第5章-调制与解调(共5+1讲)[160页]课件

1、第5章 调制与解调2概 述为何要调制 ？音频等信息源频率较低，不适宜直接远距离传播频段划分的需要2. 调制与解调的定义？将低频信号搬移上高频段，被高频信号携带进行传播，叫调制。将低频信号从高频载波上移下的过程，叫解调，是调制的逆过程。振幅调制原理调幅与解调幅电路角度调制原理调频与解调频电路数字调制与解调、电路设计调制解调工程设计仿真（仿真课）本章主要内容振幅调制原理调幅与解调幅电路角度调制原理调频与解调频电路数字调制与解调、电路设计调制解调工程设计仿真（仿真课）本章主要内容5第15讲 主要内容普通调幅波的表达式、功率与效率计算三种调幅波的波形图、频谱图6调幅信号分析/调幅波理论调幅定义用低频信

2、号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比变化。7普通调幅波信号分析 -波形/频谱/功率令调制信号又令载波信号调幅波振幅(包络) （与调制信号成比例）8第15讲 主要内容普通调幅波的表达式、功率与效率计算三种调幅波的波形图、频谱图91 调制(幅)系数1）调幅信号振幅表达式变形3）已调波表示式？ （注：调幅后载波频率未变）2） 意义：表示载波振幅受调制信号控制的程度102 调制系数与调制状态关系113 调幅波频谱组成： 载波 上下两个边频2.调幅的实质是频谱搬移的过程3.频带的概念4.多频点调制波形扩展（波形如何？）思路？12补充 多频点调制与调幅波带宽多频点合成波形频谱？134

3、调幅波的功率载波分量功率上下边频分量功率总功率【结论】 发送功率中相当一部分被不携带信息的载波分量占用，非常不经济。 （解决办法在哪里？）答案：改进调幅发射方式。14第15讲 主要内容普通调幅波的表达式、功率与效率计算三种调幅波的波形图、频谱图15调幅方式的改进与分类 普通调幅 （Amplitude Modulation，缩写为AM) 双边带调幅 (Double Side Band AM, 缩写为DSB) 单边带调幅 (Single Side Band AM，缩写为SSB) 残留单边带调幅 (Vestigial Single Side Band AM, 缩写 VSB)改进目的？进一步提高调幅发

4、射效率！161 ）抑制载波双边带调幅 采用乘法器直接将载频与调制信号相乘-DSB/SC (Suppressed Carrier)17DSB/SC-AM主要特点优点 发送功率利用率提高1) 存在180deg相位突变点;2) 包络变化不反映调制信号的变化；3）带宽仍为：BDSB=2Fmax不足182） 抑制载波单边带调幅产生方法：滤波法（发射之前先滤波，最简单）相移法相移滤波法滤波法原理（SSB/SC-AM）19课堂思考题 请总结三种调幅波形的时域与频域波形。20知识扩展 A 残留单边带调幅 VSB残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，又

5、解决了单边带滤波器不易实现的难题。在残留边带调制中，除了传送一个边带外，还保留了另外一个边带的一部分。对于具有低频及直流分量的调制信号，用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想滤波器，在残留边带调制中已不再需要，这就避免了实现上的困难。 21【例题选讲】22第15讲 课堂小结调制与解调的意义？高频载频信号的3个可供选择的调制对象：（幅度、频率与相位）调幅的表达式、波形、频谱；调幅信号的功率分配；调幅信号的几种改进电路的思路、特点与应用第15讲 作业5.2 ，5.3 第16讲 调幅与解调幅电路振幅调制原理调幅与解调幅电路角度调制原理调频与解调频电路数字调制与解调、电路设计调制解调工程设

6、计仿真（仿真课）本章主要内容调幅电路调幅信号生成原理实际调幅电路解调幅（检波）电路包络检波同步检波第16讲 主要内容调幅电路调幅信号生成原理实际调幅电路解调幅（检波）电路包络检波同步检波第16讲 主要内容普通调幅信号 AM双边带信号 DSB单边带信号 SSB调幅信号生成原理框图30普通调幅波 AM由上式可见, 将调制信号与直流相加后, 再与载波信号相乘, 即可实现普通调幅。注意两个表达式区别！31双边带信号 DSB由上式可见, 将调制信号与载波信号直接相乘, 即可实现DSB信号。32单边带信号 SSB优点： 缺点各是如何？。（1）滤波法33单边带信号 SSB优点： 缺点各是如何？。（2）移项法

7、34单边带信号 SSB优点： 缺点各是如何？。（3）移项滤波法35模拟乘法器实现调幅电路Motorola公司MC1496/1596(国内同类型号是XFC-1596), MC1495/1595(国内同类型号是BG314)36 1596简介调幅电路调幅信号生成原理实际调幅电路解调幅（检波）电路包络检波同步检波第16讲 主要内容38检波定义调幅波的解调，称检波，为调幅的逆过程。检波分类与原理 1）大信号包络检波 (重点) 已调波的幅度高于500mV以上。 2）小信号同步检波 已调波的幅度一般几十mV左右。39大信号包络检波电路工作原理类似二极管整流滤波电路，利用了二极管单向导电特性。充放电时常数不一

8、样，充电快，放电慢。40检波效率41【讨论】电路参数对检波效率的影响1.cRC的影响 RC越大，放电越慢， c越大，放电时间短。检波管的影响 正向电阻小好（充电快） 反向电阻大好 （减小放电二极管的漏电） 3. 输入信号Ui的影响 Ui 幅值小时，rD偏大，不 利于充电而提高效率。42检波失真分类1） 大信号检波失真 （重点掌握） A）对角线失真（惰性失真） B）割底失真 （参考网络、拓展阅读）43对角线失真（ 又称: 放电失真/惰性失真）失真原理 放电时常数过大，导致放电过慢形成。解决办法 降低放电时常数， 使放电速率快于 包络下降速率不失真条件44【扩展】割底失真 （1. 起因）1）大信号

9、包络检波 实用电路Ri：为后级电路输入电阻，此处作为检波负载。CC：隔离Uo中的直流分量，只让交流成份送至后级处理，CC的容抗要求远小于Ri阻抗以便于交流无损通过，所以CC容值较大 2）割底失真引入45【扩展】割底失真 （2. 原理）失真原理 对于直流而言，CC近似可看作直流电压源，将该直流电压源与RL与Ri作端口等效电路： 当Ui= E 47【扩展】改善割底失真的方法1. 在检波器与下一级电路之间插入一级射随器, 即增大后级电路交流输入电阻Ri的值；48【扩展】改善割底失真的方法2. 将检波器直流负载R分成R1和R2两部分。显然,在直流负载不变的情况下, 改进后电路的交流负载 比原电路（R/

10、RL）增大。 【思考】比值是否越大越好？【答案】比值过大会导致后级信号减小过多。49【扩展】改进包络检波电路的参数设计【目的】 为了使二极管峰值包络检波器能正常工作, 避免失真, 必须根据输入调幅信号的工作频率与调幅指数以及实际负载RL, 正确选择二极管和R、C、 Cc的值。 50【扩展】包络检波电路的参数设计【例题】 已知普通调幅信号载频fc=465KHz, 调制信号频率范围为300 Hz3400 Hz, ma=0.3, RL=10 K, 如何确定改进型峰值包络检波器有关元器件参数? 解： 一般可按以下步骤进行:51【扩展】参数选取例题（续1）1) 检波二极管通常选正向电阻小(500 以下)

11、、 反向电阻大(500K以上)、结电容小的点接触型锗二极管, 注意最高工作频率应满足要求。 2) RC时间常数应同时满足以下两个条件: 电容C对载频信号应近似短路, 故应有： 通常取 ; 为避免惰性失真,应有： 。代入已知条件, 可得(1734)10-6RC0.1510-3 523) 设 即 , 。 为避免底部切割失真, 应有 , 其中 。 代入已知条件, 可得R63k。 因为检波器输入电阻Ri不应太小, 而 , 所以R不能太小。 取R=6k, 另取C=0.01 F, 这样, RC=0.0610-3, 满足上一步对时间常数的要求。 因此, R1=1K, R2=5K。 【扩展】参数选取例题（续2

12、）534) Cc的取值应使低频调制信号能 有效地耦合到RL上, 即满足: 一般取 ： Cc=47F 【扩展】参数选取例题（续2）542 普通调幅波同步检波工作原理在接收机端需要存在一个与载频同频同相的参考信号，该信号与调幅波相乘后经由低通滤波器输出。（乘法器实现同步检波）55 同步检波 Uo(t)中包含, 2c, 2c几个频率分量。用低通滤波器取出直流和分量, 再去掉直流分量, 就可恢复原调制信号。同步检波优点 避免包络检波中的 惰性失真与底部切割失真。56 同步检波 【思考】如果参考信号与载频不同频或不同相可否？为何？答：1）务必同频，否则无分量；2）如果同频不同相, 有一相位差, 即ur=

13、Urmcos(ct+),则乘法器输出中的分量为 k2UcmUrmMacoscost。 若是一常数, 即同步信号与发射端载波的相位差始终保持恒定, 则解调出来的分量仍与原调制信号成正比, 只不过振幅有所减小；若= 90, cos=0, 分量也就为零了；若是随时间变化的, 即同步信号与发射端载波之间的相位差不稳定, 则解调出来的分量就不能正确反映调制信号。 57同步检波参考频率产生方法1）接收机采用同发射机相同高精度晶振的方法；2）发送边带信号的同时，发送载频信号的一部分作为导频；如何做到同频以及同相？58第16讲 小结理解检波定义理解检波分类与工作原理 - 大信号包络检波 (要求掌握) / 小信

14、号同步检波掌握检波效率、检波失真等基本概念【扩展】了解 改进型包络检波器的电路设计59思考能否设计一种电路：既可以实现解调幅，还可以同时整流滤波产生电源电压？解调，恢复调制信号 整流/滤波/稳压，产生直流电压给其供电信号接收机 不用电源 ！，无线携能通信【军事应用价值在哪？】4.4 and 4.5第16讲 作 业第17讲 角度调制原理振幅调制原理调幅与解调幅电路角度调制原理调频与解调频电路数字调制与解调、电路设计调制解调工程设计仿真（仿真课）本章主要内容63常见调制波形对比【回顾与对比】64第17讲 主要内容调频与调相 表达式、波形图及频谱 1调频与调相一致性的理解 2调频波数学表达式 3调相

15、波数学表达式 4调频与调相信号参数对比调角波频谱与带宽调角波功率65调频与调相同为角度调制的一致性理解无论频率的变化还是相位的变化，都可以归结为载波总相角的变化，所以调频与调相统称 “角度调制”。66第17讲 主要内容调频与调相 表达式、波形图及频谱 1调频与调相一致性的理解 2调频波数学表达式 3调相波数学表达式 4调频与调相信号参数对比调角波频谱与带宽调角波功率67调频波形与数学表达式推导68第17讲 主要内容调频与调相 表达式、波形图及频谱 1调频与调相一致性的理解 2调频波数学表达式 3调相波数学表达式 4调频与调相信号参数对比调角波频谱与带宽调角波功率调相波形与数学表达式推导70第1

16、7讲 主要内容调频与调相 表达式、波形图及频谱 1调频与调相一致性的理解 2调频波数学表达式 3调相波数学表达式 4调频与调相信号参数对比调角波频谱与带宽调角波功率71调频与调相对比 72调频与调相主要参数图形对比最大频偏(影响带宽) 与最大相偏（调制系数）对比73第17讲 主要内容调频与调相 表达式、波形图及频谱 1调频与调相一致性的理解 2调频波数学表达式 3调相波数学表达式 4调频与调相信号参数对比调角波频谱与带宽调角波功率74调角信号在不同m 时的频谱由调频（或调相）信号数学表达式根据贝塞尔函数展开得教材5-37展开式。特点分析：1）调频波频谱除了载频外，还包含无穷多边频，相邻频谱间隔

17、为调制频率整数倍。75调角信号的频带宽度理论上，调角信号的边频无数，所以带宽也是无限宽。实际中，调频信号能量大多位于载频附近，所以一般认为当边频的幅度小于未调制载波幅度的10时，认为可以近似忽略。实际考虑调角信号的带宽时，边频数一般取阶数： n=mf+1 或 n=mp+1即可。所以带宽：76调频信号在不同mf时的频谱带宽772）贝塞尔函数曲线图到频谱图的转换方法（例 mf0.5 or 2）调频信号频谱2 在单一余弦点频调制下，mf越大，边频数目越多并且频带加宽，明显区别于调幅波。783）每一个频率分量的幅度与贝塞尔函数有关，受调制系数的影响,可能出现边频大于载频的幅度。（mf较大时容易出现）调

18、频信号频谱分析3 79 调频频谱 对比 调相频谱调制强度 相同的情况下，调制信号频率 变大一倍对带宽的影响。80第17讲 主要内容调频与调相 表达式、波形图及频谱 1调频与调相一致性的理解 2调频波数学表达式 3调相波数学表达式 4调频与调相信号参数对比调角波频谱与带宽调角波功率81【提高】（贝塞尔函数的曲线图进一步特性分析）4）计算调频波的功率为：82典型例题讲解83例题（续1）84例题（续2）85例题总结186例题总结287第17讲 小 结调角的分类掌握调频与调相的数学表达式推导掌握调频与调相两者的特性对比88第17讲 作 业 5.6 5.7 思考调相与调频的哪一点主要区别导致调相不直接使

19、用？预习按实施计划预习下一讲内容。第18讲 调频与解调频电路振幅调制原理调幅与解调幅电路角度调制原理调频与解调频电路数字调制与解调、电路设计调制解调工程设计仿真（仿真课）本章主要内容91调频电路调频主要技术指标直接调频电路 间接调频电路 拓展调频频偏的方法 （补充）解调频电路（鉴频）斜率鉴频电路 脉冲计数鉴频电路 第18讲 主要内容92调频电路调频主要技术指标直接调频电路 间接调频电路 拓展调频频偏的方法 （补充）解调频电路（鉴频）斜率鉴频电路 脉冲计数鉴频电路 第18讲 主要内容93调频主要性能指标1. 相对偏移与绝对偏移描述受控振荡器的频率偏移与调制电压的关系。2. 调制灵敏度单位调制电压

20、所产生的振荡频率偏移。94调频主要性能指标3. 最大频偏在正常的调制电压作用下，所能达到的最大的振荡频率偏移。4. 载波频率稳定度95调频方法分类间接调频调制电压不直接控制振荡器的频率，而是通过控制载频的相位，进而通过变换网络获得对频率的调制。即用调相的手段实现调频。直接调频用控制电压控制载频振荡器频率，以生成调频信号。96调频电路调频主要技术指标直接调频电路 间接调频电路 拓展调频频偏的方法 （补充）解调频电路（鉴频）斜率鉴频电路 脉冲计数鉴频电路 第18讲 主要内容97直接调频用控制电压控制载频振荡器频率，以生成调频信号。98变容二极管直接调频电路 变容二极管的符号与压控特性99原理：ZL

21、隔离高频振荡信号，对于直流与音频调制信号而言，可以流过ZL，以此达到控制变容二极管反偏并且调整Cd 的目的。组成：高频振荡器 电压受控二极管。优缺：调频范围宽；调频稳定度差。思考：电路中各器件作用？变容二极管直接调频电路100晶振变容管直接调频电路 - 原理/优缺 晶振变容二极管调频电路常采用晶振与变容二极管串联的方式。 优点突出优点是载频(中心频率)稳定度高，可达10-5左右, 在调频通信中得到广泛应用。 缺点频率范围窄, 仅在串联谐振频率fs与并联谐振频率fp之间, 最大相对频偏 只能0.01%左右, 最大频偏fm小。并联晶振电路晶振变容管调频101直接调频电路 小 结1）普通变容(二极)

22、管调频电路优点：可调范围宽； 缺点：频率稳定度低。2）晶振变容(二极)管调频电路 为了提高中心频率稳定度, 可以加入晶振, 构成晶振变容管调频电路。优点：频率稳定度高；缺点：可调范围窄。3）锁相环直接调频 锁相调频电路的中心频率稳定度可以做得很高, 是一种应用越来越广泛的直接调频电路。（改进方法在哪？）102调频电路调频主要技术指标直接调频电路 间接调频电路 拓展调频频偏的方法 （补充）解调频电路（鉴频）斜率鉴频电路 脉冲计数鉴频电路 第18讲 主要内容103间接调频的含义104间接调频调制信号不直接控制振荡频率，而是通过控制载波相位转换为调频。实际是先积分，后经相位调制器实现调频。1）用RC

23、积分器积分 2) 用相位调制器实现调频105间接调频实际电路结构（积分器 + 调相器）电路特点调制不在载频振荡器中直接进行，而是在振荡器后面增加单独的调相电路。106有关积分器的理解【思考】右图什么电路？低通滤波器？积分器？【答案】：既可以是低通滤波器，也可以是积分器。取决于输入信号的频率。107有关积分器的理解积分器原理回顾108调频电路调频主要技术指标直接调频电路 间接调频电路 拓展调频频偏的方法 （补充）解调频电路（鉴频）斜率鉴频电路 脉冲计数鉴频电路 第18讲 主要内容109【扩展内容】调频电路拓展频偏 为何要拓展频偏？ 最大线性频偏是调频的主要性能指标之一，但许多场合下，简单调频电路

24、难以实现。2. 如何拓展频偏？110拓展内容 如何提高调频信号的频偏？直接调频拓展频偏方法 1）最直接的方法为提高载频频率。 例如 要求最大相对线性频偏0.01%, 当载频为100MHz时, 最大线性频偏可达到10kHz, 对于一般语音通信足够。 2）加宽非线性电容器件的电压-频率转换特性间接调频拓展频偏方法 1）采用倍频和混频的方法 111间接调频电路拓展频偏思路1采用倍频与混频的方法（扩展效果较好）112间接调频电路拓展频偏思路2113例题试为某一调频电台设计调频方案，要求中心频率为90MHz，最大频偏为75KHz。（已有300KHz晶振，直接调频所获频偏最大25Hz）114例题（续） 两

25、种方法优缺对比1） 结构繁简对比2） 成本高低对比115调频电路调频主要技术指标直接调频电路 间接调频电路 拓展调频频偏的方法 （补充）解调频电路（鉴频）鉴频主要技术指标斜率鉴频电路 脉冲计数鉴频电路 第18讲 主要内容116从调频波中取出原来的调制信号，称频率检波，又称鉴频。结构框图鉴频定义117鉴频器主要指标鉴频灵敏度（鉴频跨导） 反应输出电压与输入调频信号瞬时频偏的关系。鉴频带宽 线性鉴频的频率范围， 要求大于调频波最大频偏的2倍。鉴频线性度 近似线性，非线性失真尽可能要小118S型鉴频曲线直接体现鉴频器性能:1）S曲线线性好则 失真小；2）斜率大则鉴频灵敏度高；3）鉴频频带宽则允许接受

26、 的频移大。鉴频器主要指标119调频电路调频主要技术指标直接调频电路 间接调频电路 拓展调频频偏的方法 （补充）解调频电路（鉴频）鉴频主要技术指标斜率鉴频电路 脉冲计数鉴频电路 第18讲 主要内容120【回顾】 并联LC回路 幅频/相频特性幅频特性曲线中线性部分为频率到幅度的线性转换提供了依据，在斜率鉴频电路中将得到应用。相频特性是条具有负斜率的单调变化曲线，因此也可以利用曲线中线性部分进行频率到相位的线性转换，在相位鉴频电路里将得到应用。121【回顾与小结】并联LC回路 幅频/相频特性 LC并联回路失谐频率附近具有的频幅转换特性和频相转换特性，有可能使之成为简单而实用的频幅转换和频相转换网络

27、。调频到调幅转换调频到调相转换思考：Q大好，Q小好？122斜率鉴频器的工作原理简介【注意事项】谐振电路谐振频率工作于比调频频率略高或略低频点处，形成一定的失谐，利用幅频曲线的斜率特性将调频波变为调频调幅波，故称斜率鉴频。【结论】：如果Q值低，谐振曲线线性范围宽，鉴频灵敏度低；如果Q值高，谐振曲线线性范围窄，鉴频灵敏度高。思考：V1输入信号与L2C2回路谐振频率关系如何？123斜率鉴频器实际电路【工作原理】V1输入调频信号的频率略低于L2C2谐振回路频率。利用失谐并联LC回路的频幅转换特性，将调频波转化为调频调幅波，再利用二极管包络检波。（动画演示）124参差调谐鉴频器的工作原理结构为两个单失谐

28、回路斜率鉴频器的改进电路。目的 改善单失谐回路斜率鉴频器的线性与鉴相灵敏度。125调频电路调频主要技术指标直接调频电路 间接调频电路 拓展调频频偏的方法 （补充）解调频电路（鉴频）鉴频主要技术指标斜率鉴频电路 脉冲计数鉴频电路 第18讲 主要内容126脉冲计数式鉴频器原理简介将调频波变换为重复频率等于调频波频率的等幅等宽脉冲序列，再经低通滤波器取出直流分量。127调频电路调频主要技术指标直接调频电路 间接调频电路 拓展调频频偏的方法 （补充）解调频电路（鉴频）鉴频主要技术指标斜率鉴频电路 脉冲计数鉴频电路 第18讲 小 结第18讲 作业 撰写 第20讲课堂 虚拟仿真实验 预习报告题目：调幅/解

29、调幅 电路虚拟仿真实验具体技术指标： 调制信号3KHz音频信号，载频信号5MHz，两种信号幅度不限，请给出电路设计方案，提交仿真波形。第19讲 数字调制与解调、电路设计(通信原理内容，自学)振幅调制原理调幅与解调幅电路角度调制原理调频与解调频电路数字调制与解调、电路设计调制解调工程设计仿真（仿真课）本章主要内容数字调制与解调（1）数字调制概念与分类（2）幅移键控（3）频移键控（4）相移键控调制与解调仿真（1）幅度调制与解调仿真（2）频率调制与解调仿真第19讲 主要内容数字调制与解调（1）数字调制概念与分类（2）幅移键控（3）频移键控（4）相移键控调制与解调仿真（1）幅度调制与解调仿真（2）频率

30、调制与解调仿真第19讲 主要内容数字调制概念数字调制是指用数字基带信号控制高频载波的过程。数字调制分类幅移键控(Amplitude Shift Keying, ASK ) 频移键控(Frequency Shift Keying，FSK）相位键控(Phase Shift Keying，PSK) 二进制调制与多进制调制数字调制概念与分类数字调制与解调（1）数字调制概念与分类（2）幅移键控（3）频移键控（4）相移键控调制与解调仿真（1）幅度调制与解调仿真（2）频率调制与解调仿真第19讲 主要内容二进制基带信号（1）二进制 幅移键控（ASK）2ASK信号模拟相乘法二进制 幅移键控（ASK）调制电路键控法相干解调法二进制 幅移键控（ASK）解调电路非相干解调法数字调制与解调（1）数字调制概念与分类（2）幅移键控（3）频移键控（4）相移键控调制与解调仿真（1）幅度调制与解调仿真（2）频率调制与解调仿真第19讲 主要内容高频载波的频率随二进制数字基带信号变化，其频率变化只有两种情况。二进制 频移键控（2FSK）2FSK信号2FSK调制方法主要有两种：模拟调频法和键控法二进制频移键控（2FSK）调制电路 将2FSK 信号分解为两路2ASK 信号分别进行解调，然后比较两路抽样后的样值信号的大小，最终恢复出原