第5章 振幅调制解调及混频

第5章振幅调制、解调及混频5.1振幅调制信号分析5.2振幅调制电路5.3调幅信号的解调*5.4振幅调制:调制是利用调制信号的大小去控制高频载频信号的振幅,使其随调制信号波形的变化而呈线性变化,其它参数(频率与相位)不变.振幅调制分类:AMDSBSSB5.1.振幅调制信号分析(一).AM调幅波的分析(二).双边带信号分析(三).单边带信号分析5.2.振幅调制电路1.调幅波的数学表示式推导(一).ＡＭ调幅波的分析(a)设调制信号为单频余弦信号载波信号tUtucos)(tUtccccos)(u由振幅调制信号的定义,已调信号的振幅与调制信号uΩ成正比.式中,m称为调制度:,01CaCCUkUmmUUka称为调制灵敏度tUKUtUaCmcos)()cos1(tUUKUcac)cos1(tmUc则已调信号振幅()()cos(1cos)cosmCCCtUttUmttAMu5.1.振幅调制信号分析(b)若调制信号不是单一频率信号,而是一连续频谱信号f（t）()[1()]cosAMCcutUmftt式中,f（t）是均值为零的归一化调制信号,|f（t）|max=1。1()[1cos()]cosAMCnnncnutUUtt则调幅波表示式为1()cos()nnnnftUt若将调制信号分解为则调幅波:2.普通调幅波的波形图令ωcΩ，0＜m≤1。(a)调制信号为单频余弦波()AMutmaxmUminmU()(1cos)cosCCtUmttAMutUtucos)(tUtccccos)(u包络(1cos)CUmt图中已调波的振幅称为调幅信号的包络（见图示），大小为:包络的最大值包络的最小值max(1)mcUUmmin(1)mcUUm当m1时，调幅信号会出现过调幅失真的现象（见书188页图；所以，m不能大于1。(b)调制信号为连续频谱信号(b)uAM(t)f(t)tt(a)包络未调制00()(1cos)coscctUmttAMu1coscos()21cos()2CcCcCcUtmUtmUt(a)调制信号为单频余弦波3.调幅信号的频谱及带宽U0F(a)fUc0(b)ffc10(c)ffcfc＋Ffc－F2Fm/2m/22F2ccf由图看出调幅过程实际上是频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频，幅度均等于12mU对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度B=2或B=2F(=2F).(b)调制信号为连续频谱信号1()[1cos()]cosAMCnnncnutUUtt对于多音频的调制信号，若其频率范围是(fmin,fmax)，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍:B=2fmax。（a）语音信号频谱（b）已调信号频谱振幅0(a)f/Hz3003400振幅0(b)f/Hzfc＋3400fc－3400fc4.普通调幅波的功率关系将作用在负载电阻RL上()(1cos)cosAMtccUmttu(a)载波功率212ccLUPR(b)每个边频功率(上边频或下边频)22111224ccLmUPmPR边频(c)在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是212(1)2avccPPPPm边频因为ma≤1，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3，即调幅波中至少有2/3的功率不含信息。从有效利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。５.普通调幅波的产生原理框图()1coscoscoscoscosfcccccfccktUtUtUUtkUtUtAMu＋×uAMucu常数(a)＋×uAMucu(b)(b)发射机的功率利用率不高。６．AM信号主要特点：(a)ＡＭ调制信号的包络反映调制信号的变化规律；（二）.抑制载波的双边带调幅波（ＤＳＢ）分析为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号，这就形成了抑制载波双边带信号,简称双边带信号。１．其数学表达式为11()cos()cos()22acosDSBccccutUtutmUtmUt单频调制时：()coscosDSBccutmUtt或写为：c()()os:DSBCutkfbtUtuut若f(t):２．DSB信号波形u0(a)uCtuDSB(t)0t(b)(c)t00°180°0°U(t)＝Ucost()coscosDSBcutUttcoscoscos0()coscoscos0cDSBcUtttutUttt，当时，当时注意：1）ＤＳＢ波形在调制信号过零点处出现有180O的相位变化。2）双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的变化规律。3)ＤＳＢ信号既调幅又调相.３．DSB信号频谱与带宽其所占据的频带宽度仍为2F，或为调制信号频谱中最高频率的两倍，即maxDSBF2BU0F(a)fUc0(b)ffc10(c)ffcfc＋Ffc－F2Fm/2m/2振幅0(a)f/Hz3003400振幅0(b)f/Hzfc＋3400fc－3400fc５.ＤＳＢ调幅波的产生原理框图()DSBut()ut()cut()coscoscoscosDSBcccckutmUttUtUtU４．DSB信号的功率2122avcPPmP边频(a)由于抑制了载波分量，大大节省了发射机的发射功率;６．双边带信号主要特点：(b)双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的变化规律.（三）.单边带调幅波（ＳＳＢ）上边频与下边频的频谱分量对称，含有相同的信息。若只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。１．单频调制的表达式：1()cos()cos()2SSBcccutmUtUt1()cos()cos()2SSBcccutmUtUtcoscossinsinSSBccutUttUttcoscossinsinSSBccutUttUtt或写为:()utftb若，则有^()cos()sinSSBccufttfttcosutUt(a)若，则有^^11()()()()()fftftftftdtt是的希尔伯特变换:tUtucos)(tUtccccos)(u()cosSSBctUtu()cosSSBctUtu２．单频调制的波形与频谱图：0F(a)f0(b)ffcfc＋F0(c)f为了看清SSB信号波形的特点,下面分析双音调制时产生的SSB信号波形。为分析方便,设双音频振幅相等,即12212121212121()coscos112cos()cos()2211cos()cos()cos2211cos()cos[()]222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt将式6-22进行频谱分解可得:3.双音调制时SSB的表达式tUtUuccSSB12cos4cos4式(6-22)式(6-23)式(6-20)由式(6-22)可以画出SSB的时域波形图由式(6-23)可以画出SSB的频谱图4.双音调制时SSB信号的波形和频谱u0(a)t12(2－1)12(1＋2)12(1＋2)c＋12(2－1)t0uSSB(t)(b)SSB信号频谱(c)等幅双音调制信号频谱ff00F1F2fc＋F1fc＋F2可见DSB信号是调幅调频波可见DSB调制是频谱的线性搬移12212121212121()coscos112cos()cos()2211cos()cos()cos2211cos()cos[()]222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutttUtUuccSSB12cos4cos45．语音信号的频谱图及带宽：其频带宽度为：maxSSBBF6．SSB信号的输出功率为：214avcPPmP边频振幅0(a)f/Hz3003400振幅0(b)f/Hzfc＋3400fc－3400fc振幅0(a)f/Hz3003400振幅0(b)f/Hzfc＋3400fc－3400fc8．单边带信号的主要特点：(a)节省发射机的发射功率。(b)单边带已调信号的频谱宽度被压缩一半,带宽利用率高。(c)双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的变化规律.7．单边带调制的实现方法：一是滤波法；二是相移法。下面简单介绍滤波法的原理：()DSBut()ut()cut()SSBut带通滤波器cmaxcmaxc下边带上边带*带通滤波器的带宽要大于或等于调制信号的带宽。电压表达式普通调幅波(1cos)cosCCUmtt载波被抑制双边带调幅波coscosCCmUtt单边带信号cos()2CmUt(cos())2CmUt或波形图频谱图C-C+12CmUC-C+12CmU信号带宽)2(2)2(2()2C-C+三种振幅调制信号对比5.2．振幅调制电路（一）AM（二）.DSB调制电路(三).SSB调制电路1.高电平调制２.低电平AM调制1．高电平调制高电平调制主要用于AM调制,这种调制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极基极(或发射极)组合调幅。(a)集电极调幅电路(b)基极调幅电路(a)集电极调幅电路ucT1EcT2Ec0uuAMT3ucT1EcT2Ec0uuAMT3集电极调幅的原理分析:(a)t(b)ttttuCEc0＋uEc000ic0ic10Ic10Ecu0t0Ic1Ec0临界欠压区过压区(b)基极调幅电路RLuC1C2ucC3C4C6C5EcR1LBCBLB1RLuC1C2ucC3C4C6C5EcR1LBCBLB1Cub(t)Ucc+L–+–UBBTu++––+EB(t)uc(t)–基极调幅的波形t0EbIc1Ebmin欠压区过压区Ic1ic1ub00ttEb0EbmaxEbcr(1)二极管电路(a)单二极管调制电路(b)平衡二极管调制电路(2)利用(单)差分对电路产生普通调幅波(3)利用模拟乘法器产生AM信号电路２．低电平AM调制coscos()()22DDDDDDCcCcCcgggggiUUtUtUtUtu＋－uo(t)H(j)VDuc＋uD－iDi(a)0(b)fFfc2fc3fc(a)单二极管调制电路(b)平衡二极管调制电路带通滤波器T1RLT2＋－ucVD1VD2N2uD1＋－＋－uD2AN1N1O′BN2ON1uN2uo(t)ucuΩ由习题5-4的分析,考虑u1＝uΩ,u2＝uC有:()oDcDcigugKtu输出的频率分量有:（1）ωc;（2）（2n+1）ωc±Ω,n=0,1,2,……．cc–Ωc+Ω3c–Ω3c+Ω……(2)利用(单)差分对电路产生普通调幅波若将uC加至uA,uΩ加到uB,则有0(1cos)(cos)2ocEETUUiIttUUH(j)H(j)EcuA－EcuBV3V1V2＋－uoRe0(1)()2BAoEETuuiIUU由式(5-71):可见输出频率为:ωC,ωC±Ω.输出频谱图为:cc–c+0(3)利用模拟乘法器产生AM信号电路MC1596G23610591k1k3.9k3.9k＋12V0.1FAM信号输出6.8