無(wú)線電廣播發(fā)送與接收課件

2章無(wú)線電廣播發(fā)送與接收2章無(wú)線電廣播發(fā)送與接收1第2章無(wú)線電廣播發(fā)送與接收2.1無(wú)線通信系統(tǒng)概述2.2信號(hào)、頻譜與調(diào)制2.3模擬調(diào)制與解調(diào)技術(shù)2.4數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)思考題與習(xí)題第2章無(wú)線電廣播發(fā)送與接收2.1無(wú)線通信系統(tǒng)概述22.1無(wú)線通信系統(tǒng)概述通信的目的是為了信息的傳遞和交換。依靠三個(gè)方面的技術(shù)支持：第一，聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)等含有信息的具體表現(xiàn)形式與電信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的技術(shù)（傳感技術(shù)）；第二，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行各種處理的電信號(hào)處理技術(shù)；第三，能對(duì)電信號(hào)(或光信號(hào))進(jìn)行有效變換并傳輸?shù)男畔魉图夹g(shù)。高頻電路是通信系統(tǒng),特別是無(wú)線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ),是無(wú)線通信設(shè)備的重要組成部分。2.1無(wú)線通信系統(tǒng)概述3高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括:（1）高頻振蕩器（2）放大器（3）混頻或變頻

（4）調(diào)制與解調(diào)高頻電路的基本內(nèi)容應(yīng)該包括:4聲音屬于信息范疇，聲音廣播（遠(yuǎn)距離傳送）得益于19世紀(jì)無(wú)線電的發(fā)明。聲音廣播就是點(diǎn)到面的通信。信息，抽象的概念。具體形式有：語(yǔ)言、文字、符號(hào)、音樂(lè)、圖形、圖像和數(shù)據(jù)。信息處理，首先將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后進(jìn)行處理。人們從這些信號(hào)中獲取信息。信息傳輸，通信的主要任務(wù)是傳遞信息，即將經(jīng)過(guò)處理的信息從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方。對(duì)信息傳輸?shù)囊笾饕翘岣呖煽啃院陀行浴Ｂ曇魧儆谛畔⒎懂?，聲音廣播（遠(yuǎn)距離傳送）得益于19世紀(jì)無(wú)線電5傳遞信息既可以通過(guò)有線信道，也可以通過(guò)無(wú)線信道。信號(hào)的無(wú)線傳輸是無(wú)線電技術(shù)的主要應(yīng)用，通信作為無(wú)線電技術(shù)的最早應(yīng)用，其組成和工作過(guò)程，很典型地反映了無(wú)線電技術(shù)的基本問(wèn)題。通信技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化充分反映了無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化。傳遞信息既可以通過(guò)有線信道，也可以通過(guò)無(wú)線信道。信號(hào)的無(wú)線傳6通信系統(tǒng)基本組成、作用、分類通信系統(tǒng)直接完成信息的傳遞任務(wù)。為了使我們獲取的聲音或圖像信號(hào)，能不失真地傳遞到其它地方，需要對(duì)聲音或圖像信號(hào)做一些處理，使代表這些信息的電信號(hào)變換成有利于傳輸?shù)男盘?hào)。這就是通信系統(tǒng)的基本功能。

要掌握無(wú)線通信的基本原理和通信電子線路的組成原理。首先要了解該系統(tǒng)的組成。通信系統(tǒng)基本組成、作用、分類7通信系統(tǒng)框圖由于信道中噪聲和干擾的存在，接收設(shè)備所恢復(fù)的基帶信號(hào)與原基帶信號(hào)之間必然會(huì)存在差異，這一差異稱為失真。通信系統(tǒng)框圖由于信道中噪聲和干擾的存在，接收設(shè)備所8基帶信號(hào)：由輸入變換器將要傳遞的聲音或圖像消息變換為電信號(hào)，該電信號(hào)包含了原始消息的全部信息(允許存在一定的誤差，或者說(shuō)信息損失)，稱為基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)的基本特點(diǎn)是其信號(hào)頻譜是寬帶的，即該信號(hào)頻譜范圍的上限頻率和下限頻率的差(即信號(hào)帶寬)，與其下限頻率的比遠(yuǎn)大于1。寬帶信號(hào)包含大量低頻信號(hào)的能量。這些信號(hào)不適于在空間(即無(wú)線信道)中傳播，特別是遠(yuǎn)距離的傳播。輸入變換器的輸出作為通信系統(tǒng)的信號(hào)源。輸出變換器實(shí)現(xiàn)的是輸入變換器的逆過(guò)程，即將經(jīng)過(guò)處理的基帶信號(hào)重新恢復(fù)為原始的聲音或圖像，為人們所接受?；鶐盘?hào)：由輸入變換器將要傳遞的聲音或圖像消息變換為電信號(hào)9射頻信號(hào)：為了能夠在無(wú)線信道中，有效地傳播信息（音頻信號(hào)和視頻信號(hào)），就必須經(jīng)過(guò)調(diào)制，將基帶信號(hào)(即音頻信號(hào)和視頻信號(hào))變換為適合于傳播的高頻信號(hào)，即射頻信號(hào)。這就是說(shuō)，無(wú)線通信中傳送和接收的信號(hào)都是已調(diào)信號(hào)。已調(diào)信號(hào)是窄帶信號(hào)，即已調(diào)信號(hào)頻譜范圍的上限頻率和下限頻率的差，與下限頻率的比遠(yuǎn)小于1。寬帶信號(hào)與窄帶信號(hào)是相對(duì)而言的。射頻信號(hào)：為了能夠在無(wú)線信道中，有效地傳播信息（音頻信號(hào)和視10信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，也就是傳輸媒介，不同的信道有不同的傳輸特性。為了適應(yīng)信道對(duì)要傳輸信號(hào)的要求，就必須將已獲取的基帶信號(hào)再做變換，這就是發(fā)送變換設(shè)備的功用。發(fā)送設(shè)備將基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制等處理，并使其具有足夠的發(fā)射功率，再送入信道，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效傳輸。顯然，接收變換設(shè)備的作用與輸入變換設(shè)備相反，用來(lái)恢復(fù)原始基帶信號(hào)。發(fā)送變換和接收變換有許多方式，其傳送信息的效率和可靠性都不同，變換機(jī)理及實(shí)現(xiàn)的電子線路也不同，這些便是我們后面要討論的。信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，也就是傳輸媒介，不同的信道有不同的傳?1發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備通信系統(tǒng)的核心部分是發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備。不同的通信系統(tǒng)的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的組成不完全相同，但基本結(jié)構(gòu)也還是有相似之處。我們經(jīng)常見(jiàn)到的通信系統(tǒng)有廣播通信系統(tǒng)，移動(dòng)通信系統(tǒng)。它們都是無(wú)線通信系統(tǒng)。從發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間的無(wú)線電波的傳播屬于模擬通信系統(tǒng)，其組成結(jié)構(gòu)基本相同。無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖如下。發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備12無(wú)線通信發(fā)送設(shè)備無(wú)線通信發(fā)送設(shè)備13振蕩器產(chǎn)生等幅的高頻正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)倍頻器后，即成為載波頻率信號(hào)；然后，載波頻率信號(hào)被基帶信號(hào)調(diào)制，產(chǎn)生高頻已調(diào)信號(hào)，最后再經(jīng)功率放大器放大，獲得足夠的發(fā)射功率，作為射頻信號(hào)發(fā)送到空間。載波頻率在適合無(wú)線信道傳播的頻率范圍。振蕩器產(chǎn)生等幅的高頻正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)倍頻器后，即成為載波頻率信14無(wú)線通信接收設(shè)備無(wú)線通信接收設(shè)備15接收設(shè)備的第一級(jí)是高頻放大器。由于由發(fā)送設(shè)備發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的傳播，受到很大的衰減，能量受到很大的損失，同時(shí)還受到傳輸過(guò)程中來(lái)自各方面的干擾和噪聲。當(dāng)?shù)竭_(dá)接收設(shè)備時(shí)，信號(hào)是很微弱的，因而需要經(jīng)過(guò)放大器的放大，并且，高頻放大器的窄帶特性同時(shí)濾除一部分帶外的噪聲和干擾。高頻放大器的輸出是載頻為fs的已調(diào)信號(hào)，經(jīng)過(guò)混頻器，與本地振蕩器提供的頻率為fl的信號(hào)混頻，產(chǎn)生頻率為fi的中頻信號(hào)。接收設(shè)備的第一級(jí)是高頻放大器。由于由發(fā)送設(shè)備發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)16中頻信號(hào)經(jīng)中頻放大器放大，送到解調(diào)器，恢復(fù)原基帶信號(hào)，再經(jīng)低頻放大器放大后輸出。超外差接收機(jī)的主要特點(diǎn)就是由頻率固定的中頻放大器來(lái)完成對(duì)接收信號(hào)的選擇和放大。當(dāng)信號(hào)頻率改變時(shí),只要相應(yīng)地改變本地振蕩信號(hào)頻率即可。中頻信號(hào)經(jīng)中頻放大器放大，送到解調(diào)器，恢復(fù)原基帶信號(hào)，17無(wú)線通信的類型,可以根據(jù)傳輸方法、頻率范圍、用途等分類。不同的無(wú)線通信系統(tǒng),其設(shè)備組成和復(fù)雜度雖然有較大差異,但它們的基本組成不變,下圖是無(wú)線通信系統(tǒng)基本組成的方框圖。圖中發(fā)送設(shè)備（發(fā)信機(jī)）,接收設(shè)備（收信機(jī)）,天線及天線開(kāi)關(guān)為收發(fā)共用設(shè)備。信道為自由空間。話筒和揚(yáng)聲器屬于通信的終端設(shè)備,分別為信源和信宿。無(wú)線通信的類型,可以根據(jù)傳輸方法、頻率范圍、用途等分類18無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成無(wú)線通信系統(tǒng)的基本組成19

無(wú)線通信系統(tǒng)的類型

（1）按工作頻段或傳輸手段分：中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。工作頻率——射頻（RF）頻率?！案哳l”的廣義語(yǔ),指適合無(wú)線電發(fā)射和傳播的頻率。發(fā)展方向——開(kāi)辟更高的頻段。（2）按通信方式來(lái)分：（全）雙工、半雙工和單工方式無(wú)線通信系統(tǒng)的類型20（3）按調(diào)制方式分：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、混合調(diào)制等。（4）按傳送的消息的類型分：模擬通信、數(shù)字通信,或話音通信、圖像通信、數(shù)據(jù)通信和多媒體通信等。

各種不同類型的通信系統(tǒng),其系統(tǒng)組成和設(shè)備的復(fù)雜程度都有很大不同。但是組成設(shè)備的基本電路及其原理都是相同的,遵從同樣的規(guī)律。課程以模擬通信為重點(diǎn)來(lái)研究這些基本技術(shù),認(rèn)識(shí)其規(guī)律。這些電路和規(guī)律完全可以推廣應(yīng)用到其它類型的通信系統(tǒng)。（3）按調(diào)制方式分：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、混合調(diào)制等。212.2信號(hào)、頻譜與調(diào)制

在高頻電路中,處理的三種主要信號(hào):基帶（消息）信號(hào)、高頻載波信號(hào)和已調(diào)信號(hào)?；鶐盘?hào)——原始信號(hào),調(diào)制信號(hào)。

1.時(shí)間特性把無(wú)線電信號(hào)表示為電壓或電流的時(shí)間函數(shù),常用時(shí)域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式描述。

時(shí)間特性就是信號(hào)隨時(shí)間變化快慢的特性。要求傳輸電路的時(shí)間特性（如時(shí)間常數(shù)）與信號(hào)的時(shí)間特性相適應(yīng)。2.2信號(hào)、頻譜與調(diào)制22

2.頻譜特性對(duì)于較復(fù)雜的信號(hào)（如話音信號(hào)、圖像信號(hào)等）,用頻譜分析法表示較為方便。

圖1—2信號(hào)分解

圖1—2信號(hào)分解23周期性信號(hào),表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系）;非周期性信號(hào),用傅里葉變換分解為連續(xù)譜,信號(hào)為連續(xù)譜的積分。頻譜特性——幅頻特性和相頻特性。任何信號(hào)都會(huì)占據(jù)一定的帶寬。帶寬就是信號(hào)能量主要部分（如90%以上）占據(jù)的頻率范圍或頻帶寬度。

圖1—3頻譜圖周期性信號(hào),表示為許多離散的頻率分量（各分量間成諧頻關(guān)系）24

3.頻率特性任何信號(hào)都具有一定的頻率或波長(zhǎng)。這里，頻率特性是指無(wú)線電信號(hào)的頻率或波長(zhǎng)。電磁波輻射的波譜很寬,如圖所示。

無(wú)線電波是一種波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的電磁波,頻率范圍很廣。在自由空間中,波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系:c=fλ無(wú)線電波段可以按頻率劃分，也可以按波長(zhǎng)劃分。表中列出按波長(zhǎng)劃分的波段名稱、相應(yīng)的波長(zhǎng)范圍及相應(yīng)的頻段名稱。各波段之間并沒(méi)有明顯的分界線，所以在各波段之間的銜接處，無(wú)線電波的特性也無(wú)明顯差異。3.頻率特性c=fλ無(wú)線電波段可以按頻率劃25電磁波波譜

電磁波波譜26無(wú)線電廣播發(fā)送與接收ppt課件27無(wú)線電波也可以認(rèn)為是一種頻率相對(duì)較低的電磁波。對(duì)頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行分段,分別稱為頻段或波段。不同頻段信號(hào)的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同,傳播的能力和方式也不同,分析方法和應(yīng)用范圍也不同。

對(duì)于米波以上的信號(hào)通常用集總（中）參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn),而對(duì)于米波以下的信號(hào)一般應(yīng)用分布參數(shù)的方法來(lái)分析與實(shí)現(xiàn)。問(wèn)題：無(wú)線電波是高頻？低頻？無(wú)線電波也可以認(rèn)為是一種頻率相對(duì)較低的電磁波。對(duì)頻率或波長(zhǎng)28

4.傳播特性

傳播特性是指無(wú)線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。根據(jù)其所處的頻段或波段來(lái)區(qū)分。在無(wú)線模擬通信系統(tǒng)中，傳輸媒介是自由空間。電磁波在自由空間的傳播方式不同，信號(hào)傳輸?shù)挠行院涂煽啃砸膊煌纱耸沟猛ㄐ畔到y(tǒng)的構(gòu)成及其工作機(jī)理也有很大的不同。電波的傳播方式主要有：直射（視距）傳播；繞射（地波）傳播；折射和反射（天波）傳播；散射傳播等?！P(guān)鍵因素是無(wú)線電信號(hào)的頻率。4.傳播特性29無(wú)線電波波長(zhǎng)與傳播方式有關(guān)，無(wú)線電波的傳播，是無(wú)線通信系統(tǒng)中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其傳播方式主要有三種：沿地面?zhèn)鞑サ牡夭?，有能量的損耗且損耗隨頻率的升高而增加，因此，通常只有中、長(zhǎng)波適合地面?zhèn)鞑?。傳播較穩(wěn)定，傳送距離較遠(yuǎn)?？侩婋x層折射和反射傳播的天波，在1．5MHz～30MHz范圍的短波是靠大氣層上部的電離層的折射和反射進(jìn)行傳播的，可以傳播得很遠(yuǎn)。沿空間直線傳播的空間波。頻率超過(guò)30MHz以上的超短波主要沿空間直線傳播。鑒于地球表面是彎曲的，所以這種傳播只限于視線范圍，而衛(wèi)星通信使空間傳播的距離大大增加。無(wú)線電波到達(dá)電離層后，一部分能量被吸收掉，一部分能量被反射和折射到地面。其中，頻率較低的無(wú)線電波被反射到地面，頻率較高的無(wú)線屯波則穿過(guò)電離層，不會(huì)反射到地面，這就是30MHz的超短波主要沿空間直線播的原因。無(wú)線電波波長(zhǎng)與傳播方式有關(guān)，無(wú)線電波的傳播，是無(wú)線通信系統(tǒng)中30

圖1—5無(wú)線電波的主要傳播方式（a）直射傳播;（b）地波傳播;（c）天波傳播;（d）散射傳播圖1—5無(wú)線31

5.調(diào)制特性無(wú)線電傳播采用高頻（射頻）的原因，其一是高頻適于天線輻射和無(wú)線傳播。其二是為了接收機(jī)能有效的區(qū)分各個(gè)不同的電臺(tái)。用調(diào)制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)以上功能，還可以實(shí)現(xiàn)信道的復(fù)用，提高其利用率。調(diào)制——用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的參數(shù),使載波信號(hào)的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)（振幅、頻率或相位）按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。三種基本方式：振幅調(diào)制（調(diào)幅AM）、頻率調(diào)制（調(diào)頻FM）、相位調(diào)制（調(diào)相PM）,還可以有組合調(diào)制方式。5.調(diào)制特性322.3模擬調(diào)制與解調(diào)技術(shù)無(wú)線電廣播、電視廣播都包含有低頻部分和高頻部分“低頻”、“高頻”是相對(duì)的低頻——信息高頻——運(yùn)載工具低頻信息不能直接遠(yuǎn)距離傳送，須進(jìn)行調(diào)制（調(diào)幅、或調(diào)頻、或調(diào)相）處理后再發(fā)送2.3模擬調(diào)制與解調(diào)技術(shù)33在無(wú)線電廣播發(fā)送系統(tǒng)中,待發(fā)送的語(yǔ)言、音樂(lè)或圖象信號(hào)通過(guò)對(duì)高頻等幅波進(jìn)行調(diào)制而獲得高頻已調(diào)波。接收系統(tǒng)將接收到的高頻已調(diào)波經(jīng)過(guò)變換（解調(diào)）處理而還原為語(yǔ)言、音樂(lè)或圖象信號(hào)。

在無(wú)線電廣播發(fā)送系統(tǒng)中,待發(fā)送的語(yǔ)言、音樂(lè)或圖象信號(hào)通過(guò)對(duì)高343.3.1調(diào)幅（振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻）調(diào)幅、檢波與變頻均為對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率變換，所對(duì)應(yīng)的電路稱為頻率變換電路或頻率搬移電路，具有將信號(hào)在頻譜上實(shí)現(xiàn)從某一頻域搬移到另一頻域的特性。3.3.1調(diào)幅（振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻）35基本電路：頻譜搬移電路頻譜的線性搬移電路：搬移過(guò)程中，輸入信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，只在頻域上簡(jiǎn)單的搬移。頻譜的非線性搬移電路：線性搬移的方法：非線性電路線性時(shí)變電路基本電路：頻譜搬移電路36非線性器件具有非線性特性，有多個(gè)信號(hào)輸入時(shí)，輸出產(chǎn)生了新的頻率分量：輸入信號(hào)分量及各次諧波分量、輸入信號(hào)頻率的組合分量。用濾波器選出能完成頻譜搬移功能所需要的項(xiàng)。大多數(shù)頻譜搬移電路所需要的是非線性函數(shù)展開(kāi)式中的平方項(xiàng)，或兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積項(xiàng)。非線性器件具有非線性特性，有多個(gè)信號(hào)輸入時(shí)，輸出產(chǎn)生了新的頻37非線性電路完成頻譜的搬移非線性電路完成頻譜的搬移38由二極管、差分對(duì)、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管組成的線性頻譜搬移電路都可以完成調(diào)幅、解調(diào)、混頻功能。因?yàn)槎季哂邢喑说墓δ?。如：?jiǎn)味O管調(diào)制電路、差分對(duì)組成的模擬乘法器等，產(chǎn)生AM信號(hào)二極管平衡調(diào)制電路、雙平衡調(diào)制電路（二極管環(huán)形調(diào)制器）、雙差分調(diào)制器等，產(chǎn)生DSB信號(hào)由二極管、差分對(duì)、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管組成的線性頻譜搬移電路都可39振幅調(diào)制由調(diào)制信號(hào)去控制載波的振幅，使之按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。分類：普通調(diào)幅AM——調(diào)幅波抑制載波的雙邊帶調(diào)制DSB-SC——雙邊帶信號(hào)抑制載波的單邊帶調(diào)制SSB-SC——單邊帶信號(hào)振幅調(diào)制401.調(diào)幅波的分析1)表示式及波形

設(shè)載波電壓為調(diào)制電壓為

一般ωc>>Ω。調(diào)制電壓為一般ωc>>Ω。41

調(diào)制信號(hào)振幅Um（t）為Um(t)=UC+ΔUC（t）=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)式中,ΔUC（t）與調(diào)制電壓uΩ成正比,其振幅ΔUC=kaUΩ與載波振幅之比稱為調(diào)幅度mka為比例系數(shù),一般由調(diào)制電路確定,故又稱為調(diào)制靈敏度。

42可得調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式

uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

m≤1不失真調(diào)制若調(diào)制信號(hào)為一連續(xù)頻譜信號(hào)f（t）,可用下式來(lái)描述調(diào)幅波:無(wú)線電廣播發(fā)送與接收ppt課件43

f（t）是均值為零的歸一化調(diào)制信號(hào),

|f（t）|max=1。若將調(diào)制信號(hào)分解為則調(diào)幅波表示式為f（t）是均值為零的歸一化調(diào)制信號(hào),則調(diào)幅波表示式為44AM調(diào)制過(guò)程中的信號(hào)波形AM調(diào)制過(guò)程中的信號(hào)波形45圖6―2實(shí)際調(diào)制信號(hào)的調(diào)幅波形圖6―2實(shí)際調(diào)制信號(hào)的調(diào)幅波形46圖6―3AM信號(hào)的產(chǎn)生原理圖圖6―3AM信號(hào)的產(chǎn)生原理圖47利用模擬乘法器產(chǎn)生普通調(diào)幅波：將調(diào)制信號(hào)疊加上直流成分，即可得AM信號(hào)，調(diào)節(jié)直流分量大小，即可調(diào)節(jié)m值。利用模擬乘法器產(chǎn)生普通調(diào)幅波：將調(diào)制信號(hào)疊加上直流成分，即48無(wú)線電廣播發(fā)送與接收ppt課件492)調(diào)幅波的頻譜調(diào)幅波不是一個(gè)簡(jiǎn)單的正弦波形。在單一頻率的正弦信號(hào)的調(diào)制情況下,調(diào)幅波為uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct。用三角公式展開(kāi),得2)調(diào)幅波的頻譜50圖6―4單音調(diào)制時(shí)已調(diào)波的頻譜（a）調(diào)制信號(hào)頻譜（b）載波信號(hào)頻譜（c）AM信號(hào)頻譜圖6―4單音調(diào)制時(shí)已調(diào)波的頻譜51圖6―5語(yǔ)音信號(hào)及已調(diào)信號(hào)頻譜（a）語(yǔ)音頻譜（b）已調(diào)信號(hào)頻譜圖6―5語(yǔ)音信號(hào)及已調(diào)信號(hào)頻譜52帶寬（窄）帶寬（窄）533）調(diào)幅波的功率在負(fù)載電阻RL上消耗的載波功率為在負(fù)載電阻RL上,一個(gè)載波周期內(nèi)調(diào)幅波消耗的功率為P是調(diào)制信號(hào)的函數(shù),是隨時(shí)間變化的。3）調(diào)幅波的功率在負(fù)載電阻RL上,一個(gè)載波周期內(nèi)調(diào)幅波消耗54上、下邊頻的平均功率均為AM信號(hào)的平均功率邊頻

AM波的平均功率為載波功率與兩個(gè)邊帶功率之和。而兩個(gè)邊頻功率與載波功率的比值為邊頻功率載波功率上、下邊頻的平均功率均為AM信號(hào)的平均功率邊頻55同時(shí)可以得到調(diào)幅波的最大功率和最小功率,它們分別對(duì)應(yīng)調(diào)制信號(hào)的最大值和最小值為特點(diǎn)及應(yīng)用同時(shí)可以得到調(diào)幅波的最大功率和最小功率,它們分別對(duì)應(yīng)調(diào)制信號(hào)56例某調(diào)幅波廣播電臺(tái)的發(fā)射機(jī),輸出載波功率為1000W。試求它可能輸出的最大邊帶功率和最大輸出總功率,以及平均調(diào)幅系數(shù)為0.3時(shí)的輸出總功率。解：調(diào)幅系數(shù)ma=1時(shí)

例某調(diào)幅波廣播電臺(tái)的發(fā)射機(jī),輸出載波功率為1000W。試求它57在實(shí)際應(yīng)用中,調(diào)幅波的調(diào)制系數(shù)是變化的,其平均值通常只有0.3左右,此時(shí)發(fā)射機(jī)輸出的調(diào)幅波的平均總功率為在實(shí)際應(yīng)用中,調(diào)幅波的調(diào)制系數(shù)是變化的,其平均值通常只有0.58功率利用率低解調(diào)電路簡(jiǎn)單載頻功率調(diào)制前后不變，調(diào)制后增加了上下邊頻的功率，總功率增加了功率利用率低59

2.雙邊帶信號(hào)在調(diào)制過(guò)程中,將載波抑制就形成了抑制載波雙邊帶信號(hào)。它可用載波與調(diào)制信號(hào)相乘得到,其表示式為在單一正弦信號(hào)uΩ=UΩcosΩt調(diào)制時(shí),2.雙邊帶信號(hào)在單一正弦信號(hào)uΩ=UΩcosΩt調(diào)制時(shí)60DSB信號(hào)波形DSB信號(hào)波形61特點(diǎn)：（1）包絡(luò)與AM波不同，DSB波的包絡(luò)正比于（2）DSB信號(hào)的高頻載波相位在調(diào)制電壓零交點(diǎn)處突變180o（3）功率利用率高問(wèn)題：雙邊帶信號(hào)頻譜？

特點(diǎn)：62

3.單邊帶信號(hào)單邊帶（SSB）信號(hào)是由DSB信號(hào)經(jīng)邊帶濾波器濾除一個(gè)邊帶或在調(diào)制過(guò)程中,直接將一個(gè)邊帶抵消而成。單頻調(diào)制時(shí),uDSB（t）=kuΩuC。當(dāng)取上邊帶時(shí)取下邊帶時(shí)3.單邊帶信號(hào)取下邊帶時(shí)63圖6―7單音調(diào)制的SSB信號(hào)波形圖6―7單音調(diào)制的SSB信號(hào)波形64圖6―8單邊帶調(diào)制時(shí)的頻譜搬移圖6―8單邊帶調(diào)制時(shí)的頻譜搬移65調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)振幅解調(diào)方法可分為包絡(luò)檢波和同步檢波兩大類。包絡(luò)檢波是指解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法。由于AM信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系,因此包絡(luò)檢波只適用于AM波。其原理框圖如圖所示：調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)66包絡(luò)檢波的原理框圖包絡(luò)檢波的原理框圖67同步解調(diào)器的框圖同步解調(diào)器的框圖68同步檢波又可以分為乘積型和疊加型兩類。它們都需要用恢復(fù)的載波信號(hào)ur進(jìn)行解調(diào)。同步檢波器乘積型疊加型同步檢波又可以分為乘積型和疊加型兩類。它們都需要用恢復(fù)的載波69混頻1．混頻器的功能混頻器是頻譜線性搬移電路,是一個(gè)六端網(wǎng)絡(luò)。它有兩個(gè)輸入電壓:輸入信號(hào)us和本地振蕩信號(hào)uL,其工作頻率分別為fc和fL輸出信號(hào)為uI,稱為中頻信號(hào),其頻率是fc和fL的差頻或和頻,稱為中頻fI,fI=fL±fc(可采用諧波的差頻或和頻)?；祛l70圖6―51混頻器的功能示意圖圖6―51混頻器的功能示意圖71三種頻譜線性搬移功能(a)調(diào)制(b)解調(diào)(c)混頻三種頻譜線性搬移功能722．混頻器的工作原理設(shè)輸入到混頻器中的輸入已調(diào)信號(hào)us和本振電壓uL分別為

us=UscosΩtcosωct

uL=ULcosωLt這兩個(gè)信號(hào)的乘積為2．混頻器的工作原理73混頻器的組成框圖混頻器的組成框圖74

本振為單一頻率信號(hào),其頻譜為FL(ω)=π［δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc)］輸入信號(hào)為己調(diào)波,其頻譜為Fs(ω),則本振為單一頻率信號(hào),其頻譜為75混頻過(guò)程中的頻譜變換(a)本振頻譜(b)信號(hào)頻譜(c)輸出頻譜混頻過(guò)程中的頻譜變換76收音機(jī)用典型變頻器線路(a)中波AM收音機(jī)的變頻電路收音機(jī)用典型變頻器線路77收音機(jī)用典型變頻器線路(b)FM收音機(jī)變頻電路收音機(jī)用典型變頻器線路78角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制是通過(guò)調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的頻率或相位進(jìn)行控制,使其頻率或相位的變化反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律的一種調(diào)制方式。這種已調(diào)波稱為調(diào)角波。根據(jù)調(diào)制信號(hào)對(duì)載波頻率或相位的不同控制,調(diào)角波分調(diào)頻波和調(diào)相波。從調(diào)角波中恢復(fù)調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào),對(duì)調(diào)頻波和調(diào)相波的解調(diào)分別稱為頻率解調(diào)和相位解調(diào),或鑒頻和鑒相。角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制是通過(guò)調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的頻率或相位進(jìn)行控79基本概念調(diào)制的目的是把含有信息的低頻調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律附加到載波信號(hào)上去。在振幅調(diào)制系統(tǒng)中,調(diào)制的結(jié)果實(shí)現(xiàn)了頻譜的線性搬移,已調(diào)高頻信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)完全保持了原來(lái)低頻調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)形式,所以常把振幅調(diào)制稱為線性調(diào)制?；靖拍钫{(diào)制的目的是把含有信息的低頻調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律附加到80在角度調(diào)制系統(tǒng)中,調(diào)制的結(jié)果產(chǎn)生了頻譜的非線性變換,已調(diào)高頻信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)已不再保持低頻調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)形式,因此,常又把角度調(diào)制稱為非線性調(diào)制。需要強(qiáng)調(diào):調(diào)制本身是實(shí)現(xiàn)頻譜變換,頻譜變換是典型的非線性過(guò)程。不管是線性調(diào)制或非線性調(diào)制,它們皆是典型非線性過(guò)程。

在角度調(diào)制系統(tǒng)中,調(diào)制的結(jié)果產(chǎn)生了頻譜的非線性變換,已調(diào)高頻813.3.2頻率調(diào)制與解調(diào)1調(diào)頻信號(hào)的參數(shù)與波形設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)uΩ(t)=UΩcosΩt,載波電壓為uC=UCcosωct,則調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率為3.3.2頻率調(diào)制與解調(diào)82它是在ωc的基礎(chǔ)上,增加了與uΩ(t)成正比的頻率偏移。式中kf為比例常數(shù)。調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)相位φ(t)是瞬時(shí)角頻率ω(t)對(duì)時(shí)間的積分,即式中,φ0為信號(hào)的起始相位。為了分析方便,設(shè)φ0=0,則變?yōu)樗窃讦豤的基礎(chǔ)上,增加了與uΩ(t)成正比的頻率偏移。式中83

式中，為調(diào)頻指數(shù)。FM波的表示式為:式中，為調(diào)頻指數(shù)。84調(diào)頻波波形調(diào)頻波波形85圖7―2調(diào)頻波Δfm、mf與F的關(guān)系圖7―2調(diào)頻波Δfm、mf與F的關(guān)系862調(diào)頻波的頻譜1）調(diào)頻波的展開(kāi)式因?yàn)檎{(diào)頻波的表達(dá)式中的是周期為2π/Ω的周期性時(shí)間函數(shù),可以將它展開(kāi)為傅氏級(jí)數(shù),其基波角頻率為Ω,即式中Jn(mf)是宗數(shù)為mf的n階第一類貝塞爾函數(shù),它可以用無(wú)窮級(jí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算:2調(diào)頻波的頻譜式中Jn(mf)是宗數(shù)為mf87

它隨mf變化的曲線如圖7―3所示,并具有以下特性:Jn(mf)=J-n(mf),n為偶數(shù)Jn(mf)=-J-n(mf),n為奇數(shù)

因而,調(diào)頻波的級(jí)數(shù)展開(kāi)式為它隨mf變化的曲線如圖7―3所示,并具有以下特性:88圖7―3第一類貝塞爾函數(shù)曲線圖7―3第一類貝塞爾函數(shù)曲線892）調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

將上式進(jìn)一步展開(kāi),有uFM(t)=UC［J0(mf)cosωct+J1(mf)cos(ωc+Ω)t-J1(mf)cos(ωc-Ω)t+J2(mf)cos(ωc+2Ω)t+J2(mf)cos(ωc-2Ω)t+J3(mf)cos(ωc+3Ω)t-J3(mf)cos(ωc-3Ω)t+…］2）調(diào)頻波的頻譜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)90單頻調(diào)制時(shí)FM波的振幅譜（a）Ω為常數(shù);（b）Δωm為常數(shù)單頻調(diào)制時(shí)FM波的振幅譜913調(diào)頻波的信號(hào)帶寬通常采用的準(zhǔn)則是,信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未調(diào)載波1%以上的邊頻分量,即|Jn(mf)|≥0.01由圖可見(jiàn),當(dāng)mf很大時(shí),n/mf趨近于1。因此當(dāng)mf1時(shí),應(yīng)將n=mf的邊頻包括在頻帶內(nèi),此時(shí)帶寬為

Bs=2nF=2mfF=2Δfm當(dāng)mf很小時(shí),如mf<0.5,為窄頻帶調(diào)頻,此時(shí)

Bs=2F3調(diào)頻波的信號(hào)帶寬92

對(duì)于一般情況,帶寬為

Bs=2(mf+1)F=2(Δfm+F)更準(zhǔn)確的調(diào)頻波帶寬計(jì)算公式為當(dāng)調(diào)制信號(hào)不是單一頻率時(shí),由于調(diào)頻是非線性過(guò)程,其頻譜要復(fù)雜得多。比如有F1、F2兩個(gè)調(diào)制頻率,則對(duì)于一般情況,帶寬為當(dāng)調(diào)制信號(hào)不是單一頻率時(shí),由于調(diào)頻是非934調(diào)頻波的功率調(diào)頻信號(hào)uFM(t)在電阻RL上消耗的平均功率為

由于余弦項(xiàng)的正交性,總和的均方值等于各項(xiàng)均方值的總和,可得

4調(diào)頻波的功率由于余弦項(xiàng)的正交性,總和的均方值等945調(diào)頻波與調(diào)相波的比較1）調(diào)相波調(diào)相波是其瞬時(shí)相位以未調(diào)載波相位φc為中心按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的等幅高頻振蕩。如uΩ(t)=UΩcosΩt,并令φ0=0,則其瞬時(shí)相位為

φ(t)=ωct+Δφ(t)=ωct+kpuΩ(t)=ωct+ΔφmcosΩt=ωct+mpcosΩt

從而得到調(diào)相信號(hào)為

uPM(t)=UCcos(ωct+mpcosΩt)5調(diào)頻波與調(diào)相波的比較95調(diào)相波的瞬時(shí)頻率為調(diào)相波Δfm、mp與F的關(guān)系調(diào)相波的瞬時(shí)頻率為調(diào)相波Δfm、mp與F的關(guān)系96調(diào)相波波形調(diào)相波波形97至于PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調(diào)相信號(hào)帶寬為Bs=2(mp+1)F調(diào)頻與調(diào)相的關(guān)系至于PM波的頻譜及帶寬,其分析方法與FM相同。調(diào)相信982）調(diào)頻波與調(diào)相波的比較調(diào)頻波與調(diào)相波的比較見(jiàn)表7―1。強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn):（1）角度調(diào)制是非線性調(diào)制,在單頻調(diào)制時(shí)會(huì)出現(xiàn)（ωc±nΩ）分量,在多頻調(diào)制時(shí)還會(huì)出現(xiàn)交叉調(diào)制（ωc±nΩ1±kΩ2+…）分量。（2）調(diào)頻的頻譜結(jié)構(gòu)與mf密切相關(guān)。mf大,頻帶寬。mf大,抗干擾能力也強(qiáng)。（3）與AM制相比,角調(diào)方式的設(shè)備利用率高,因其平均功率與最大功率一樣。2）調(diào)頻波與調(diào)相波的比較99表7―1調(diào)頻波與調(diào)相波的比較表表7―1調(diào)頻波與調(diào)相波的比較表100調(diào)頻器與調(diào)頻方法1調(diào)頻器對(duì)于圖7―10的調(diào)頻特性的要求如下:（1）調(diào)制特性線性要好。（2）調(diào)制靈敏度要高。（3）載波性能要好。調(diào)頻器與調(diào)頻方法1調(diào)頻器101圖7―10調(diào)頻特性曲線圖7―10調(diào)頻特性曲線1022調(diào)頻方法1．直接調(diào)頻法這種方法一般是用調(diào)制電壓直接控制振蕩器的振蕩頻率,使振蕩頻率f(t)按調(diào)制電壓的規(guī)律變化。若被控制的是LC振蕩器,則只需控制振蕩回路的某個(gè)元件(L或C),使其參數(shù)隨調(diào)制電壓變化,就可達(dá)到直接調(diào)頻的目的。2調(diào)頻方法1032．間接調(diào)頻法實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵是如何進(jìn)行相位調(diào)制。通常,實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的方法有如下三種:(1）矢量合成法。這種方法主要針對(duì)的是窄帶的調(diào)頻或調(diào)相信號(hào)。對(duì)于單音調(diào)相信號(hào)

uPM=Ucos(ωct+mpcosΩt)=Ucosωctcos(mpcosΩt)-Usin(mpcosΩt)sinωct當(dāng)mp≤π/12時(shí),上式近似為uPM≈Ucosωct-UmpcosΩtsinωct（7―20）2．間接調(diào)頻法104無(wú)線電廣播發(fā)送與接收ppt課件105(2）可變移相法?？勺円葡喾ň褪抢谜{(diào)制信號(hào)控制移相網(wǎng)絡(luò)或諧振回路的電抗或電阻元件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)相。(3）可變延時(shí)法。將載波信號(hào)通過(guò)一可控延時(shí)網(wǎng)絡(luò),延時(shí)時(shí)間τ受調(diào)制信號(hào)控制,即τ=kduΩ(t)則輸出信號(hào)為

u=Ucosωc(t-τ)=Ucos［ωct-kdωcuΩ(t)］由此可知,輸出信號(hào)已變成調(diào)相信號(hào)了。(2）可變移相法。1063.擴(kuò)大調(diào)頻器線性頻偏的方法對(duì)于直接調(diào)頻電路,調(diào)制特性的非線性隨最大相對(duì)頻偏Δfm/fc的增大而增大。當(dāng)最大相對(duì)頻偏Δfm/fc限定時(shí),對(duì)于特定的fc,Δfm也就被限定了,其值與調(diào)制頻率的大小無(wú)關(guān)。

3.擴(kuò)大調(diào)頻器線性頻偏的方法107鑒頻器與鑒頻方法1鑒頻器角調(diào)波的解調(diào)就是從角調(diào)波中恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為頻率檢波器或鑒頻器（FD）；調(diào)相波的解調(diào)電路稱為相位檢波器或鑒相器（PD）。鑒頻器與鑒頻方法1鑒頻器108圖7―26鑒頻器及鑒頻特性圖7―26鑒頻器及鑒頻特性1092鑒頻方法對(duì)調(diào)頻波進(jìn)行頻率解調(diào)也稱為鑒頻,它是調(diào)頻的逆變換過(guò)程。實(shí)現(xiàn)的方法很多,歸納為以下四種類型:一、調(diào)頻-調(diào)幅變換式二、調(diào)頻-調(diào)相變換式三、脈沖計(jì)數(shù)式四、鎖相環(huán)式2鑒頻方法110調(diào)頻-調(diào)幅變換式它是將等幅的調(diào)頻波送入一個(gè)頻-幅變換網(wǎng)絡(luò),使其變成調(diào)頻調(diào)幅波,然后用振幅檢波器對(duì)其進(jìn)行振幅檢波,便可得到調(diào)頻波的解調(diào)信號(hào),其原理框圖如圖6-18所示。調(diào)頻-調(diào)幅變換式111調(diào)頻-調(diào)相變換式它是利用移相網(wǎng)絡(luò)的相位隨頻率變化的變換關(guān)系,將調(diào)頻波變換成調(diào)相波,再利用相位檢波器即鑒相器直接得到解調(diào)信號(hào),其原理框圖如圖6-19所示。調(diào)頻-調(diào)相變換式112脈沖計(jì)數(shù)式它是利用波形變換器將調(diào)頻波變換成數(shù)目與頻率成正比,幅度與寬度相同的脈沖信號(hào),然后將其送入低通濾波器,該輸出信號(hào)便是電壓幅度與脈沖數(shù)目成正比,也即與瞬時(shí)頻率變化成正比的解調(diào)信號(hào),其原理框圖如圖6-20所示。脈沖計(jì)數(shù)式113無(wú)線電廣播發(fā)送與接收ppt課件114振幅鑒頻法調(diào)頻波振幅恒定,故無(wú)法直接用包絡(luò)檢波器解調(diào)。鑒于二極管峰值包絡(luò)檢波器線路簡(jiǎn)單、性能好,能否把包絡(luò)檢波器用于調(diào)頻解調(diào)器中呢？若能將等幅的調(diào)頻信號(hào)變換成振幅也隨瞬時(shí)頻率變化、既調(diào)頻又調(diào)幅的FM―AM波,就可以通過(guò)包絡(luò)檢波器解調(diào)此調(diào)頻信號(hào)。用此原理構(gòu)成的鑒頻器稱為振幅鑒頻器。振幅鑒頻法115單回