北航通信电路原理课件ch061

1、笫6章 调制与解调6.1 幅度调制 6.1.1 标准幅度调制 6.1.2 抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅 6.1.3 正交幅度调制与解调6.2 角度调制 2022/9/151引言调制的必要性：可实现有效地发射，可实现有选择地接收。方式和分类：按载波的不同可分为脉冲波调制、正弦波调制和对光波进行的光强度调制等。按调制信号的形式可以分为模拟调制和数字调制。正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。调制是一种非线性过程：载波被调制信号调制后将产生新的频率分量，通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带，这就是已调制信号。2022/9/1526.1 幅度调

2、制幅度调制（AM）是指载波的幅度随调制信号的变化规律而变化，而其角频率和初相位均为常数。分类：标准幅度调制（Standard AM）；双边带幅度调制（DSB AM），这种调幅方式又称抑制载波调幅调制（SC AM）；单边带幅度调制（SSB AM）；残留边带幅度调制（VSB AM）；正交幅度调制（QAM）；数字信号调幅（ASK，幅度键控）。2022/9/1536.1.1 标准调幅波的基本特性标准幅度调制是各种幅度调制中最基本的一种。在关于幅度调制的性质以及调制与解调技术原理等方面，它还是最基本的。所以，将幅度调制的共同问题，集中在这一节里说明。标准调幅波信号的性质：信号的数学表示式；波形图；频谱函

3、数与频谱；信号所具有的功率在各频率分量之间的分配关系等。2022/9/154（1）标准调幅波信号的数学表示式假定调制信号为：载波信号为：进行标准调幅后已调信号的表示式为：从定义角度从画波形角度从调幅波产生式中，称为调幅指数，在标准幅度调制中，为保证不出现过调制，要求 。从频谱角度5（2）标准调幅波信号的波形与频谱单频余弦波调幅信号的波形与频谱上边频下边频2022年9月15日6（2）标准调幅波信号的波形与频谱（续1）任意波形调幅信号的波形与频谱上边频下边频上边带下边带2022年9月15日7（3）标准调幅波信号的功率分配关系载波占有功率为：两个边带所占有的功率为：调幅波所具有的总功率为：2022/

4、9/158（4）讨论标准调幅波的性质已调信号的幅度随调制信号而变化。因此，调幅信号幅度的包络线近似为调制信号的波形。只要能取出这个包络信号就可实现解调。调幅波的频谱由两部分组成：一部分是未调载波的频谱，另一部分是分别平移至c 处的调制信号的频谱，幅度减半。标准调幅信号所占的频带宽度为 2m，即它是调制信号频带宽度m的两倍。但从传递信息的角度看，标准调幅信号所占的频带宽度中有一半是多余的，因此，这种调幅方式在频率资源利用上是有缺点的。2022/9/159（4）讨论标准调幅波的性质（续1）幅度调制是一种非线性过程，它将调制信号的各频率分量变换为载波频率与这些频率的和频和差频分量。都是将信号的频谱在

5、频率轴上平移。因此，又称幅度调制为线性调制。调幅波中，欲传送的信息包含在边带内，载波分量并不包含送的信息。而它所占有的功率却为总功率的一半以上。因此，从有效地利用发射机功率的角度考虑，标准幅度调制是有缺点的。由此，产生抑制载波调幅和单边带幅度调制。2022/9/15106.1.2 实现标准调幅的方法它是由载波和载波与调制信号相乘的两部分组成。据此，可以得到实现标准调幅的两种方案，如下图所示。2022/9/1511低电平AM调制发射机2022/9/1512高电平AM调制发射机2022/9/1513举例 1：CAD81496电路图 幅度调制是使高频信号的振幅正比于一个低频信号的瞬时值的过程，通常称

6、高频信号为载波信号，低频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的装置。 本实验采用集成模拟相乘器芯片1496来构成调幅器。 高频信号为载波信号：低频信号为调制信号：实验三 幅度调制器电路的软件仿真2022/9/15146.1.3 标准调幅信号的解调调幅信号的解调就是从调幅信号中取出调制信号，它是调幅的逆过程。解调器叫检波器。标准调幅波的解调方法分为两类：相干解调：用同频同相的本地载波与已调制信号相乘，如可用模拟相乘器实现，本地载波的产生是难点；非相干解调：利用非线性器件本身的非线性实现解调。小信号平方律解调：通常用于功率指示；平均包络解调；大信号峰值包络解调：标准调幅波幅度包络的变化就是调制信

7、号的变化。2022/9/1515（1）检波器的技术指标 检波效率：检波效率是指检波器输出信号的幅度与输入调幅信号中包络的幅度之比。对于单频正弦信号调幅，这时的检波效率或称为检波器的传输系数为：2022/9/1516（1）检波器的技术指标（续1） 输入阻抗：检波电路是前级放大器的负载，它的输入阻抗将影响前级的工作，需合理设计；检波失真：要求检波器的输出信号波形与输入调幅信号的包络之间只有时间延迟或幅度比例上的变化，而不出现新的频率成分或改变原有各频率分量间的相互关系，也即不出现非线性失真或线性失真；谐波输出：检波器的输出信号中，除有用信号外，往往还包含有载波及其各次谐波分量。低通滤波器可以将其滤

8、除。但在载波频率较高时，这些分量可能通过空间辐射、寄生耦合或电源反馈到前级，影响电路工作的稳定性。在设计检波器时，要尽量避免载波及其高次谐波出现。17（2）相干解调相干解调：相干解调方法的方框图如下图所示。它是将调幅信号与一本地载波信号相乘以得出调制信号分量；这个本地载波信号是在接收设备内产生的，并且与调幅信号中的载波相干，或者说是同步的；所以这种解调方法又称同步解调。2022/9/1518（2）相干解调（续1）数学分析：从上式可以看出，相角 将直接影响解调的输出。极端情况下，如果 =/2，则将无解调输出。从这里可以看出，产生和载频信号同频同相本地载波是相干解调的一个关键问题。2022/9/1

9、519（2）相干解调（续2）那么如何产生相干的本地载波？当输入调幅波信号中含有较大幅度的载波信号时，用选择性回路直接从调幅信号中滤出载波信号作为本地载波是可行的方案。选频回路Q值选择矛盾：要求Q值大，滤除载波附近的频谱分量；但是Q值太大，相频特性越陡，稍有偏离中心，就会产生很大的相移。高质量的解调电路，将采用锁相环技术产生本地载波信号。锁相环可以跟踪输入载波信号频率和相位的变化 （第7章：锁相环电路）。2022/9/1520（3）非相干解调利用非线性元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换来实现调幅波的解调。它不需要本地载波作为相干信号，称之为非相干解调。非相干解调方法：小信号平方律检波；大信

10、号峰值包络检波：当载波频率比调制信号的最高频率高得很多时，调幅信号幅度的包络线近似为调制信号的波形。因此，只要能取出这个包络信号就可实现解调。（要求 ，其中 是调制信号最高频率。）2022/9/15211、 小信号平方律解调器平方律检波器电路原理：平方律器件低通滤波器（输入信号为等幅正弦波）2022/9/15221、 小信号平方律解调器（续1）检波器电路：如右图所示。二极管有偏置电压。二极管电流全流通。输入信号 很小。电路的技术指标：检波效率：输入阻抗：检波失真：非线性失真系数平方律检波：用于功率指示。2022/9/15232、大信号峰值包络解调器检波器电路：最常用的峰值包络解调器是如右图所示

11、。二极管无偏置电压。输入信号 大。二极管电流流通角很小。元件参数满足下列条件：载波信号周期调制信号周期2022/9/15242、大信号峰值包络解调器（续1）电路的技术指标：电流流通角：检波效率：输入阻抗：检波失真：波形失真。讨论：负载电阻 RL 数值大，输入阻抗大，电流流通角小，检波效率高但是，RL 数值大， RL CL数值过大，放电速度慢，会产生失真。2022/9/15252、大信号峰值包络解调器（续2）2022/9/1526峰值包络解调器电路的对角切割失真（惰性失真）现象：RL CL数值选择过大，放电速度慢，二极管不导通。黑线表示RL CL数值选择过大，放电速度慢。2022/9/1527峰

12、值包络解调器电路的对角切割失真（续1）为避免这种对角切割失真，要求RL CL的放电速度较调幅信号包络下降速度快；求出调幅信号包络在 t0 时刻下降的速度，再求出在 t0 时刻 RL CL的放电的速度；可求出关系式：举例：2022/9/1528标准幅度调制（SAM）小结标准调幅波信号的性质：信号的数学表示式波形图频谱函数与频谱在各频率分量之间的功率分配关系实现标准调幅的方法：低电平调幅高电平调幅标准调幅信号的解调：检波器的技术指标：检波效率、输入阻抗、检波失真、谐波输出相干解调：产生和载频信号同频同相的本地载波是相干解调的一个关键问题非相干解调：大信号峰值包络解调器29习题十一：6-1，6-3，

13、6-4，6-5 CAD7：6-8，CAD8（补充）CAD8（补充）：幅度调制器电路的软件仿真 幅度调制是使高频信号的振幅正比于一个低频信号的瞬时值的过程，通常称高频信号为载波信号，低频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的装置。 本实验采用集成模拟相乘器1496来构成调幅器，图 (a)为1496集成片的内部电路图，它是一个四象限模拟相乘器的基本电路。由差动放大器T5、T6驱动双差分放大器 T1 T4组成，T7、T8和T9是差动放大器T5、T6的恒流源。进行调幅时，载波信号加在双差分放大器T1 T4的输入端即引出脚、之间，调制信号加在差动放大器T5、T6的输入端即和脚之间。2022/9/153

14、0CAD8 （续） T5、T6 的两发射极之间（即引出脚、之间）外接1k电阻，以扩大调制信号的动态范围。已调信号取自双差动放大器的两集电极之间（即引出脚、(12)之间）输出。用1496集成片构成的调幅器电路如图(b)所示，图中W1 用来调节引出脚和之间的平衡， W2用来调节、脚之间的平衡，三极管3DG6为射极跟随器，以提高调幅器带负载的能力。 （1）根据图 (a)和图(b)画出调幅器的电路图； （2）实现全载波调幅（mA=0.3，mA=1.0）； （3）实现抑制载波调幅。【提示】所加输入信号请参考实验讲义。2022/9/1531图（ a）1496集成片的内部电路图12载波信号入调制信号入145返回32图（b）用1496集成芯片构成的调幅器电路1496返回33波形图调制信号载波已调信号已调信号（过调）数学表示式2022/9/1534调制的必要性天线