第九章振幅调制与解调

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1、9.1 频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性 非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。 当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示非线性器 件主振带通f0, 2Fmax调制信号f0ff0fmaxf02f0ff0f(

2、a) 调幅原理调幅原理中放来非线性器 件低通Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f(b) 检波原理检波原理2) 2) 从频谱结构看，上述频率从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移而不改变频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于原来的谱结构，因而都属于所谓的线性频率变换。所谓的线性频率变换。1) 1) 它们的实现框图几乎它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线是相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频行变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率率成分后，滤除无用频率分量。分量。3

3、) 3) 频谱的横向平移从时域频谱的横向平移从时域角度看相当于输入信号与一角度看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，而平个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信号的频移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以用乘法电率决定，它们可以用乘法电路实现。路实现。非线性器 件本振带通fi, 2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffiffif(c) 混频原理混频原理9.2 振幅调制原理振幅调制原理一、概述一、概述 调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频载频)信号信号上去的过程。上去的过程。 按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波按照所采用的载波

4、波形区分，调制可分为连续波(正弦正弦波波)调制和脉冲调制。调制和脉冲调制。 连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，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受控参数可以是载波的幅度A，频率，频率 或相位或相位 。因而有调幅。因而有调幅(AM)、调频、调频(FM)和调相和调相(PM)三种方式。三种方式。 脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲高脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲高度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位置。相应地，就有度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位置。相应地，就有脉冲调幅脉冲调幅(PAM，包括脉冲编码调制，包括脉冲编码调制PCM)

5、，脉冲调频，脉冲调频(PFM)，脉冲调宽，脉冲调宽(PWM)和脉冲调位和脉冲调位(PPM)。 本课程只研究各种正弦调制方法性能和电路。本课程只研究各种正弦调制方法性能和电路。二、调幅波的性质二、调幅波的性质设设 简谐调制信号简谐调制信号 载波信号载波信号 tcosV) t (vtcosV) t (o00v1. 调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式则则 调幅信号为调幅信号为tcosVKV) t (Vdo) tcosVVK1 (Vodo) tcosm1 (Vao 称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之称为调幅指数即调幅度，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。一

6、一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一般般0ma1。 odaVVKm 通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。2. 普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图 当载波频率当载波频率 调制信号频率调制信号频率 ，0ma1，则可画出，则可画出和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波

7、是一个载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。频率保持载波频率不变。oominooomaxominmaxaVVVVVVV)VV(21m 当时当时ma 1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。若若ma 1，AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。制。tov(a) 调制信号调制信号v oVmaxt(b)已已调调波波形形由非正弦波调制所得到的调幅波形由非正弦波调制所得到的调幅波形v(t)ot过调制波形图过调制波形图调制度的变化在时

8、域上的表现调制度的变化在时域上的表现调制度的变化在频谱上的表现调制度的变化在频谱上的表现3. 调幅信号的频谱及带宽调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到将调幅波的数学表达式展开，可得到tcos) tcosm1 (V) t (oaovt )cos(Vm21t )cos(Vm21tcosVooaooaoomax00max0+max非正弦波调幅信号的频谱图非正弦波调幅信号的频谱图由图看出调幅过程实际上是由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，即将调一种频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频

9、，幅度率两侧的上、下边频，幅度均等于均等于oaVm21 对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度的频带宽度B=2 或或B=2F ( =2 F)，对于多音频的调制信，对于多音频的调制信号，若其频率范围是，则已调信号的频带宽度等于调制信号，若其频率范围是，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍。号最高频率的两倍。调制信号频率变化对输出波形的影响调制信号频率变化对输出波形的影响4. 普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系将将 作用在负载电阻作用在负载电阻R R上上tcos) tcosm1 (Voao) t (v载波功率载波功率R

10、V21P2ooT每个边频功率每个边频功率( (上边频或下边频上边频或下边频) )oT2a2oa2SB1SBPm41RVm2121PP在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是oT2aDSBoTAMP)m211 (PPP因为因为ma1，所以边频功率之和最多占总输出功率的，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。 调幅波中至少有调幅波中至少有2/3的功率不含信息，从有效地利用发射的功率不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。机功率来看，普通调幅波是很不经济的。三、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波三、抑制载波的双边带调幅波与单边带

11、调幅波1. 1. 抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波 为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。率，可以不发送载波，而只发送边带信号。 这就是抑制载波的双边带调幅波这就是抑制载波的双边带调幅波(DSB AM)其数学表达式为其数学表达式为t )cos(Vm21t )cos(Vm21) t (VooaooaDSBtcostcosV) t (VooDSB 其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即倍，即maxDSBF2B2. 单边带调幅