第六章频谱变换电路.
频率变换电路基础知识及作用 [收藏]
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频率变换电路基础知识及作用[收藏]
频率变换电路基础知识及作用
频率变换电路也称之为频率变频器(Converter)，为高频率电路独特的电路方式。
如大家所详知的超外差(Superheterodyne)方式，便为频率变换的一种方式。
频率变换电路可以将HF~VHF~UHF等的宽频带频率信号变换为任意的频率范围。
频率变换的的作用
频率变换电路为将输入信号变换为另外的频率的一种电路。
其构成如图l所示，假设输入信号频率为fs，局部振荡电路的振荡频率为fosc，则经过频率变换后，可以得到(fs+fosc)与(fs-fosc)的信号输出。
图1 频率变换电路的工作原理
(将二种信号合成，可以得到和或差的信号)
图2传送接收机的频率变换电路的作用
(此为可以将频率变换成为此原来频率更高或更低的频率，以便可以简单处理所需的信号频率。
)
图2所示的为在传送接收机内所使用的频率变换电路。
其中的(a)为在接收机所使用的频率变换电路，
称为超外差方式。
此为将天线所输入的高频率信号，经过频率变换电路变换成为中间频率(IF信号)。
为何要如此处理呢？如果将同一频率的高频率信号维持原状，一直放大，则在电路中，由于杂散结合等因素，会很容易产生振荡。
如果利用变频电路，将其改变成为频率较低的中间频率，则可以有效地使用滤波器，且可以改善选择度。
在图(b)的传送机中，在做调变工作原理时，所使用的载波频率不要太高，便可以维持电路的稳定。
另外，从滤波器的选择度观点来说，也希望所使用的调变为数MHz，也即是，载波频率较低些，然后经过率变换电路后，便可以达到所需要的频率。
《频率变换电路》课件
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
杂散抑制性能
总结词
杂散抑制性能是衡量频率变换电路性能的重要指标，它反映了电路抑制杂散信号的能力。
详细描述
杂散信号是指与所需输出信号无关的干扰信号，杂散抑制性能越好的频率变换电路，能够更好地抑制 杂散信号，提高输出信号的质量。杂散抑制性能的优劣直接影响到频率变换电路的性能和输出信号的 质量。
动态范围与线性度
实现方式
频率变换电路可以通过不同的方式实现，如通过RC电路、LC 电路、晶体管等元件实现。不同的实现方式具有不同的特点 和适用范围。
频率变换电路的应用场景
应用场景
频率变换电路广泛应用于通信、雷达、导航、电子对抗等领域。例如，在通信领域中，通过频率变换电路可以将 信号从低频搬移到高频，实现信号的传输和接收。在雷达和导航领域中，频率变换电路用于实现信号的调制和解 调，以实现对目标的探测和定位。
数字信号处理器的DDS技术
利用直接数字合成技术，产生任意波形和频 率的信号。
数字信号处理器的滤波器设计
利用数字滤波器对信号进行滤波处理，实现 特定频率范围的信号提取或抑制。
基于FPGA/ASIC的频率变换
FPGA/ASIC的定制设计
01
根据具体应用需求，定制具有特定功能的频率变换电路。
FPGA/ASIC的高速采样技术
《频率变换电路》PPT课件
目 录
• 频率变换电路概述 • 频率变换电路的类型 • 频率变换电路的实现方法 • 频率变换电路的性能指标 • 频率变换电路的设计与优化 • 频率变换电路的发展趋势与展望
调制解调电路
第六章 频谱变换电路⎩⎨⎧非线性：调频、限幅频线性：调幅、混频、倍6.1概述频谱变换电路：频谱搬移，使之适合于传输.具备将输入信号频谱进行频谱变换，以获取具有所需频谱的输出信号这种功能的电路就叫做频谱变换电路。
6.2乘法器变跨导式模拟乘法器是以恒流源式差动放大电路为基础，并采用变换跨导的原理而形成的。
变跨导式模拟乘法器（恒流源式差分放大器）双入双出()()EQT EQT b b be i beco I U I U r r u r R u βββ+≈++=⋅-='111()21I U Tβ+= ∴I u U R u i TCo ⨯⋅-≈12若I u i ∞2成正比，则21i i o u u u ⨯∞ei e BE i e R u R u u I I 232≈-==∴21212i i e i i TC o U U R R u u U R u ⋅⋅=⋅⋅-=跨导222121i eI T T TEQ m u R UU U IU I g ∞⋅===∴称为变跨导乘法器.6.3调幅波一、幅度调制（AM ）()t u Ω－低频 ()t u c －高频定义：用()t u Ω去控制()t u c 的幅度，使幅度()t u Ω∞，称为调制称()t u Ω为调制信号，()t u c 为载波信号.1、 调幅特性.令()t U t u m Ω=ΩΩcos ()t w U t u c cm c cos = 则)()t w t M U t u c a cm AM cos cos 1⋅Ω+=其中cmm a U U k M Ω⋅=称为调制指数.（k 由电路决定的一个常数）()t w t M U t w U t u c a cm c cm AM cos cos cos ⋅Ω⋅⋅+⋅=()()[]t w t w M U t w U c c a cm c cm Ω-+Ω+⋅⋅+⋅=cos cos 21cos∴调幅波有3个频率分量c w 、Ω+c w 、Ω-c w .称Ω+c w 为上边频，Ω-c w 为下边频m AM B Ω=2载波不携带()t u Ω的信息，而且占用较大的发射功率，可以只发射边带。
频谱变换
第六章频谱搬移电路6－1.已知调制信号为载波信号为调幅的比例系数为试 1）写出调幅定义的数学表达式2）写出普通调幅波的数学表达式。
并画出其频谱图。
DSB/SC调幅波的数学表达式。
并画出其频谱图。
SSB/SC调幅波的数学表达式。
并画出其频谱图。
【解】：1）g(t)=+2）同理各波形频谱略。
6－2.有一调幅波方程式为：（1）试求它所包含的各分量的频率与振幅。
（2）给出这调幅波包络的形状，并求出峰值与谷值调幅度。
【解】：（1）载波频率为，振幅为25V；第一边频为，振幅为第二边频为，振幅为6－3.已知负载电阻上调幅波的表达式如下：伏求：（1）载波电压的振幅值U=（2）已调波电压的最大振幅值＝（3）已调波电压的最小振幅值＝（4）调幅指数＝（5）若负载电阻＝计算：负载电阻上吸收的载波功率＝负载电阻上吸收的两个边频功率之和＝【解】：（1）U＝100V（2）＝（1+）U＝(1+100＝125V（3）＝（1-）U＝100=75V（4）＝25/100＝（5）＝＝＝5W＝＝6－4.已知调幅波表达式。
试画出它的波形和频谱。
（假定＝5）（1）（1＋cost）sint（2）（1+cost）cost（3）sintsint【解】：（1）（1+cost）sin5t＝sin5t+costsin5t＝sin5t+sin6t+sin4tF（j）＝－－－＝－（2）（1+cost）cos5t＝cos5t+cos6t+cos4tF()＝+(3)sintsin5t=F()=6-5.若调幅波的最大振幅值为10V,最小振幅值为6V。
试问此时调制系数应是多少[解]：=6－6.已知一调幅波的电压为试求：（1）调幅波内包含的频率。
（2）各频率的振幅值。
【解】：可见，调幅波内含频率分量及振幅值为：15V4V3V6－7.若一频率调幅波在载波状态时输出功率为100W，调幅度＝30％。
试求：（1）边频（上边频或下边频）输出功率。
（2）边频与载频总输出功率。
（3）最大功率状态时的输出功率。
第六章频谱变换电路
c
2、移相法
SSB的特点：
A.抑制载波，功率利用率达到100%，发射 效率高。 B.频率利用效率高。 C.缺点：解调技术较复杂，用于短波通讯。
6.3.2 普通调幅波的产生电路
调幅电路的类别：
6.3.2 普通调幅波的产生电路
u AM t U c 1 ma cost cost U c cosc t maU c cost cost
减小无用相乘项造成干扰的措施：
①选用合适的器件和工作点（平方律特性 的场效管或Q在平方律特性区域） ②采用平衡电路抵消部分无用频率分量。 ③减小u1 和u2 以降低高阶相乘项产生的组合 频率分量的强度。
2、模拟乘法器
优点： 1. 克服非线性器件相乘运算产生无用相乘项多， 容易造成干扰的缺点。 2. 具有工作频带宽，温度稳定性好的特点。
uz (t ) KMui (t )ur (t ) KMUimUcm (1 ma cost ) cos2 ct
分析可知其中含有频率分量0、F、2fc、(2fc±F)， 用 一低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。
同步检波器应用电路：
原理：调幅信号ui(t) 加到1脚，同步信号ur(t) 加到8脚。检波输出信号从9脚输 出，经过π型低通滤波器滤除高频分量，最后由隔直电容去除直流后，得到所需 的低频输出信号uo(t)。
幅度调制――用调制信号去控制高频振荡的幅度，使其振幅随 调制信号成正比地变化的过程。 作用：频谱搬移。 分类： 普通调幅(AM) 抑制载波双边带调幅(DAB/SCAM) 单边带调幅(SSB/SC AM) 异同点： 共性：均为调幅信号 相异：波形不同 频带利用和效率不同 实现的电路和解调的方式不同
第6章 调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路) 高频电路 教学课件
ur(t)=Urmcosωct
则乘法器输出为:
u0 (t) k2uAM (t)ur (t) k2UcmUrm (1 M a cos t) cos2 wct
k2UcmUrm 2
[1
Ma
cost
cos2wct
Ma
cos(2wc 2
)t
Ma
cos(2wc 2
)t
其中k2是乘法器增益。
可见, 输出信号中含有直流, Ω, 2ωc, 2ωc±Ω几个频率分量。 用低通滤波器取出直流和Ω分量, 再去掉直流分量, 就可恢复原 调制信号。
图6.2.1(a)给出了uΩ(t), u c(t)和uAM(t)的波形图。从图中并结 合式(6.2.1)可以看出, 普通调幅信号的振幅由直流分量Ucm 和 交流分量kUΩm cosΩt迭加而成, 其中交流分量与调制信号成正 比, 或者说, 普通调幅信号的包络(信号振幅各峰值点的连线)完
全反映了调制信号的变化。另外, 还可得到调幅指数Ma的表达 式:
第6章 调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)
６.１ 概述
６.２ 振幅调制与解调原理
６.３ 调幅电路
６.４ 检波电路
６.５ 混频
６.６ 倍频
６.７ 实例介绍
６.８ 章末小结
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第6章 调幅、 检波与混频电路(线性 频率变换电路)
6.1
调制电路与解调电路是通信系统中的重要组成部分。 正 如绪论中所介绍的, 调制是在发射端将调制信号从低频段变 换到高频段, 便于天线发送或实现不同信号源、不同系统的 频分复用；解调是在接收端将已调波信号从高频段变换到低 频段, 恢复原调制信号。
2 普通调幅信号的产生和解调方法
式(6.2.1)
高频电子线路最新版课后习题解答第六章 频谱搬移电路习题解答
6.１ 已知某广播电台的信号电压为()620(10.3cos6280)cos5.7650410t t t υ=+⨯mV ，问此电台的频率是多少？调制信号频率是多少？解：该电台的频率是65.7650410918kHz 2c f π⨯==； 调制信号率是62801000Hz 2F π== 6.２ 已知非线性器件的伏安特性为3012i a a a υυ=++，试问它能否产生频谱搬移功能？ 解：不能产生频谱搬移功能，因为伏安特性中没有平方项。
6.3 画出下列各式的波形图和频谱图，并指出是何种调幅波的数学表达式。
（1）cos )cos 1(t Ω+t c ω （2）cos )cos 211(t Ω+t c ω （3）cos cos ⋅Ωt t c ω (假设Ω=10c ω) 解：（1）cos )cos 1(t Ω+t c ω是1a M =的普通调幅波；波形图频谱图：（2）cos )cos 211(t Ω+t c ω是12a M =的普通调幅波波形图频谱图（3）cos cos ⋅Ωt t c ω是抑制载波的双边带调幅波波形图频谱图6.4 已知调制信号()()()32cos 22103cos 2300t t t υππΩ⎡⎤=⨯⨯+⨯⎣⎦V ，载波信号()()55cos 2510c t t υπ=⨯⨯V ，1a k =，试写出调幅波的表示式，画出频谱图，求出频 带宽度BW 。
解：调幅波的表示式()()()()()()()()()5a 3535[5k ]cos 2510{52cos 22103cos 2300}cos 25105[10.4cos 22100.6cos 2300]cos 2510c t t t t t t t t t υυπππππππΩ=+⨯⨯⎡⎤=+⨯⨯+⨯⨯⨯⎣⎦=+⨯⨯+⨯⨯⨯ 频谱图频带宽度 322104kHz BW =⨯⨯=6.5 已知调幅波表示式()()()62012cos 2500cos 210AM t t t υππ=+⨯⨯⎡⎤⎣⎦V ，试求该调幅波的载波振幅cm V 、载波频率c f 、调制信号频率F 、调幅系数a M 和频带宽度BW 的值。
频率变换电路
单元六频率变换电路课题：单元六6.1频率变换的基本概念与信号的表示6.2模拟乘法器及其典型应用教学目的：1. 理解频率变换的基本概念与信号的表示2. 掌握模拟乘法器及其典型应用教学重点：1.频率变换的基本概念与信号的表示（频谱）2.模拟乘法器及其典型应用教学难点：模拟乘法器应用电路的分析方法教学方法：讲授课时：2学时教学进程单元六 频率变换电路在通信和电子技术中，频率（或频谱）变换是很重要的概念。
本章先简单介绍频率变换的基本概念，接着讨论实现频率变换的最重要的器件——集成模拟乘法器及其简单的应用，最后分析频谱搬移实现原理。
6.1 频率变换的基本概念与信号的表示一. 信号的频谱 1．信号的频谱是指组成信号的各个频率正弦分量按频率的分布情况，即用频率f （或角频率ω）作为横坐标、用组成这个信号的各个频率正弦分量的振幅Um 作为纵坐标作图，就可以得到该信号的频谱图，简称频谱。
2．用频谱表示信号的优点：可以更直观地了解信号的频率组成和特点，例如信号的频带宽度（带宽）等。
3．一个信号的表示方法：一是写出它的数学表达式；（时域） 二是画出它的波形；（时域）三是画出它的频谱。
（频域）这三种表示方法在本质上是相同的，故可由其中一种表示方法得到其他两种表示方法。
数学表达式表示信号既清楚又准确，波形和频谱表示信号比较直观。
但对于某些复杂的信号或无规律的信号，要写出它的数学表达式或画出它的波形很困难，这时用频谱来表示这种信号既容易、又方便。
因此用信号的频谱可以表示任何一种信号。
下面举几个例子来理解它们之间的相互转换关系。
[例6-1]某电压信号的数学表达式为)(sin 3)(0V t t u ω=，试画出它的波形和频谱。
解： 这是一个单一频率的正弦信号，其频率πω2/00=f ，其波形如图6-1（a ）所示。
由于振幅Um=3V ，故其频谱如图6-1（b ）所示。
[例6-2] 某电压信号的频谱如图6-2（a ）所示，试求它的数学表达式，并画出它的波形（设F fc >>）。
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(2) 上下边频总功率:
1 2 Pside ma Pc 2
4、AM波的特点：
1）AM波的包络与调制信号UΩ(t)成正比 2）AM波所占带宽为调制信号带宽的两倍 3） AM波的功率利用率很低，最多只有发 射功率的1/3 优点： 调制设备简单，解调设备更简单，便于接收
二、双边带抑制载波调幅信号（DSB/sc— — AM）：抑制载波只传送上下边带
1、表达式及波形 表达式：
1 U DSB (t ) KU (t )U c (t ) KU cmU m cos 0 t cos 0 t 2
2、DSB/sc AM特点：
DSB/sc AM信号随UΩ(t)的变化，但它包络不 再反映调制信号的形状，但仍保持 AM 的频 谱搬移特性（线性特性）。 · ②当调制信号过零时，Uc(t)反转180º ③BDSB=2· Ωmax ④DSB/sc AM中的载波被抑制，功率利用率 达到了100%
双差分模拟乘法器原理图
q u 0 (u I i II ) Rc I 0 Rc u1u 2 ku1u 2 2kT
2
小结：实现频谱搬移的主要方式：
使用非线性器件：
小结：实现频谱搬移的主要方式：
使用乘法器：
ห้องสมุดไป่ตู้
§6.3 普通调幅波的产生和解调电路
第六章 频谱搬移电路
调幅、调频、调相原理及电路
主要内容：
一、调幅波： 1、种类及其特点。 2、调幅的原理，方法及其电路。 3、AM 、 DSCB/SCAM 、 SSB/SCAM的特点、波形、频谱 4、调幅波的解调。 二、混频原理和混频电路 三、调角波 1.基本性质: FM、PM波的表达式. FM波的特点,频谱带宽. 2.实现调频的方法: 直接调频和间接调频. 3.调频波的解调: 相位鉴频器、比例鉴频器. 4.限幅器.
减小无用相乘项造成干扰的措施：
①选用合适的器件和工作点（平方律特性 的场效管或Q在平方律特性区域） ②采用平衡电路抵消部分无用频率分量。 ③减小u1 和u2 以降低高阶相乘项产生的组合 频率分量的强度。
2、模拟乘法器
优点： 1. 克服非线性器件相乘运算产生无用相乘项多， 容易造成干扰的缺点。 2. 具有工作频带宽，温度稳定性好的特点。
§6.1 概述
一、作用 二、定义: 能将输入信号的频谱变换成所需频谱的输出 信号的电路就叫频谱变换电路。 三、分类：
§6．2模拟乘法器
实现频谱搬移：非线性电子器件，模拟乘法器 1、非线性电子器件:两个信号电压同时作用在非线性器 件时，器件电流存在着两个电压的相乘项 。 讨论：u1=U1COSω1t u2=U2COSω2t 同时作用在非线性器件的情况：
调幅波的波形图：
（a）调制信号 （b）载波信号 （c） ma<1时 （d） ma>1时
2、调幅波的频域表达式及频谱图：
2、调幅波的频域表达式及频谱图：
频谱搬移的概念：
调制信号： Ω――低频信号 调幅信号： ω ＋ Ω ， ω － Ω.―― 高频信号 但幅度的变化规律如Ω。
结论：调幅的作用是：
幅度调制――用调制信号去控制高频振荡的幅度，使其振幅随 调制信号成正比地变化的过程。 作用：频谱搬移。 分类： 普通调幅(AM) 抑制载波双边带调幅(DAB/SCAM) 单边带调幅(SSB/SC AM) 异同点： 共性：均为调幅信号 相异：波形不同 频带利用和效率不同 实现的电路和解调的方式不同
1 1 1 U SSBD (t ) cos c t cos t sin c t sin t cos c t 2 2 2
①在时域上实现UΩ(t)和UΩ(t)相乘运 算，反映在波形上就是将UΩ(t)不失真地搬移 到高频振荡的振幅上。 ②在频域上则将UΩ(t)的频谱不失真 地搬移到ω0的两边。
3、调幅波的功率分配：
P 1 U
2 cm
cos 0t 1 ma f
2
t
2
1
1 2 1 2 2 2 U cm U cm ma f t Pc Pside 2 2 单音频时： 1 2 (1) 载波功率: Pc= U cm
非线性 器件 输入 滤波器 输出
结论：
①输出电流中除有直流分量和两个基波分量 外，还产生许多新的频谱分量。 （ 21 ,31, n1 , 1 2 , 1 2 等） ②输出电流组合频率分量通式：
pq p1 q2 , p, q 0,1,2,
③组合频率成对出现：有 ω1 ＋ ω2 必有 ω1-ω2 ， 有2ω1+ω2必有2ω1-ω2，等。 ④和差频率出现使非线性器件完成频谱搬移。
三、抑制载波单边带调幅信号（SSB/sc— — AM）： 抑制载波和其中一个边带
1、SSB表达式、波形图及频谱图 ： 上边带：
1 1 1 U SSBU (t ) cos c t cos t sin c t sin t cos c t 2 2 2
下边带：
信号描述方法： 1、时间函数（时域）：信号随时间变化的 规律可表示为时间函数，波形图。 2、频谱函数（频域）：信号随频率变化的 规律可表示为频谱函数，频谱图。反映组成 信号各频谱成分的幅度，相位，能量分布
6.3.1 调幅波的特点、表达式、波形及频 谱
一、普通调幅波 1、AM波的时域表达式及波形 设调幅信号为：UΩ(t） 载波信号为：Uc(t)=Ucmcos(ωct)=Ucmcos(2лfct) 根据调幅定义：调幅信号（已调信号）表示式为： UAM(t)= Uc(t)+A Uc(t) UΩ(t） = [Ucm+AUcm UΩ(t）]cosωct = Ucm [ 1+macosΩt]cosωct