幅度调制和解调 课件

1、第5章 振幅调制、解调及混频我在时域 ，你在频域 才能发现你的美丽 通信技术情书 我把爱的语言调制到高频 需要经过傅立叶变换 通过高频功率放大器 载波到你的频率 你说我的爱噪声太大 经过层层滤波 原来发现 那是在宇宙开始的时候 我发给你的爱的微波背景辐射 时域特性：指的是信号的强度随着时间的变化特性。这些信号最后都转换为随着时间而随机变化的电压或电流。例如通信中要处理的各种信号：语音、数据、图像和视频等。 频域特性：描述信号的另一种表示方法。描述的是信号包含哪些不同频率分量。正弦信号的频谱图 休息1休息2例1：画出信号的频谱图 例2休息1休息2例3：任何一个信号，不论它是周期性的还是非周期性的

2、，都可以分解为一系列频率不同的正弦（或余弦)分量。 例3：画出语音信号的大致频谱图 休息1休息2例4：画出图像信号的大致频谱图 5.1 概述5.2 振幅调制原理及特性 5.4 调幅信号的解调 第5章 振幅调制、解调及混频 5.5 混频器原理及电路 返回休息1休息25.3 振幅调制电 （2）便于通过天线辐射出去。低频信号直接发射所需要的天线过长。 发射20kHz无线电波所需要的最佳天线长度为75万米长。（ 3）调制可以解决不同基带信号相互之间干扰的问题。以电视信号传输为例，一个城市十个电视频道，由于这十个频道图像信号的频率都在06MHz之间，每个电视接收机将同时收到所有十个频道的信号，结果屏幕上

3、所显示的将是十个频道图像的复合，这显然是无法接受的（1）把基带信号的频谱搬移到某个频带范围内，适应信道的传输 要求；实现频率的分配。 为什么要调制与解调？ 休息1休息2(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。51概述休息1休息2(7)振幅调制分三种方式： （5）相位调制：调制信号控制载波

4、相位，使已调波的相位随调 制信号线变化。 （ 6）解调方式：（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。休息1休息25.2 振幅调制原理及特性一、振幅调制信号分析二、双边带信号三 、单边带信号返回休息1休息2（1） 设：载波信号： 调制信号： 那么调 幅信号（已调波）可表达为： 由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有： ，式中为比例常数即： 式中ma为调制系数， 常用百分比数表示。1. AM调幅波的数学表达式 返回5.2.1 标准振幅调制（AM）信号分析休息1休息2则有 其中

5、： 若将 分解为： 一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号 。则2、调幅信号波形 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， 可以看出： 一般m值越大调幅越深： 返回休息1休息2仿真（1）由单一频率信号调 幅可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：3、调幅波的频谱 调制信号c载波调幅波返回c +上边频c - 下边频同样含有三部分频率成份(2) 限带信号的调幅波返回max c限带信号 c载波调幅波c-max 下边频带c+max上边频带max max max 由于： 相加器 乘法器直

6、流 乘法器 相加器4、AM信号的产生原理框图可见要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。仿真返回 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：调制信号为单一频率信号： 调制信号为限带信号的调制： 5.2.2双边带( double sideband DSB)调幅信号 、 数学表达式返回休息1休息22. 波形与频谱5.2.2双边带( double sideband DSB)调幅信号 (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

7、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。(4) 占用频带 调制信号载波上边频下边频仿真返回休息1休息2单边带(SSB)信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的表示式为：上边带信号下边带信号5.2.3 单边带( single sideband SSB)信号 返回休息1休息21. SSB信号的性质 在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（SSB）调制系统 max 限带信号c载波c-max

8、下边频带信号 c+max上边频带信号c+maxc-max 由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，如：上边带信号下边带信号2. 单边带调幅信号的实现 上边带滤波器下边带滤波器乘法 器返回休息1休息2(1) 滤波法 有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法：下边频带信号DSB信号c-max c+max上边频带信号c+maxc-max 另外由三角公式： (2) 相移法 利用上三角公式的实现电路如下图所示：乘法 器乘法 器00相移00相移加法 器减法 器返回休息1休息23.4 习惯上将没有抑制载波和边带的幅度调制方式称为普通调幅方式，简称AM，于是就有三种幅度调制方式：AM、DSB和SSB调

9、制，下表给出了三种调幅方式性能的比较。返回 三种幅度调制方式的比较抑制载波的双边带调幅和单边带调幅（VSB）*电视图像信号的残留边带调制加上残留部分，调制后图像信号频带宽度等于7.25MHz，加上电视伴音信号（采用频率调制方式发送），全电视信号的宽度为8MHz，对照第1章电视频道的划分，不同电视频道之间的频率差正好是8MHz。电视图像信号采用了一种称为残留边带的发送方式，即发送全部上边带和部分下边带，如图所示。 通常分为：5.3 振幅调制电路 三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。具体的说调制可分为高电平调制：功放和调制同时进行，主要

10、用于AM信号。低电平调制：先调制后功放，主要用于DSB、SSB以及FM信号。5.3 .1 低电平调幅电路 低电平调幅电路常采用第4章介绍的频率变换电路来实现 二极管调幅电路 集成模拟乘法器调幅电路 如下图所示的电路设: (1)单二极管电路且 则回路电流: 而 1 . 二极管调幅电路 的频谱成份： c 2 c 3 c如果选频回路工作在 处，且带宽为 而谐振时的负载电阻为RL，则输出电压为： 为一个AM信号仿真返回休息1休息2B=2VDusuc+-+-RLLCid+-uL+-udZL2. 集成模拟乘法器调幅电路返回休息1休息2仿真 用集成模拟相乘器来实现各种调幅电路，电路简单，性能优越且稳定，调整

11、方便，利于设备的小型化。 R151R6RW50k21k3.9k1kC2C2uo-EE= -8V694178Ry3MC1596510EC=12VR4R4R5uxuyR2R3R7R8R9C2C21k51516.8k7507503.9k 1）MC1596构成的调幅电路RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VDRyRy-EE X通道两输入端8脚和7脚，Y通道两输入端1脚和4脚之间接有调零电路 可通过调节电位器RW，使1脚电位比4脚高Uo，相当于在1、4脚之间加了一个直流电压Uo，以产生普通调幅波 。 实际应用中，高频载波电压uc加到X输入端口，调制信号电压u及直流电压Uo加到Y输

12、入端口，从9脚单端输出AM信号。 2. 集成模拟乘法器调幅电路仿真返回休息1休息22) BG314构成的调幅电路 RLuxuy13kIox10k28.2kR11141294Rw8133R13R37-EE=-15V+15V561011IoyEC=15V-15V10kRwxRwy2k2kRxRy BG314（MC1595）8.2k10k10k10k6.8k3.3kCLN1N2uo 8脚附加补偿调零电压UXIS，12脚除附加补偿零电压UYIS。ux=uc=Ucmcosctuy=u-(-Uo)=Uo+Umcost 若2、14脚两端外接LC谐振回路的等效谐振电阻为RL ， 由式(4-50)可推出变压器次

13、级回路输出的调幅波电压为： 如果uy=u= Umcost 高频载波具有单一的频率,基带信号对其进行调制后，所形成的已调信号必然具有一定的频带宽度，这个频带宽度除了与基带信号自身的频带宽度有关之外，还与调制方式有关。已调信号所使用的频带宽度即为频带利用效率的含义。1、调制方式的频带利用效率 由于存在多种调制方式，自然就有一个如何选择最佳调制方式的问题。为此，就需要讨论调制的主要性能指标，以便根据式的性能来确定最佳选用方案。5.24 调制的主要性能指标 例如，48.5MHz92MHz的甚高频段用于电视及数据广播，电视广播已调信号频带宽度6.5MHz，规定每个电视频道频率间隔8MHz，整个频段就可以

14、安排5个频道。调制方式选用不当，每个电视频道占用的频带宽度提高到13MHz，上述频段就只能安排3个频道，频带利用效率就大大下降了。 3、抗噪声抗干扰能力 在保证相同通信距离的情况下，采用不同的调制方式，所需要的发射功率会有所不同，所需要的功率越小，就说其功率有效性越高。功率有效性也是衡量调制方式的重要性能指标之一。 例如，幅度调制方式中有一种称为单边带调制 的技术能使功率减小一半有效性就较高。 2、调制方式的功率有效性5.24 调制的主要性能指标 各种调制方式对于噪声等各种干扰的抑制能力也是衡量调制方式优劣的重要指标。例如，频率调制方式的抗干扰能力就比幅度调制方式强，调频波的特点是幅度为恒定值

15、，假如通信过程中混入了幅度干扰，在解调前只要加一个限幅器电路就可以消除这种干扰。解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。振幅调制过程： 解调过程 AM调制 DSB调制 SSB调制包络检波： 同步检波： 峰值包络检波平均包络检波 乘积型同步检波 叠加型同步检波 5.4 调幅信号的解调 5.4.1调幅解调的方法 1 包络检波 休息1休息1t调幅波调幅波频谱c+c-c输出信号频谱包络检波输出t 非线形电路低通滤波器t调幅波t调幅波t调

16、幅波包络检波输出t包络检波输出t包络检波输出t 由于DSB和SSB信号的包络不同于调制信号，不能用包络检 波器，只能用同步检波器，但需注意同步检波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号，而所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同相）。 乘法器低通滤波器uDSBuou2 同步检波包络检波器 加法器uDSBuou仿真uAM解调载波休息1休息15.4.2 二极管大信号包络检波器 休息1休息11. 大信号包络检波的工作原理 (1) 电路组成 ZL+-uiVDRC+-uiRui+-Crd它是由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成。 RC低通滤波电路有两个作用： 对低频调制信号u来说，电容C的容抗

17、，电容C相当于开路，电阻R就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压 对高频载波信号uc来说，电容C的容抗 ，电容C相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。 理想情况下，RC低通滤波网络所呈现的阻抗为: 1. 大信号包络检波的工作原理休息1休息1(2) 工作原理分析 + uD -+-uoiduD= ui- uoRi充+-uoi放+-ui+-uiVDRCui+-Crd 当输入信号ui(t)为调幅波时，那么载波正半周时二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容C充电，充电时间常数为rdC。因为rdC较小，充电很快，电容上电压建立的很快,输出电压uo(t) 很快增长 。 作用在二

18、极管VD两端上的电压为ui(t)与uo(t)之差，即uD= ui- uo。所以二极管的导通与否取决于uD 当uD= ui- uo0，二极管导通；当uD= ui- uo0 ，二极管截止。 ui(t)达到峰值开始下降以后，随着ui(t)的下降，当ui(t)= uo(t)，即uD= ui-uo=0时，二极管VD截止。C把导通期间储存的电荷通过R放电。因放电时常数RC较大，放电较缓慢。 检波器的有用输出电压：uo(t)=u(t)+UDCUDCu(t)tuo(t)ucui(t)uo(t) u i(t)与uo(t)tididi充i充i放i放+-+-仿真检波器的实际输出电压为：uo(t)+uc= u(t)+UDC+uc当电路元件选择正确时，高频纹波电压uc很小