第五章 振幅调制与解调.ppt [修复的]

第五章振幅调制与解调调幅信号的基本特性低电平调幅电路高电平调幅电路包络检波同步检波主要内容：n调制的必要性：可实现有效地发射，可实现有选择地接收。n调制的方式和分类：t按载波的不同可分为脉冲调制、正弦调制和对光波进行的光强度调制等。t按调制信号的形式可以分为模拟调制和数字调制。调制信号为模拟信号的称为模拟调制，调制信号为数字信号的称为数字调制。t正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。n调制是一种非线性过程。载波被调制后将产生新的频率分量，通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。5.1调幅信号的基本特性非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示非线性器件主振带通f0,2Fmax调制信号f0ff0fmaxf02f0ff0f2)从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于所谓的线性频率变换。1)它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率分量。3)频谱的横向平移从时域角度看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以用乘法电路实现。混频原理非线性器件本振带通fi,2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffif…fif(1)调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。定义：信号载波信号：（等幅）高频振荡信号正弦波方波三角波锯齿波调制信号：需要传输的信号（原始信号）语言图像密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）振幅调制解调（检波)混频（变频）属于频谱线性搬移电路(2)解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。tVtvmcos)(tVtvccmccos)((6)振幅调制分三种方式：（5）相位调制：调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调制信号线变化。（4）频率调制：调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调制信号线性变化。（3）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振幅随调制信号线性变化。（1）设载波信号：tVtvccmccos)(调制信号：tVtvmcos)(调幅信号为：ttVtvcmcos)()(由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，则)cos1()cos1(cos)(tmVtVVkVtVkVtVacmcmmacmmacmm式中ma为调制度，cmmaaVVkmttmVtvcacmcos)cos1()(若实际传送的调制信号是一个连续频谱的限带信号f(t)，则1AM调幅波的数学表达式若将)(tf分解为1nnnn)tcos(U)t(f其中：nanUkmttfkVtvcacmcos))(1()(ttmVtvcnnnncmcos))cos(1()(15.1.1标准振幅调制的基本特性2、AM信号的波形图波形特点：（1）调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致(2)调幅度ma反映了调幅的强弱程度。ttmVtvcacmcos)cos1()(cmaVVVmminmax21)1(maxacmmVVcmV)1(minacmmVVtVtvmcos)(tVtvccmccos)(cmaVVVmminmax21一般m值越大调幅越深：)1(maxacmmVVcmV)1(minacmmVV实际电路中必须避免包络失真过调幅时百分之百最大调幅时未调幅时,,1m)(1m0maaa1ma1am1amv(t)ot（1）单一频率信号调幅含传输信息下边频分量含传输信息上边频分量不含传输信息载波分量:::)(ccc3、AM信号的频谱及信号带宽Ω调制信号ωc载波调幅波ωc+Ω上边频ωc-Ω下边频])cos(21)cos(21[coscos)cos1()(tmtmtVttmVtvcacaccmcacm实际调制信号的调幅波形(b)uAM(t)f(t)tt(a)包络未调制00(2)限带信号的调幅波1nnnn)tcos(U)t(fΩmax同样含有三部分频率成份含信息下边带含信息上边带不含信息载波分量)()(:ncncc信号带宽max2Bω0Ωmaxo调幅波ΩmaxΩmaxΩmaxΩmax调制信号载波ω0+Ωmax上边带ω0-Ωmax下边带nncnnncnccmnncnncnccmcnnnncmtmtmtVtmtmtVttmVtv)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscos))cos(1()(1LcmORVP221OaLcmaSSBPmRVmP4221222122aOSSBOAMmPPPP2m2a载波功率双边带功率2a2a2a2am2m2m12m平均总功率双边带功率(2)上、下边带的平均功率：(3)在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率(4)边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：LR上消耗的载波功率：(1)4、AM信号的功率由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。但AM波调制方便，解调方便，便于接收。如当100%调制时(m=1)，双边带功率为载波功率的21，只占用了调幅波功率的31，而当21m,AMOPP98。在AM调制过程中，如果将载波分量抑制就形成抑制载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号直接相乘得到，即：nncancmnncancmDSBtmVtmVv)cos(21)cos(21调制信号为单一频率信号：调制信号为限带信号的调制：)()(tvtkvvcDSB一、双边带信号(doublesidebondDSB)１、数学表达式5.1.2抑制载波的双边带与单边带调幅信号tVmtVmvccmaccmaDSB)cos(21)cos(212.波形与频谱tVmcos(1)DSB信号的包络正比于调制信号(2)DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。(3)DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。maxmax22FB(4)占用频带调制信号载波o上边频下边频小结：对AM信号，当m=0.5时，其振幅可以看成是将调制信号叠加到载波振幅Vcm上，其振幅的最大值(对应调制信号的最大值)为Vcm(1+0.5)，最小值(对应调制信号的最小值)为Vcm(1-0.5)，包络的峰一峰值为Vcm。当m=1时，其振幅可以看成是将调制信号叠加到载波振幅Vcm上，其最大值与最小值分别为2Vcm和0，峰一峰值为Vcm。由此可见，m越大，振幅的起伏变化越大，有用的边带功率越大，功率的利用率越高。对DSB信号，是在AM信号的基础上将载波抑制而得到的，反映在波形上，是将包络中的Vcm分量去掉，将vΩ与vcm直接相乘就可得到DSB信号。应注意的是，DSB信号的包络与调制信号的绝对值成正比，在调制信号的过零点载波要反相。特别要指出的是，DSB信号是在AM信号的基础上将载波抑制后得到的，但不可用滤波的方法将载波分量滤出，而是采用如平衡电路等方法将载波分量抵消，从而得到DSB信号的。在画波形时，包络不能用实线，只能用虚线，因为它只是反映了包络的变化趋势，而不是信号的瞬时值。单边带(SSB)信号是由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带或在调制过程中直接将一个边带抵消而形成，如：二、单边带信号ωc+Ωmax上边带ωc-Ωmax下边带ccωc+Ωmax上边带cωc-Ωmax下边带上边带滤波器SSBUv乘法器vov下边带滤波器SSBLvDSBvtVmvccmaSSBU)cos(21tVmtVmvccmaccmaDSB)cos(21)cos(21tVmvccmaSSBL)cos(21电压表达式普通调幅波00(1cos)cosaVmtt载波被抑制双边带调幅波00coscosamVtt单边带信号00cos()2amVt00(cos())2amVt或波形图频谱图0-0+012ammV0-0+012ammV信号带宽2()22()2()20-0+表三种振幅调制信号例1已知载波电压为vc=Vcmcosωct,调制信号如图所示，f01/TΩ。分别画出m=0.5及m=1两种情况下的AM波形以及DSB波形。分析：AM信号是其振幅随调制信号变化的一种振幅调制信号，确切地讲，其振幅与调制信号vΩ成线性关系。调幅信号的表达式为vAM(t)=Vcm[1+mf(t)]cosωct，式中f(t)为归一化信号，即|f(t)|max=1的调制信号。由AM信号的表达式可以看出，调幅信号的振幅，是在原载波振幅的基础上，将f(t)信号乘以mVcm后，叠加到载波振幅Vcm之上，再与cosωct相乘后，就可得到AM信号的波形。对双边带信号，直接将调制信号vΩ与载波vc相乘，就可得到DSB信号的波形。应注意的是，DSB信号在调制信号vΩ的过零点处，载波相位有180°的突跳。解：下图为AM波在m=0.5和m=1的波形和DSB信号的波形22例2某调幅发射机的调制制式为普通调幅波，已知载波频率为500KHZ，载波功率为100KW，调制信号频率为20HZ～5KHZ，调制系数为m=0.5,试求该调幅波的：解：1、频带宽度？2、在m=0.5调制系数下的总功率？3、在最大调制系数下的总功率？322OT1BW=2F=2510=10KHZ2m=0.5PP(1+m/2)=100(1+0.5/2)=112.5W3m=1P=1001+1/2=150W总总解：、、时，＝、时，（）235.2低电平调幅电路实现：AMDSB线性搬移SSB分类：高电平调制：功放+调制发送：AM低电平调制：调制放大发送：AM\DSB、SSB目标：效率高、线性范围大、失真度小乘法器滤波器加法器uΩucucAMSSBDSB5.2.1实现调幅的方法1.双边带振幅调制v(t)vDSB(t)vc(t)tVmtVmtvtkvvccmaccmacDSB)cos(21)cos(21)()(25•使所容纳的频道数目增加倍，大大提高波段利用率。••单边带制的选择性衰落现象要轻得多。•要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。2.单边带振幅调制(1)滤波法vvcvDSBc带通滤波器vSSBc+(或)c–单边带输出cc–maxc+maxc+maxcc+max滤波器法实现单边带调制FBM1音频1BM22BM33强放f2+f1+Ff1Ff1+Ff2(f1+F)f2(f2+f1+F)OSC1OSC2OSC3f1fc+Ff1+f2+f3+F=fc+Ff2f3实际滤波器法单边带发射机方框图DSB信号经过带通滤波器后，滤除了下边带，就得到了SSB信号。由于0max，上、下边带之间的距离很近，要想通过一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。27单边带发射机方框图举例28(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示相移法单边带调制器方框图图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是互相移相