第十三讲 振幅调制及其解调

1、第六章 振幅调制、解调及混频 6.1 振幅调制 6.2 调幅信号的解调 6.3 混频 6.4 混频器的干扰 振幅调制：用调制信号去控制高频振荡波的振幅，使高频振荡波的振幅按调制信号的规律变化。 振幅调制的类型： 普通的调幅方式(AM)； 抑制载波的双边带调幅方式(DSB-SC)； 抑制载波的单边带调幅方式(SSB-SC)。6.1 振幅调制图6-1 AM 调制器示意图 调制信号:由原始信号(声音、数据、图像)转变而来的低频信号或视频信号，以u(t)或 f (t)表示。 载波: 未受调制的高频振荡信号，以uc(t)表示。 已调信号: 受调制后的高频振荡波，以us(t)表示。 6.1.1 振幅调制信

2、号分析 1. 调幅波的分析 1) 表示式及波形 调制电压为cos6-2uUtcos6-1cccuUt 设载波电压为 通常满足c。根据振幅调制信号的定义，已调信号的振幅随调制信号u线性变化，由此可得振幅调制信号振幅Um(t)为 在恒值上叠加了受调制信号控制的变化量。 cos1cos6-3mcccacUtUUtUk UtUmt 6-4caccUk UmUU式中，Uc(t)与调制电压u成正比,其振幅Uc= kaU与载波振幅之比称为调幅度(调制度) 图6-1 AM 调制过程 中的信号波形Uc(1+m)Uc(1-m)特点： uAM的包络正比于调制信号； 填充频率的瞬时频率未变，仍为fc； 调制度m表示调

3、制的深度，m1为过调制，过调制会产生包络失真。 波形示意图如图6-2所示。 cos1coscos6-5AMmcccutUttUmtt 式(6-4)中， ka为比例系数,一般由调制电路确定，故又称为调制灵敏度。由此可得调幅信号的表达式( )1( )cos6-6AMccutUmf tt 上面的分析是在单一正弦信号作为调制信号的情况下进行的，而一般传送的信号并非为单一频率的信号， 是一连续频谱信号f (t) ，这时，可用下式来描述调幅波:图6-2 实际调制信号的调幅波形 由式(6-5)可看出，要完成AM调制，可采用如图6-3所示的框图来实现，其关键是调制信号和载波的相乘。1( )1cos()cos6

4、-7AMcnnncnutUmtt则调幅波表示式为式中，/nancmk UU max1f t 式中, f (t)是均值为零的归一化调制信号 , 若将调制信号分解为1( )cos()nnnnf tUt图6-3 AM 信号的产生原理图 2) 调幅波的频谱 由图6-1(c)可知，调幅波不是一个简单的正弦波形。在单一频率的正弦信号的调制情况下，调幅波如式(6-5)所描述。将式(6-5)用三角公式展开 ，可得：( )coscos()2cos()6-82AMccccccmutUtUtmUt频谱示意如图6-4和6-5所示。 图6-4 单音调制时已调波的频谱调制信号频谱载波信号频谱AM信号频谱 图6-5 语音信

5、号及已调信号频谱 (a)语音频谱 (b)已调信号频谱 频谱的特点： 1. AM波由载频和上、下边频 (边带) 组成； 2.载波不含信息，只有上、下边频 (边带) 含有信息，边频与载频幅度比为m/2； 3. 已调波占有频带宽度为 B =2F (单频调制)或B = 2Fmax (连续信号调制)； 4. 已调信号含有调制信号信息，但没有调制信号分量。 3) 调幅波的功率 在负载电阻RL上，一个载波周期内调幅波消耗的功率为2222( )11(1cos)22(1cos)6-10AMccLLcutPdtUmtRRPmt2216-922ccccLLuUPdtRR 在负载电阻RL上消耗的载波功率为 由此可见,

6、 P 是调制信号的函数,是随时间变化的。上、下边频的平均功率均为221()6-11224ccLmUmPPR边频 可见，AM波的平均功率为载波功率与两个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为26-132m边频功率载波功率AM信号的平均功率为(一个调制信号周期内) 21(1)6-1222avcmPPdtP 调幅波的最大功率和最小功率,它们分别对应调制信号的最大值和最小值为2max2min(1)(1)6-14ccPPmPPm 讨论： (1). Pmax限定了功率放大器的额定输出功率，使功放管不能充分利用。如：某功放管额定输出功率PH=10W,应选PHPmax的功放管，若m = 0.5 则载波

7、功率 Pc=PH /(1+ m)2 =10/(1+0.5)2=4.4W; 平均功率 Pav= (1+m/2)Pc=4.95W (2). 发射功率不能充分利用。 上例说明，采用 10W 的晶体管，发射了5W ，其中只有0.55W是含有信息的。2120.552cPmPW边频 (3). AM波的优点： a. 产生方便； b. 频带窄(相对于FM波)； c. 接收设备简单。 2. 双边带信号 (DSB-Double Side Band) 在调制过程中，将载波抑制掉，就形成了抑制载波的双边带信号。它可由载波与调制信号相乘得到,其表示式为( )( )6-15DSBcutkf tu在单一正弦信号 u= Uc

8、ost 调制时,( )coscos( ) cos6-16DSBcccutkU Uttg tt 式中，g(t)是双边带信号的振幅，与调制信号成正比。单频调制时的波形如图6-6所示。图6-6 DSB信号波形示意 调制信号载波信号已调信号图6-6 DSB信号的频谱结构 图中fc只有位置特征，而没有其分量。单音频调制谱连续信号调制谱特点： a. g(t) u(与AM波的振幅不同)； b. DSB波既调幅又调相(填充频率 fc )。优点：发射的全部功率都载有消息。应用场合：彩色电视中的色度信号、数据通信。 注意： 双边带调幅信号不仅其包络已不再反映调制信号波形的变化, 且在调制信号波形过零点处的载波相位

9、有180的突变。在调制信号正半周, cost为正值, 双边带调幅信号uDSB(t)与载波信号uc(t)同相；在调制信号负半周, cost为负值, uDSB(t)与uc(t)反相 3. 单边带信号(SSB-Single Side Band) 单边带(SSB)信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中,直接将一个边带抵消而成。单频调制时， uDSB(t)= kuuc。 取下边带时的表达式( )cos()6-18SSBcutUt 单频调制时的时域波形如图6-7所示，频域波形如图6-8和6-9所示。( )cos()6-17SSBcutUt 当取上边带时的表达式图6-7 单音调制的SSB信

10、号波形 单频调制时包络是一常数U图6-8 单边带调制时的频谱搬移 调制信号的频谱载频信号的频谱SSB信号的频谱 图6-11 语音调制的SSB信号频谱DSB信号的频谱上边带信号的频谱下边带信号的频谱 SSB调制的特点： 1. 功率利用率高； 2. 占用频带窄: BSSB= Fmax 应用场合： 近代短波通信、有线载波通信。 是短波通信的一种重要调制方式。 6.1.2 振幅调制电路 1. AM调制电路 AM信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前, AM信号大都用于无线电广播, 因此多采用高电平调制方式。 1) 高电平调制(调制和功率放大合二为一) 高电平调制主要用于AM调制,

11、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。图6-12 集电极调幅电路 图6-13 集电极调幅的波形示意图 在集电极调幅时，功率放大器应工作在过压状态。图6-14 基极调幅电路 图6-15 基极调幅的波形示意图 在基极调幅时，功率放大器应工作在欠压状态。 2) 低电平调制（先调制，经功放，再发射。） (1) 二极管电路。用单二极管电路和平衡二极管电路作为调制电路，都可以完成AM信号的产生。 图6-16(a)为单二极管调制电路。当UcU时,由式(5-38)可知,流过二极管的电流 iD 为 coscos22()()6-29DDDDccDDccccgggiUUtUtggUtUt 图6-16 单二极管调制电路及频谱示意图 (2) 利用模拟乘法器产生普通调幅波 0(1)tanh()6-302BAoEETuuiIUU若将 uc 加至 uA, u 加到 uB , 则有 00135(1cos)tanh(cos)2(1cos)( )coscos3cos5ocEETcccUUiIttUUImtxtxtxt (6-31) 式中, m = U / UEE，x = UcUT。若集电极滤波回路的中心频率为 fc ,带宽为 2F ,谐振阻抗为 RL, 则经滤波后的输出电压为