第5章振幅的调制与解调

高频电路为什么要调制？

1)频谱线性搬移电路（线性变换）：将输入信号频谱沿频率轴进行线性的搬移，输出信号的频谱与输入信号的频谱成线性（振幅调制与解调电路、混频电路）。

2)频谱非线性变换电路（非线性变换）：将输入信号频谱进行特定的非线性搬移，搬移后的频谱与输入信号的频率不成线性关系（频率、相位调制及其解调电路）。属于频谱（或频率）变换电路，按照频谱变换的不同特点，频谱变换电路可分为两大类：调制与解调5.1概述5.2振幅调制原理及特性

5.3调幅信号的解调

5.4振幅调制与解调电路第5章振幅的调制与解调

(1)调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参数的过程。

信号定义：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)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。5．1概述

（5）相位调制：调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调制信号线性变化。

（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。(9)

振幅调制分三种方式：(7)调制根据频谱变化的不同(8)按照所采用的载波波形区分连续波调制：单频正弦波或余弦波脉冲波调制连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度A，频率或相位。因而有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)三种方式。普通调幅（AM）抑制载波的双边带调幅（DSB）抑制载波的单边带调幅（SSB）

（3）调制方式的功率有效性通信系统中，通常把调制器和解调器组合在一起成为调制解调器（Modem）,调制解调器的性能指标：（P95）（2）抗噪声、抗干扰能力（1）调制方式的频带利用率在保证传输速率和质量的条件下，使用的带宽越小越好。系统在较低的输入信噪比、较大干扰和信道失真情况下得到较好的输出信号质量。对不同的调制方式要求不同的高频功率放大器放大已调信号。非线性放大器的效率大于线性放大器的效率。5.2振幅调制原理及特性普通振幅调制AM抑制载波的双边带调制DSB抑制载波和一个边带的单边带调制SSB按照不同的频谱结构，振幅调制分三种方式：设载波信号：

调制信号：

式中为比例常数即AM时域表达式：

式中ma为调幅系数

1.AM调幅波的定义

5.2.1标准振幅调制（AM）信号分析定义：用调制信号控制载波信号的幅度，使载波信号幅度按照调制信号规律变化。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ma值越大调幅越深：

因为调幅波包络的最大值和最小值为：包络振幅：

相加器

乘法器直流

乘法器

相加器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。AmAm（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、调幅波的频谱和带宽

Ω调制信号ωc载波调幅波ωc

+Ω上边频ωc

-Ω下边频载波分量（）：不含传输信息下变频分量：含传输信息上变频分量：含传输信息带宽P98由图可知同样含有三部分频率成份(2)限带信号的调幅波（多音调制）限带信号的调幅波频谱图ωcω限带信号ω

c载波ω调幅波ωc-Ωmax下边频带ωc+Ωmax上边频带ΩmaxΩmax带宽4、调幅波的功率

单音调制的调幅波在负载电阻RL（R=1）上的功率为：(1)最大功率：(2)最小功率：(3)调制信号一周内的平均功率（R=1）

：载波功率：

总边频功率：

在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。ma<1调幅波ωc

+Ω上边频ωc

-Ω下边频已知调幅波表示式为：试画出它的波形和频谱图，求出频带宽度。

若已知，试求载波功率、边频功率、

调幅波的平均功率。例题1：调幅波ωc

+Ω上边频ωc

-Ω下边频调幅波的波形如图所示，其中、

,试写出表达式？

例题2AM:包络振幅：小结作业P1185-3AM:包络振幅：小结载波信号调制信号调幅波ωc

+Ω上边频ωc

-Ω下边频调幅波的频谱和带宽

例题：

一普通AM调制器，载波频率，振幅为20V，调制信号频率为，它使输出调幅波的包络振幅为7.5V。求：

(1)上、下边频

(2)调幅系数ma

(3)包络振幅的最大、最小值

(4)已调波表达式

(5)当RL=1时，求载波功率Pc和边频功率PS

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：

5.2.2双边带(doublesidebandModulationDSB)

调幅信号

１、定义电路实现模型

相加器

乘法器直流

乘法器

相加器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。AmAm2.波形与频谱(1)DSB信号的包络正比于调制信号,但不同于调制信号的变化形状，因此包络不再反映调制信号的信息。

(2)

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。(3)占用频带

调制信号载波上边频下边频ωc+Ω(fc-F)ωc–Ω(fc-F)练习

5-45-5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。其单频调制时的波形图为：5.2.3单边带(singlesidebandModulationSSB)信号调幅

1.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。

ωωc载波ωc-Ωmax下边频带信号ωωc+Ωmax上边频带信号ωωc+Ωmaxωc-ΩmaxSSB信号的表达式：

SSB信号的频带压缩了一倍，功率的利用率提高了一倍。（上边带信号）（下边带信号）占用频带由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，如：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(1)滤波法

有两种基本的电路实现方法：滤波法、相移法难点：滤波器的设计(p101)(2)相移法

相移法产生单边带信号由两个相乘器、两个900移相器和加法器组成。难点：载波和基带两个信号都需要准确的900相移，而且电路要求对称才能完全抵消。(p102)下边带上边带例题：已知调幅信号频率范围为300Hz～4KHz,分别采用AM（调幅指数ma=0.3）、DSB、SSB三种调幅方式，如要求边带功率PS为10W，分别求出每种方式的频带宽度BW、发射总功率P及功率利用率。其中：=边带功率PS/总功率PRL=15.2.4残留边带调制(VSB)残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB滤波器难以实现的问题。残留边带滤波器残留部分上边带的滤波器特性残留部分下边带的滤波器特性残留边带滤波器的特性：让一个边带的绝大部分通过，仅衰减靠近附近的一小部分信号，同时抑制另一个边带的绝大部分信号，只保留靠近附近的一小部分。VSB信号频谱示意图在解调中，让残留的那部分边带来补偿衰减的那部分边带，解调后的输出信号不会失真。VSB滤波器的传输特性互补对称特性5.3调幅信号的解调原理解调解调：从调幅信号中恢复出低频的调制信号，也称为检波。

频域：频谱线性搬移。（高频——低频）

相干解调（同步检波）非相干解调（包络检波）一、相干解调（同步检波）同步信号：与已调波的载波同频同相。AMDSBSSB同步信号1、普通调幅波AM信号相干解调经LPF和电容耦合（隔直）后：vAM2、双边带DSB信号相干解调LPF后：vDSB3、单边带信号相干解调SSBLPF后：结论：相干解调是一种优良的解调方式。关键是保证同步信号与已调波的载波信号同频同相，否则会失真。vSSB二、非相干解调（包络检波）适用于：输出电压直接反应输入高频信号包络变化的解调。特点：电路简单，不需要同步信号。

双边带信号（DSB）和单边带信号（SSB）的包络没有反映调制信号的信息，但可以通过恰当的变换后再利用包络检波器解调。5.4.1调幅信号的调制电路

高电平调制电路，处在发射机末端低电平调制电路，处在发射机的前段双边带调制单边带调制振幅调制电路是无线电发射机的重要组成部分。5.4振幅调制与解调电路按功率的高低

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：

DSB定义电路实现模型（P104）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。DSB调制

振幅调制过程：

AM调制

SSB调制叠加型同步检波

解调过程

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

5.4.2调幅信号的解调电路

相干解调（同步检波）同步信号：与已调波的载波同频同相。同步信号的提取也称为载波提取。直接法：从已调信号中直接提取(AM)载波提取方法

间接法：对已调信号进行非线性处理后再提取载波(DSB,SB)1、载波的提取

平方环实现载波提取电路结构(p105)2包络检波电路调幅波频谱ωc+Ωωc-Ωωcω输出信号频谱Ωω

非线形电路低通滤波器t调幅波包络检波输出t普通调幅波相干检波包络检波非相干解调电路组成：非线性器件和低通滤波器(p106)。（1）平方律检波（输入为小信号）小信号：幅度小于100mV，二极管的伏安特性用幂级数逼近平方律检波电路保证二极管导通，加偏置电压2、工作原理（2）峰值包络检波（输入为大信号）大信号：幅度大于500mV，二极管的伏安特性用两段折线检波电路（2）峰值包络检波波形图输出电压是由直流和交流两部分组成。（3）平均包络检波（4）并联型二极管包络检波3、包络检波器性能分析（1）检波效率（电压传输系数）指检波器的输出信号与输入信号的幅度之比。静态检波效率检波效率动态检波效率（2）输入阻抗（3）检波失真惰性失真负峰切割失真（2）负峰切割失真在接收机中，检波器后接音频放大器（p113）。（1）惰性失真（2）负峰切割失真4、同步检波电路（相干解调）乘积型叠加型叠加型同步检波电路合成为AM，通过包络检波器实现解调。课后习题5-15-25-35-6解：调制必须利用电子的非线性特性，这是因为实现频谱的搬移主要利用非线性器件的高次方项实现。信号的放大则必须要求器件工作在线性状态，输入、输出信号的频率不能变化，否则输出信号会出现失真。第五章习题一、填空题1.二极管包络检波只适用于直接解调_________信号，对于DSB、SSB信号解调则需采用_________检波电路。

2．调幅就是用

信号去控制

，使载波的

随

大小变化而变化。普通调幅AM同步调制载波信号振幅调制信号的二.选择题1．二极管峰值包络检波器适用于哪种调幅波的直接解调（）。A．单边带调幅波B．抑制载波双边带调幅波C．普通调幅波D．残留边带调幅波2．某单频调制的普通调幅波的最大振幅为10v，最小振幅为6v，则调幅系数ma为（）。

A．0.6B．0.4C．0.25D．0.13．同步检波器要求同步信号与发送端载波（）。A．频率相同、幅度相同B．相位相同、幅度相同C．频率相同、相位相同D．频率相同、相位相同、幅度相同4．属于频谱的线性搬移过程的有（）。A．振幅调制B．频率调制C．相位调制D．角度解调5．调幅波的信息包含在它的（）。

A．频率变化之中B．幅度变化之中C．相位变化之中6．惰性失真和负峰切割失真是下列哪种检波器特有的失真（）。

A．小信号平方律检波器B．大信号包络检波器C．同步检波器7．在波形上它的包络与调制信号形状完全相同的是（）。A．AMB．DSBC．SSBD．VSB8．大信号包络检波器只适用于直接解调以下哪种调幅波（）。

A．VSBB．SSBC．DSBD．AM9．调幅的描述（）。A.用载波信号去控制调制信号的振幅，使调制信号的振幅按载波信号的规律发生变化。B.用调制信号去控制载波信号的振幅，使调制信号的振幅按载波信号的规律发生变化。C.用调制信号去控制载波信号的振幅，使载波信号的的振幅随调制信号的规律发生变化。10．属于频谱的非线性搬移过程的有（）。A.振幅调制B.调幅波的解调C.混频D.频率调制11．用双踪示波器观察到下图所示的波形，此波形是哪种类型的调幅波（）。

A．VSB