(gè)非線性器件模擬相乘器本質(zhì)上是一個(gè)非線性器件產(chǎn)生了新的頻率分量產(chǎn)生了新的頻率分量u模擬相乘器可以做為線性器件和時(shí)變參量器件模擬相乘器可以做為線性器件和時(shí)變參量器件如果其中一個(gè)輸入為直流，則可視為線性器件如果其中一個(gè)輸入為直流，則可視為線性器件如果其中一個(gè)輸入為控制信號，則可視為是時(shí)變參量器件如果其中一個(gè)輸入為控制信號，則可視為是時(shí)變參量器件 tVtvXXmX cos tVtvYYmY cos ttVKVtvtKvtvYXYXYmXmYXO coscos21 tvKVtvXYO tvtKvtvXYO 高頻電子線路2）四象限工作）四象限工作 I 0, 0 YXvv 0 Ov II 0, 0 YXvv 0 Ov III 0,0 YXvv 0 Ov IV 0, 0 YXvv 0 Ov Yv Xv O 高頻電子線路3）模擬相乘器的功能u相乘產(chǎn)生和差頻相乘產(chǎn)生和差頻混頻、調(diào)制、解調(diào)、倍頻混頻、調(diào)制、解調(diào)、倍頻u還可實(shí)現(xiàn)乘、除、平方、開方等運(yùn)算功能還可實(shí)現(xiàn)乘、除、平方、開方等運(yùn)算功能21RvKvRvOYX YXOvvKRRv12 Ov 0