高频电子线路阳昌汉版第5章_振幅调制与解调

1、1 概述概述 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 振幅调制电路振幅调制电路 调幅信号的解调调幅信号的解调 2一、基本概念一、基本概念信号信号 载波信号：（等幅）载波信号：（等幅）高频高频振荡信号振荡信号 正弦波正弦波 方波方波 三角波三角波 tUtuccmccos锯齿波锯齿波调制信号：由原始信号转换成的调制信号：由原始信号转换成的低频低频信号信号 tUtucosm已调信号（已调波）：经过调制后的已调信号（已调波）：经过调制后的高频高频信号信号 5.1 5.1 概概 述述调制：调制：用用调制信号调制信号去控制去控制载波信号载波信号的某一个参量的过程的某一个参量的过程。 解调：解调：调制的逆过程

2、调制的逆过程，即从，即从已调波已调波中恢复原中恢复原调制信号调制信号的过程。的过程。（基带信号）（基带信号）3二、调制的分类二、调制的分类按调制信号分按调制信号分模拟调制模拟调制按载波信号分按载波信号分连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制振幅调制（简称调幅，振幅调制（简称调幅，AM）频率调制（简称调频，频率调制（简称调频，FM）相位调制（简称调相，相位调制（简称调相，PM）脉冲振幅调制脉冲振幅调制( (PAM) )脉冲宽度调制脉冲宽度调制( (PWM) )脉冲位置调制脉冲位置调制( (PPM) )脉冲编码调制脉冲编码调制( (PCM) )（正弦波）（正弦波）本章以调制信号为本章以调制信号为

3、模拟信号的模拟信号的连续波调制连续波调制为例进行讨论，其为例进行讨论，其结论也适合于数字调制结论也适合于数字调制数字调制数字调制4调制：由调制：由调制信号去控制载波的三参量（振幅、频率、相调制信号去控制载波的三参量（振幅、频率、相位）之一位）之一，使，使其随调制信号线性变化。其随调制信号线性变化。三、调制与解调的方式三、调制与解调的方式 瞬时振幅：瞬时振幅：瞬时频率：瞬时频率：瞬时相位：瞬时相位：调幅：调幅：检波检波对应解调对应解调 tutukUtUacmm tutuktfc tutukttpc用用 控制载波振幅控制载波振幅 ut调频：调频：鉴频鉴频对应解调对应解调用用 控制载波频率控制载波频

4、率 ut调相：调相：鉴相鉴相对应解调对应解调用用 控制载波相位控制载波相位 ut55.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性5.2.1 普通调幅波普通调幅波 简称简称AM调幅波调幅波一、普通调幅波一般表达式一、普通调幅波一般表达式载波信号：载波信号： tUtuccmccostfUccm 2cos tu调制信号：调制信号： tukUtUacmm普通调幅波振幅：普通调幅波振幅：普通调幅波信号：普通调幅波信号： ka由调幅电路决定由调幅电路决定 通过相乘实现！通过相乘实现！ cmaccosUk utt mccosu tUtt6cmmaaUUkm二、单频调制二、单频调制 把调幅波振幅变化规律

5、，即把调幅波振幅变化规律，即 称为调称为调幅波的幅波的包络包络。tmUcos1acm1、表达式、表达式 mcosutUtmcos2UFt cmaccosu tUk uttcmamccoscosUk Uttcmac1coscosUmtt通常通常c 调幅指数调幅指数或或调幅度调幅度，表示载波振幅受，表示载波振幅受调制信号控制后改变的程度调制信号控制后改变的程度) 10(am72、波形、波形 ttmUtuaccmcoscos1tmUtUcos1)(acmm tUtucosm tUtuccmccos)1 (acmmaxmmUUcmU)1 (acmminmmUU波形特点：波形特点：（1）调幅波的振幅（包

6、络）的）调幅波的振幅（包络）的变化规律与调制信号波形一致变化规律与调制信号波形一致（2）调幅度）调幅度ma反映了调幅的强反映了调幅的强弱程度，弱程度，minmmaxmminmmaxmaUUUUm可以看出：一般可以看出：一般ma值越大调幅越深值越大调幅越深 ma=0时时 未调幅未调幅ma=1时时 最大调幅（百分之百）最大调幅（百分之百）ma1时时 过量调幅，包络失真，实际电路中必须避免过量调幅，包络失真，实际电路中必须避免8a=1m0tt0a1m 百分百调幅波形百分百调幅波形过量调幅波形过量调幅波形 ttmUtucacmcoscos1可见可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：调

7、幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量： 3 3、频谱、频谱cmcacmcacmc11coscoscos22Utm U tm U t载波分量载波分量 ：c上边频分量上边频分量 ：c下边频分量下边频分量 ：c不含传输信息不含传输信息含传输信息含传输信息含传输信息含传输信息9 调制信号调制信号c载波载波调幅波调幅波c +上边频上边频cma21Umc - 下边频下边频cma21UmcmUFBW222特点特点: :（1）调制过程是实现）调制过程是实现频谱线性搬移频谱线性搬移的过程的过程（2）调幅波的带宽：）调幅波的带宽：104、功率、功率载波功率：载波功率：RUPcm2oT21每一边频功率：每

8、一边频功率：RUmPPa121212cmccoT2a41Pm故故由于由于 cmcacmcacmc11coscoscos22u tUtm U tm U t调幅波的平均总功率调幅波的平均总功率：PPPPccoToav212aoTmP当当 ma = 1时，边频功率达到最大，但仅为时，边频功率达到最大，但仅为Poav / 3 实际使用中，实际使用中， ma在在0.11之间，平均值为之间，平均值为0.3。可见普通。可见普通调幅波中调幅波中含有信息的上下边频分量含有信息的上下边频分量所占的功率非常小，而所占的功率非常小，而不含不含信息的载波信息的载波占绝大多数，因而调幅波的占绝大多数，因而调幅波的功率浪费

9、大，效率低功率浪费大，效率低。11三、多频调制三、多频调制 m11m22mcoscos.cos nnutUtU tU t cmamc1coscosn iiiu tUkUttcmac11cost cosniiiUmtcmcmccc1coscoscos2naiiiiUUtm t tcmmaaUUkmiim1cosn iiiUt12同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份载波分量载波分量 c上边频带分量上边频带分量 c1cn下边频带分量下边频带分量 cc1nmax c c调制调制信号信号 c c载波载波调幅波调幅波c c- -max 下边频带下边频带c c+max上边频带上边频带max max

10、max maxmax222FBW特点特点: :（1）实现频谱线性搬移）实现频谱线性搬移（2）调幅波带宽：）调幅波带宽： 同单频调制，同单频调制，信息含于边频带分量中，载波不含有用信息含于边频带分量中，载波不含有用信息，但载波占有很大能量。不经济。信息，但载波占有很大能量。不经济。要抑制载波。要抑制载波。最高调最高调制频率制频率通常通常cmax135.2.2 抑制载波的双边带和单边带调幅波抑制载波的双边带和单边带调幅波一、双边带调幅波一、双边带调幅波1、表达式、表达式DSB波：抑制了载波分量，波：抑制了载波分量，只含上、下边带分量。只含上、下边带分量。单频调制时：单频调制时： 用载波和调制信号用

11、载波和调制信号直接相乘实现！直接相乘实现！ cu tut utmcmc( )coscosu tUt Utmcmcc1coscos2UU t t无载波无载波分量！分量！2、频谱、频谱调制信号调制信号 载波载波c下边频下边频c上边频上边频cFBW2带宽：带宽：频谱只有频谱只有cc、 DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于有，功率利用率高于AM波。波。143 3、波形、波形（1 1）包络随调制信号变化，）包络随调制信号变化，但包络不能完全准确地反映但包络不能完全准确地反映调制信号变化规律。调制信号变化规律。包络线包络线相似

12、与)(tu特点：特点：（2 2）载波相位在调制电压零）载波相位在调制电压零交点处要突变交点处要突变018015二、单边带调幅波二、单边带调幅波1、 表达式表达式SSB波：只含一个边带分量波：只含一个边带分量单频调制时单频调制时2、 频谱频谱 mcmc1cos2u tUU t mcmc1cos2u tUU t或或c单频调制的单边带调幅波的频谱为单频调制的单边带调幅波的频谱为c或或 （1）频带只有双边带调幅波的一半，其）频带只有双边带调幅波的一半，其频带利用率高频带利用率高3、特点、特点 （2）全部功率都含有信息，）全部功率都含有信息，功率利用率高功率利用率高FBW 16例例1 1mV1033.

13、6cos6280cos3 . 0120)(6tttu设某一广播电台的信号电压设某一广播电台的信号电压问：此电台的频率是多少？调制信号频率是多少？问：此电台的频率是多少？调制信号频率是多少？解：解：电台的角频率为：电台的角频率为：6c6.33 10/rad s频率为：频率为：cc1.007MHz2f调制信号的角频率为：调制信号的角频率为：6280/rad s频率为：频率为：1000Hz2F175.3 振幅调制电路振幅调制电路在在低功率电平时低功率电平时进行调制，因此它产进行调制，因此它产生小功率的调幅波，然后由线性功率生小功率的调幅波，然后由线性功率放大器放大，得到所要求功率的调幅放大器放大，得

14、到所要求功率的调幅波，一般用于发射机的前级。波，一般用于发射机的前级。按输出信号功率的高低分：按输出信号功率的高低分：高电平调幅电路：高电平调幅电路：低电平调幅电路：低电平调幅电路：优点：优点：整机效率高。整机效率高。设计时输出功率和效率不是主要指标。重点是设计时输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的提高调制的线性度，减小不需要的频率分量和提高滤波性能。线性度，减小不需要的频率分量和提高滤波性能。在在所需的功率电平上所需的功率电平上进行调制，调制与进行调制，调制与功放合一，一般用于发射机的末级。功放合一，一般用于发射机的末级。一般只能产生一般只能产生AM。设计时必须兼顾输出功率、效率和调

15、制线性的要求。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。185.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路主要电路：主要电路：主要用途：主要用途：可产生可产生AM、 DSB 、 SSB二极管调幅电路二极管调幅电路 模拟乘法器调幅电路模拟乘法器调幅电路 单二极管开关状态调幅电路单二极管开关状态调幅电路 二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路 二极管环型调幅电路二极管环型调幅电路 19 ut cutLRdr开关频率开关频率c+- 当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够大，另一个电压振幅较小，大，另一个电压振幅较小，二极管的导通和截止将完全受

16、大二极管的导通和截止将完全受大振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。 ut cutDLR+- -udidid一、单二极管开关状态调幅电路一、单二极管开关状态调幅电路 (1)(1)什么是开关状态什么是开关状态(2)(2)调幅原理调幅原理+- -ud dcdLdc1 0+=0 0，二极管导通；，二极管导通；ididi充充i充充i放放i放放+-+-当当uD= ui- - uoRC放电放电的速率的速率产生惰性失真的原因：产生惰性失真的原因：会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生

17、失真，这种失这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。 一般为了提高检波效率和滤波效果，总希望选取较大的一般为了提高检波效率和滤波效果，总希望选取较大的R、C 值，但值，但如果如果R、C 取值过大，使取值过大，使R、C 的放电时间常数的放电时间常数所对应的放电速度小于输入信号（所对应的放电速度小于输入信号（AM）包络下降速度时，）包络下降速度时，=RCtui(t)与与uo(t)uo(t)ui(t)避免产生惰性失真的条件：避免产生惰性失真的条件： 在任何时刻，电容在任何时刻，电容C上电压的变化率应大于或等于包络信号上电压的变化率应大于或等于包络

18、信号的变化率，即的变化率，即tUtuddddimC59imaimsindUm Utdt 设输入信号设输入信号AM信号：信号：iimac1coscosuUmttimima1cosUUmt 电容电容C 通过通过R 放电，通过放电，通过C 的电流为的电流为CCdduiCt包络信号为：包络信号为：包络的变化率为：包络的变化率为：而流过而流过R 的电流为的电流为CRuiRCCd duuCtRCCdduutRCRC =ii60Cimadima1cos1cosuUmtKUmtCimdddduUAtt则有则有由于由于 为检波器输出电压为检波器输出电压Cu则则Cimad1cosduUmttRCaasin1cos

19、mtRCmt所以不产生惰性失真的条件为：所以不产生惰性失真的条件为：1tUmtmRCUasin)cos1 (imaim为为避免产生惰性失真，避免产生惰性失真，必须保证必须保证A值取最大时仍有值取最大时仍有1maxA故令故令:0 dtdA610cos1sincos)cos1 (2a22aaatmtmttmmRCdtdA即：即：； cosamt2a21cos1sinmtt可解得：可解得：a2a1mmRC有有可见，可见，ma、越大，包络变化越快，要求越大，包络变化越快，要求RC的值就应该越小。的值就应该越小。minmax当当 ，不失真条件变为，不失真条件变为amax2a1mmRC4 4、负峰切割失真

20、、负峰切割失真产生负峰切割失真的原因：产生负峰切割失真的原因：+UAB - -+- -UR+u- -ttmUucaimicoscos1设CRLRDCcui+- -AB62tmUcos1aim Uim(1-ma) Ui m URttmUucaimicoscos1 URcoscos1aimAtmUu则BimacoscosuU mtABABim-=cosuuuUimU 此电压在此电压在Cc上恒定，通过上恒定，通过分压，在分压，在R上有：上有：imLABLRURRRuRRRU 由于由于UR对对检波检波二极管二极管D来说相当于一个反向偏置电压，来说相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。会影响二

21、极管的工作状态。 在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于UR ,当当UR Uim(1-ma)，二极管截止，检波输出信号不跟随输入调，二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生负峰切割失真。幅波包络的变化而产生负峰切割失真。63避免产生负峰切割失真的条件：避免产生负峰切割失真的条件：输入调幅波的包络的最小值输入调幅波的包络的最小值Uim(1- -ma)必须大于或等于必须大于或等于UR即即imLaim)1 (URRRmU可得可得LLaL/ /RRRRmRRRR式中，式中，R=RL/R为检波器输出端的交流负载电阻，而为检波器输出端的交流负载电阻

22、，而R为直为直流负载电阻。流负载电阻。 三、三、 检波器设计及元件参数的选择检波器设计及元件参数的选择 +- -u中放末级中放末级RidRLCDRCsLsRsisCc（1） 回路有载回路有载 要大：要大：LQ 这应该从这应该从选择性选择性及及通频通频带带的要求来考虑。的要求来考虑。一般：一般： 1)/(idsscLRRCQ64（2）为保证输出的高频纹波小）为保证输出的高频纹波小（3） 为了减少输出信号的频率失真为了减少输出信号的频率失真要求：要求：不影响下限频率不影响上限频率cmincLmax11CCRCRCamax2a1mmRC（4） 为了避免惰性失真：为了避免惰性失真：（5） 为了避免底部

23、切割失真：为了避免底部切割失真：LLaRRRmRRR/L或或c1RC要求：要求：655.4.3 同步检波器同步检波器同步：同步： 在输入端外加一个与原载频信号在输入端外加一个与原载频信号同频同相同频同相的的本地载频信号本地载频信号一、同步检波器的组成一、同步检波器的组成二、工作原理二、工作原理（一）输入为双边带调幅波（一）输入为双边带调幅波iimccoscosuUtt乘法器乘法器低通滤低通滤 波器波器uiu0 本地载波本地载波u输入已调波：输入已调波：本地载波：本地载波：00mccosuUt66i0im0mcccoscoscosKuuKU Uttt 则乘法器输出为则乘法器输出为：im0mim0mcim0mc11coscos(2)241 cos(2)4KU UtKU U tKU U t则经低通滤波器后的输出信号为：则经低通滤波器后的输出信号为： im0m1cos2uKU URt本地载波本地载波DSB信号信号cc22 经过低通滤波器后被过滤经过低通滤波器后被过滤67im0mim0mc11coscos(2)22KU UtKU U t（二）输入为单边带调幅波（二）输入为单边带调幅波i0im0mcccoscosKuuKU U ttiimccosuU t输入已调波：输入已调波：本地载波：本地载波：00mccosuUt 则乘