第七章 振幅调制与解调

第七章振幅调制与解调无线电通信发射机的组成框图振荡器高频放大器调制倍频话筒调制信号放大器载波uc调制信号uΩ已调波uAM7.1概述在无线电通信系统中，将信号从发射端传输到接收端时，信号的原始形式一般不适合传输，必须进行调制和解调，所谓调制是将需要传送的信息装载到某一高频振荡信号（载波）上去的过程。在接收端收到了已调波信号后，需要将载波去掉，还原成原有的信息，即调制信号，这个过程是与调制相反的过程，称为解调。调制可分为振幅调制、频率调制和相位调制，简称为调幅、调频和调相，分别对应的解调有检波、鉴频和鉴相。只有天线实际长度与电信号的波长相比拟时，这时电信号才能以电磁波形式有效地辐射。

若信号频率为1kHz，其相应波长300km，若采用波1/4波长的天线，就需要75km，制造这样的天线是很困难的。

这就要求原始电信号必须有足够高的频率。2.为什么要调制？调幅1.含意----振幅调制就是用低频调制信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地变化。对于有线通信虽然可以传输语音之类的低频信号。但一条信道只传输一路信号太不经济，利用率太低。所以有线通信也需要将各路语音信号搬移到不同的频段，以实现多路信号一线传输而又不互相干扰。采用调幅

1）由于频率高，可以无线传输；

2）可以实现多路信号一线传输而又不互相干扰。预备知识：符号

————高频

———低频预备知识：三角函数复习预备知识：数学分析方法

1）幂级数分析法（小信号）

2）折线近似分析法（大信号）正弦波一般可表示为：1.AM调幅波的数学表达式设：单音调制信号载波调幅信号（已调波）包络函数7.2调幅波的性质7.2.1普通调幅波（普通AM波）包络函数称为调幅度、调幅指数或调制系数。k

为比例系数，称为调制灵敏度。

2.调幅信号的波形包络函数：是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度过调幅失真(a)调制信号(b)已调波形包络振幅载波振幅波峰值-波谷值波峰值+波谷值=载波分量上边带分量下边带分量电压振幅调幅波的频谱图

3.AM调幅波的频谱及带宽单音调幅波频谱宽度等于调制信号频率的二倍即2)多音调幅波的频谱频谱宽度是最高频率的二倍即：电压振幅调幅波的频谱图将单音调幅波电压加到电阻R两端，得调幅波各频率分量在R上消耗的功率分别是：7.2.2AM调幅波的功率分配⑴载波功率⑵当Ma最大为1时，边带功率只占整个调幅波功率的1/3。上边频功率：在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率：下边频功率：在AM调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就可形成双边带信号。DSB波数学表达式：7.2.3抑制载波的双边带调幅信号（DSB）结论：能量传送时，由AM传送改为边带传送可节约能量。是否能抑制掉载波，只保留两个边带呢？DSB波的波形与频谱：DSB

的特点

1）DSB

信号的幅值仍随调制信号而变化，但与普通调幅波不同，

DSB

的包络不再反映调制信号的形状，仍保持调幅波频谱搬移的特征。

2）在调制信号的正负半周，载波的相位反相，即高频振荡的相位在

UΩ

(t)=0瞬间有1800

的突变。

3）信号仍集中在载频附近，所占频带为BWDSB=2Fmax双边带调幅波的包络已不再反映调制信号的变化规律。由于调制抑制了载波，输出功率是有用信号，它比普通调幅经济。但在频带利用率上没有什么改进。为进一步节省发送功率，减小频带宽度，提高频带利用率，下面介绍单边传输方式。双边带调制波的上下边带包含的信息相同，两个边带发射是多余的，为节省频带，提高系统的功率和频带的利用率，常采用单边带调制系统。SSB的数学表达式上边带下边带7.2.4.抑制载波的单边带调幅信号（SSB）或SSB的波形图与频谱图残留边带(VSB)调制方式VSB发射一个完整边带和载频及另一边带低频部分电视图像传送中常用。三种振幅调制信号【例】某调幅广播电台的发射机，输出载波功率为1000W。试求它可能输出的的最大边带功率和最大输出总功率，以及平均调幅系数为0.3时的输出总功率。【例】

已知两个信号电压的频谱如图所示，要求：(1)写出两个信号电压的数学表达式，并指出已调波的性质。(2)计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率、以及已调波的带宽【例】己知调幅波

(v)若将加在1Ω的电阻上。求：1）调幅指数2）载波功率、上下边频功率和总功率3）画出该调幅波的电压频谱图非线性调幅原理框图如下：7.3平方律调幅——小信号调幅

调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。

这里将调制信号vΩ与载波信号v0相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为ω0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分。7.3.1简单的二极管调幅电路二极管调幅电路当vi很小时，级数可只取前四项若：为L、C回路谐振于的等效电阻为二极管的动态电阻经分类整理可知：ω0±Ω是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是ω0±2Ω

项。由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调制效率低,无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。图7.3.2串联双二极管平衡调幅器简化电路7.3.2平衡调幅器而如果两个二极管参数完全一样，则：等频率分量被抵消了。混频效率有所提高！无载波分量，输出为DSB波开关函数调幅的数学分析不考虑调制信号载波正半周载波负半周7.4斩波调幅——开关函数7.4.1工作原理图9.4.1斩波调幅器方框图图9.4.2斩波调幅器工作图解7.4.1工作原理关注：和频，差频。有无载波分量？普通AM？DSB？7.4.1工作原理7.4.2实现斩波调幅的电路图9.4.4二极管电桥斩波调幅电路图5-33二极管环形调制器1.二极管环形调制器电路图它是由四个二极管环接构成。载波从变压器的原边接入，调制信号则接到变压器T1

的副边中点和T2的原边中点之间，变压器的副边T2

输出已调信号。设调制信号为单频余弦信号，即载波信号为

一般情况下，载波信号幅值很强，控制二极管工作在开关状态。为了分析二极管电流，分别画出其相应的电路。

2.工作原理图5-34环形调制器各二极管工作情况用节点电流定律，可得到电流在输出变压器副边引起的感应电势就是输出电压u,它的波形也与同。可见，环形调制器输入电流是输入信号和的乘积，频谱是载频的上、下边频，没有载波分量，所以称其为抑制载波调幅电路。变压器T1和T2的中心抽头必须严格对称，四个二极管的特性也应一致，否则就不能把载波抑制掉，从而造成不希望有的“载漏”输出。（载漏是环形调制器输出电流成分中含有载波成分的简称）。7.5模拟乘法器调幅电路普通振幅调制电路载波电压加在4端输入压调零电路接在8端调制电压加在9端外加可调直流电压加在12端双边带调幅（DSB）电路【例】7.6单边带调幅电路(一)可在左图所示电路后面使用适当的滤波器以得到单边带调幅信号，即滤波法滤波法要求带通滤波器具有极为陡峭的、接近于矩形的衰减特性解决方法之一为采用移相法单边带调幅电路(二)单音调制的上边带信号可以表示为：移相法不再需要制作衰减特性极其陡峭的滤波器移相法的缺点：要求移相网络在整个频带范围内都要准确地移相90°7.8高电平调幅①集电极调幅要求：普通调幅

高频载波信号从基极加入，而调制信号加在集电极。调制信号与Vcc串接在一起，故可将二者合在一起看作一个缓慢变化的综合电源Vcc’。

所以，集电极调制电路就是一个具有缓慢变化电源的调谐放大器。1.电路特点2.基本工作原理放大器需工作在过压状态②基极调幅要求：普通调幅调制信号和Vbb串联在一起，故可将二者合在一起看作一个缓慢变化的综合基极偏压Vbb’

所以，基极调制电路就是一个具有缓慢变化基极偏压的调谐放大器。思路1.电路特点

放大器应工作于欠压状态2.基本工作原理7.9普通调幅波的解调电路调幅波的解调又称作振幅检波，把高频已调波还原为低频信号的装置叫做幅度检波器，简称为检波器检波器必须利用非线性元件来完成检波器的技术指标：检波效率要高检波器的输入电阻要大检波失真要小7.9.1大信号峰值包络检波的工作原理大信号检波的工作原理:快充慢放大信号二极管检波的物理过程大信号峰值包络检波的工作原理由于电容上的波动电压略小于载波电压的峰值，只要设法把波动的高频部分滤除掉，就可以得到有用的检波输出信号电压，如选择较大的时间常数输出电压既包含低频分量、直流分量，也包含锯齿型电压7.9.2大信号峰值包络检波的性能指标电压传输系数峰值包络检波时，输出电压的大小接近于输入电压的振幅。一般地说，这种检波方式电压传输系数较大，可达0.9以上输入电阻对于串联检波电路来说，在大信号检波时，当负载电阻远大于二极管正向导通时的等效电阻时，检波器的输入电阻大约等于负载电阻的一半。因此负载电阻越大，则检波器的输入电阻也越大，它对前级的影响也越小决定电压传输系数的因素为和大信号峰值包络检波的失真惰性失真(对角切割失真)产生原因防止方法：必须在任何一个高频信号周期内输入信号包络下降最快的时刻，保证电容器通过负载的放电速度大于包络下降速度大信号峰值包络检波的失真负峰切割失真（割底失真）电路结构说明7.10乘积型同步检波器其特点为在接收端提供一个与载波同步的本地振荡信号，又称相干信号可使用由模拟乘法器构成的乘积检波电路7.10乘积型同步检波器——普通AM波时：乘积型同步检波器——普通AM波为保证同步信号和高频载波频率相等相位差为零可使用限幅器，从普通AM信号中提取同步信号乘积型同步检波器——DSB,SSB模拟乘法器检波的优点：检波线性