调幅(高频)要点

Chapter9振幅调制与解调§9.1频谱搬移电路的特性§9.2振幅调制原理§9.3振幅调制方法与电路§9.4振幅解调（检波）原理与电路1§9.1频谱搬移电路的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f0ff0fmaxf02f0ff0f(a)调幅原理中放来非线性器件低通Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f(b)检波原理22)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。非线性器件本振带通fi,2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffif…fif(c)混频原理3§9.2振幅调制原理一、概述调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波(正弦波)调制和脉冲调制。连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度A，频率或相位。因而有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)三种方式。4脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲高度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位置。相应地，就有脉冲调幅(PAM，包括脉冲编码调制PCM)，脉冲调频(PFM)，脉冲调宽(PWM)和脉冲调位(PPM)。本课程只研究各种正弦调制方法性能和电路。5调制的作用调制的作用主要有2个作用1：在无线通信中，为了便于信号发射（天线不能太长，而只有当天线长度与波长相当时才能将电磁波辐射出去），将低频短的原始信息（如语音）调制到高频段；作用2：提高信道的利用率通过频域复用（如一个空间可传多个电台）通过先进的调制技术（如日益提高的上网速率）同学们将在《通信原理》课程中详细学习6调制解调在无线通信系统中的位置音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器7调幅、调频、调相的波形示意原始信息tttt调幅信号调频信号调相信号8二、调幅波的性质设简谐调制信号载波信号tcosV)t(vtcosV)t(o00v1.调幅波的数学表达式则调幅信号为tcosVKV)t(Vdo)tcosVVK1(Vodo)tcosm1(Vao称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一般0＜ma≤1。odaVVKm通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。92.普通调幅波的波形图当载波频率调制信号频率，0＜ma≤1，则可画出和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。oominooomaxominmaxaVVVVVVV)VV(21m当时ma＝1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。若ma1，AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。tov(a)调制信号voVmaxt(b)已调波形由非正弦波调制所得到的调幅波形v(t)ot过调制波形图10调幅度变化时，已调波的变化越大称调幅度越深所以说am0am当ttmVa00cos)cos1(已调波表达式为tV00cos已调波表达式变为t0V0V实际上属于未调幅10am当t正常调幅%)100(1即当am1ma最大调幅1am当称为“过调幅”113.调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到tcos)tcosm1(V)t(oaovt)cos(Vm21t)cos(Vm21tcosVooaooaoomax00–max0+max非正弦波调幅信号的频谱图由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，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oaVm21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)，对于多音频的调制信号，若其频率范围是，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍。124.普通调幅波的功率关系将作用在负载电阻R上tcos)tcosm1(Voao)t(v载波功率RV21P2ooT每个边频功率(上边频或下边频)oT2a2oa2SB1SBPm41RVm2121PP在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是oT2aDSBoTAMP)m211(PPP因为ma≤1，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。调幅波中至少有2/3的功率不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。13三、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波1.抑制载波的双边带调幅波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。这就是抑制载波的双边带调幅波(DSBAM)其数学表达式为t)cos(Vm21t)cos(Vm21)t(VooaooaDSBtcostcosV)t(VooDSB其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即maxDSBF2B142.单边带调幅波上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。t)cos(Vm21)t(Vooat)cos(Vm21)t(Vooa其表达式为：或maxSSBFB其频带宽度为：15电压表达式普通调幅波tcos)tcosm1(V0a0载波被抑制双边带调幅波tcostcosVm00a单边带信号t)cos(V2m00a)t)cos(V2m(00a或波形图频谱图0-0+m0aVm210-0+m0aVm21信号带宽)2(2)2(2)2(20-0+表9-1三种振幅调制信号163.残留边带调幅0.75MHz6MHz1.25MHz6.25MHzfcf0.75MHz中频6.25MHzf0.75MHz50%(a)广播电视台系统发端滤波器特性(b)电视接收系统中频滤波器特性残留边带调幅(记为VSBAM)它在发射端发送一个完整的边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。17例题伏特5maxV伏特1minVt_______,am所示标准调幅的已调波如图)(32:minmax0VVVV解法一323130min0VVVma32:minmaxminmaxVVVVma解法二18例题tttv21cos3cos4)(调制信号ttv00cos10)(载波1,ak且进行标准调幅求（1）已调波的表达式；（2）各个频率分量的调制系数ma1,ma2（3）边频功率（上下边频功率之和）与载波功率之比19例题(解)ttVktVkVtvaa022110cos)coscos()(已调波ttt021cos)cos3cos410(ttt021cos)cos3.0cos4.01(103.04.02211aamm的调制指数频率分量；的调制指数频率分量TaPmPP021114100TaPmPP022224100125.02121212122210022021aaTTaTammPPmPm载波功率总边频功率20§9.3振幅调制方法与电路调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。带通vAM(t)ov(t)V0(t)(a)普通调幅波实现框图v(t)vDSB(t)vo(t)(b)抑制载波的双边带调幅波v(t)vDSB(t)带通vSSB(t)vo(t)0+或0–(c)单边带调幅波实现框图原理框图如下：一、概述21高电平调幅电路一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。低电平调幅电路一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。按调制电路输出功率的高低可分为：22二、低电平调幅电路1.简单的二极管调幅电路+–CLR+–vov+–vo+–vDi二极管调幅电路调制信号和载波信号相加后，通过二极管非线性特性的变换，在电流i中产生了各种组合频率分量，将谐振回路调谐于，便能取出和的成分，这便是普通调幅波。(1)平方律调幅－二极管信号较小时的工作状态3D32D2D10vavavaaitcosVtcosVc000Dvvv当vD很小时，级数可只取前四项23经分类整理可知：是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是项。020由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调制效率低,无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。24(2)开关式调幅在大信号情况应运时，依靠二极管的导通和截止来实现频率变换，这时二极管就相当于一个开关。满足的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。VV0输出调幅波有用电流分量v2+–i2D2D1+–viiL1.2R+v2v1+–D4D3+––i3viiL3.4RL–i1v1v1v1(b)(a)–v2+v2i1+v2v2–+由两个二极管组成的平衡开关调幅器tvo平衡调制器输出的电压波形ttVgiD)cos()cos(400025普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅波在调制信号极性变化时，它的高频振荡的相位要发生180的突变，这是因为双边带波是由v0和v相乘而产生的。26平衡调幅电路vv0v平方律二极管平方律二极管RRi12020101)()(vvbvvbbii22020101)()(vvbvvbbi+vout_RiRivout21]42[021vvbvbRtVtvcos)(设调制信号tVtv000cos)(载波)]cos)(cos(2cos[20021tVtVbtVbRvout积化和差])cos()cos(cos[20020021tVVbtVVbtVbRvoutΩω00B=2Ω从频谱可见平衡调幅产生的是抑制载波的双边带的调幅波（DSB-SC）272.环形调制器在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使电路中4个二极管首尾相接构成环形，这就是环形调制器。D1Tr1Tr2iLD4D321:1v021:1vRLvv+–v0–+v+D2–环行调制器原理图=gDV[cos(0)t+cos(0–)t]0i4振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频分量，因而获得了广泛应用。从其正负半周期的原理图可知环形调制器输出电流的有用分量28D1Tr1Tr2i121:1v021:1RL–+v+–+D2–vi2iL1Tr1Tr2i321:1v021:1RL–+v+–+–vi4iL1iLKD4D3(b)(a)环型调制器等效电路29模拟乘法器调幅v0v0vvk)cos)(cos(00tVtVk)])cos())[cos(2000ttVVk