第9章振幅调制与解调

1、9.1 概述概述9.2 调幅波的性质调幅波的性质9.3 平方律调幅平方律调幅9.4 斩波调幅斩波调幅9.5 模拟乘法器调幅模拟乘法器调幅9.6 单边带信号的产生单边带信号的产生9.7 残留边带调幅残留边带调幅9.8 高电平调幅高电平调幅9.9 包络检波包络检波9.10 同步检波同步检波9.11 单边带信号的接收单边带信号的接收9.1.1 振幅调制简述振幅调制简述9.1.2 检波简述检波简述倍频中间放大调制器话筒声音发射 天线 低频电 压放大 主 振缓冲 受调放 大器功放功放推动推动 低频 功放功放末级低末级低频功放频功放末级高频末级高频功率放大功率放大sfsf0fifs0ifffifff1、概

2、念、概念调制：调制： 是在传送信号的一方（发送端）将所要传送是在传送信号的一方（发送端）将所要传送的信号（它的频率一般是较低的）的信号（它的频率一般是较低的）“附加附加”在在高频振荡上，再由天线发射出去。高频振荡上，再由天线发射出去。载波：载波：高频振荡波是携带信号的高频振荡波是携带信号的“运载工具运载工具”，叫载波。叫载波。解调：解调：在接收信号的一方（接收端）经过解调在接收信号的一方（接收端）经过解调（反调制）过程，把载波所携带的信号取（反调制）过程，把载波所携带的信号取出来，得到原来的信息。反调制过程也叫出来，得到原来的信息。反调制过程也叫检波。检波。2. 调制的原因调制的原因1）天线要

3、将低频信号有效地辐射出去，它的尺寸）天线要将低频信号有效地辐射出去，它的尺寸为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波波长。长。音频信号音频信号: 20Hz20kHz 波长：波长：15 15000 km天线长度天线长度: 3.75 3750km就必须很大。就必须很大。2. 调制的原因调制的原因2）基带信号特点：频率变化范围很大，因此要求基带信号特点：频率变化范围很大，因此要求QfBW0高频窄带信号高频窄带信号频谱搬移频谱搬移低频（音频）低频（音频）: 20Hz20k

4、Hz1000minmaxff高频（射频）高频（射频）:3minmaxffAM广播信号广播信号: 535 1605kHz，BW=20kHz501k1000k200fBW2k10k200fBWlowhigh2020k10k1000k100k天线和谐振回路的参数应在很宽范围内变化，天线和谐振回路的参数应在很宽范围内变化，这是很难做到的。这是很难做到的。2. 调制的原因调制的原因3）便于不同电台相同频段基带信号的同时接收，因）便于不同电台相同频段基带信号的同时接收，因频谱搬移频谱搬移1c2c如果直接发射音频信号，则发射机将工作于同一如果直接发射音频信号，则发射机将工作于同一频率范围内。频率范围内。3.

5、 调制的方式和分类调制的方式和分类调幅调幅调相调相调制调制连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制脉宽调制脉宽调制振幅调制振幅调制编码调制编码调制调频调频脉位调制脉位调制4. 调幅的方法调幅的方法平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅调幅方法调幅方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅集电极调幅集电极调幅基极调幅基极调幅从振幅受调制的高频信号中从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。还原出原调制的信号。1.定义定义 高 频 放 大 fs fs 本 地 振 荡 fo 混 频 fo fs = fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F 2. 组成组成3. 检波的分类检波的分类

6、二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极管检波器检波检波器件器件信号大小信号大小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器工作特点工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱调幅波的数学表示式与频谱9.2.2 调幅波中的功率关系调幅波中的功率关系1. 普通调幅波的数学表示式普通调幅波的数学表示式首先讨论单音调制的调幅波。首先讨论单音调制的调幅波。载波信号：载波信号： tV000cosv调制信号：调制信号： tVcosv调调 幅信号（已调波）：幅信号（已调波）： ttVt0cos)(=)(v由于调由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，在理想的情况

7、下，幅信号的振幅与调制信号成线性关系，在理想的情况下，已调波的振幅为：已调波的振幅为： tVkVtVcos+=)(a0，式中，式中ak为比例常数为比例常数即：即：)cos+1(=)cos+1(=)(a00a0tmVtVVkVtV式中式中ma为调制度（调幅指数），为调制度（调幅指数）， 0aaVVkm常用百分比数表示。常用百分比数表示。ttmVt0a0cos)cos+1(=)(v调幅信号（已调波）用下式表示：调幅信号（已调波）用下式表示：)1 (aomaxmVVoV)1 (aominmVV)cos+1(=)(a0tmVtV0min000max0minmaxa)(21VVVVVVVVVm波形特点波

8、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) 调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱度反映了调幅的强弱度 图图9.2.1(b)tV000cosvtV cosv0am1am10a m1am1am过量调制过量调制1 am应满足应满足2. 普通调幅波的频谱普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调）由单一频率信号调 幅幅tmtmtVttmVt)-cos(21+)+cos(21+cos=cos)cos+1 (=)(0a0a000a0v 调制信号0载波调幅波0+上边频0-下边频.+cos+cos+cos=)(332211tVtVtVtvmmm（2

9、）由多频率信号调）由多频率信号调 幅幅调制信号：调制信号：调幅波的方程：调幅波的方程：ttmtmtmVtv03322110cos.)+cos+cos+cos+1 (=)(tVtVtVmm)-cos(+)+cos(+cos=100210020011tVtVmm)-cos(+)+cos(+2002200222.+)-cos(+)+cos(+3002300233tVtVmm（9.2.7）信号带宽信号带宽max2B 0 maxo 调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0+max上边带0-max下边带（2）由多频率信号调）由多频率信号调 幅幅频谱图频谱图00max-= VVVm上峰值调幅度0min0

10、-= VVVm下谷值调幅度 如果将普通调幅波输送功率至电阻如果将普通调幅波输送功率至电阻R上，则载波与两个边频将分别得出上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：如下的功率：00002Vma02Vma00VttmVtooacos)cos1 ()(v载波功率载波功率:RVP20oT21上边频功率：上边频功率：在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AMAM信号的平均输出总功率是信号的平均输出总功率是)21+1 (=+=2aoT)+()-(oTo00mPPPPPTaRVmPmPa02412122)-(=)(=00（9.2.11）下边频功率下边频功率:TaRVmPmPa02412122)+(=)(=

11、00（9.2.12）（9.2.13）（9.2.14） 载波本身并不包含信号，但载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。绝大部分。当当100%调幅时，调幅时， ma1，Po 1.5 PoT 从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。00002Vma02Vma00V)21+1 (=+=2aoT)+()-(oTo00mPPP

12、PP当未调幅时，当未调幅时， ma0， Po PoT 为传递信息，只要有一个包为传递信息，只要有一个包含信号的边带就够了。这样，含信号的边带就够了。这样，可以把载波功率和另一个边带可以把载波功率和另一个边带的功率都节省下来，同时还节的功率都节省下来，同时还节省省50%的频带宽度（这是最主的频带宽度（这是最主要的优点）。这种传送信号的要的优点）。这种传送信号的00002Vma02Vma00V方式叫做单边带发送（方式叫做单边带发送（single side-band transmission,SSB）单边带调制所需要的收发设备都比较复杂，只适合单边带调制所需要的收发设备都比较复杂，只适合在远距离通信

13、系统或载波电话中使用。通常的无线电在远距离通信系统或载波电话中使用。通常的无线电广播仍是将两个边带和载波都发射出去，以简化千家广播仍是将两个边带和载波都发射出去，以简化千家万户所使用的收音机电路，降低它们的造价。万户所使用的收音机电路，降低它们的造价。9.3.1 工作原理工作原理9.3.2 平衡调幅器平衡调幅器 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。就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。 这里将调制信号这里将调制信号v与载波信号与载波信号 相加后，同时加入非线相加后，同时加入非线性器件，

14、然后通过中心频率为性器件，然后通过中心频率为0的带通滤波器取出输出电压的带通滤波器取出输出电压vo o中的调幅波成分。中的调幅波成分。0v假设非线性器件为二极管，它的特性可表示为假设非线性器件为二极管，它的特性可表示为2210+=iiOvavaav（9.3.1）式中，输入电压为式中，输入电压为tVtVvvvicos+cos= )(+)(=00调制信号载波（9.3.2）式（式（9.3.2）代入式（）代入式（9.3.1），得），得DvvR+-+-Ov直流项.).+(+=2022210VVaavO载波频率.cos+001tVa上、下边频.)-cos(+)+cos(+0002ttVVa载波二次谐波.2

15、cos+020221tVa调制信号基频.cos+1tVa调制信号二次谐波.2cos+2221tVa（9.3.3）2210+=iiOvavaav中产生调幅作用的是中产生调幅作用的是22iva项，故称项，故称为平方律调幅。滤波后，输出电压为：为平方律调幅。滤波后，输出电压为：)-cos(+)+cos(+cos=)(0002001tVVatVatv)-cos(+)+cos(+cos=)(0002001tVVatVatvttVVatVa002001coscos2+cos=ttVVaaa0201cos)cos+1 (=12（9.3.4）由上式知，调幅度由上式知，调幅度Vmaaa122=（9.3.5）由式（由式（9.3.5）可得以下结论：）可得以下结论：1）am的大小由调制信号电压振幅的大小由调制信号电压振幅V及调制器的及调制器的特性曲线所决定，亦即有特性曲线所决定，亦即有21aa、所决定。所决定。2）通常）通常,1时，时，电路工作于开关电路工作于开关状态。状态。当当mVVm26 VV)+cos(=+=0m