第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)

第七章振幅調(diào)制與解調(diào)無(wú)線電通信發(fā)射機(jī)的組成框圖振蕩器高頻放大器調(diào)制倍頻話筒調(diào)制信號(hào)放大器載波uc調(diào)制信號(hào)uΩ已調(diào)波uAM7.1概述在無(wú)線電通信系統(tǒng)中，將信號(hào)從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)，信號(hào)的原始形式一般不適合傳輸，必須進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，所謂調(diào)制是將需要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩信號(hào)（載波）上去的過(guò)程。在接收端收到了已調(diào)波信號(hào)后，需要將載波去掉，還原成原有的信息，即調(diào)制信號(hào)，這個(gè)過(guò)程是與調(diào)制相反的過(guò)程，稱為解調(diào)。調(diào)制可分為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制，簡(jiǎn)稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，分別對(duì)應(yīng)的解調(diào)有檢波、鑒頻和鑒相。只有天線實(shí)際長(zhǎng)度與電信號(hào)的波長(zhǎng)相比擬時(shí)，這時(shí)電信號(hào)才能以電磁波形式有效地輻射。

若信號(hào)頻率為1kHz，其相應(yīng)波長(zhǎng)300km，若采用波1/4波長(zhǎng)的天線，就需要75km，制造這樣的天線是很困難的。

這就要求原始電信號(hào)必須有足夠高的頻率。2.為什么要調(diào)制？調(diào)幅1.含意----振幅調(diào)制就是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)成正比地變化。對(duì)于有線通信雖然可以傳輸語(yǔ)音之類的低頻信號(hào)。但一條信道只傳輸一路信號(hào)太不經(jīng)濟(jì)，利用率太低。所以有線通信也需要將各路語(yǔ)音信號(hào)搬移到不同的頻段，以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)一線傳輸而又不互相干擾。采用調(diào)幅

1）由于頻率高，可以無(wú)線傳輸；

2）可以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)一線傳輸而又不互相干擾。預(yù)備知識(shí)：符號(hào)

————高頻

———低頻預(yù)備知識(shí)：三角函數(shù)復(fù)習(xí)預(yù)備知識(shí)：數(shù)學(xué)分析方法

1）冪級(jí)數(shù)分析法（小信號(hào)）

2）折線近似分析法（大信號(hào)）正弦波一般可表示為：1.AM調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)：?jiǎn)我粽{(diào)制信號(hào)載波調(diào)幅信號(hào)（已調(diào)波）包絡(luò)函數(shù)7.2調(diào)幅波的性質(zhì)7.2.1普通調(diào)幅波（普通AM波）包絡(luò)函數(shù)稱為調(diào)幅度、調(diào)幅指數(shù)或調(diào)制系數(shù)。k

為比例系數(shù)，稱為調(diào)制靈敏度。

2.調(diào)幅信號(hào)的波形包絡(luò)函數(shù)：是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制后改變的程度過(guò)調(diào)幅失真(a)調(diào)制信號(hào)(b)已調(diào)波形包絡(luò)振幅載波振幅波峰值-波谷值波峰值+波谷值=載波分量上邊帶分量下邊帶分量電壓振幅調(diào)幅波的頻譜圖

3.AM調(diào)幅波的頻譜及帶寬單音調(diào)幅波頻譜寬度等于調(diào)制信號(hào)頻率的二倍即2)多音調(diào)幅波的頻譜頻譜寬度是最高頻率的二倍即：電壓振幅調(diào)幅波的頻譜圖將單音調(diào)幅波電壓加到電阻R兩端，得調(diào)幅波各頻率分量在R上消耗的功率分別是：7.2.2AM調(diào)幅波的功率分配⑴載波功率⑵當(dāng)Ma最大為1時(shí)，邊帶功率只占整個(gè)調(diào)幅波功率的1/3。上邊頻功率：在調(diào)幅信號(hào)一周期內(nèi)，AM信號(hào)的平均輸出功率：下邊頻功率：在AM調(diào)制過(guò)程中，如果將載波分量抑制掉，就可形成雙邊帶信號(hào)。DSB波數(shù)學(xué)表達(dá)式：7.2.3抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)（DSB）結(jié)論：能量傳送時(shí)，由AM傳送改為邊帶傳送可節(jié)約能量。是否能抑制掉載波，只保留兩個(gè)邊帶呢？DSB波的波形與頻譜：DSB

的特點(diǎn)

1）DSB

信號(hào)的幅值仍隨調(diào)制信號(hào)而變化，但與普通調(diào)幅波不同，

DSB

的包絡(luò)不再反映調(diào)制信號(hào)的形狀，仍保持調(diào)幅波頻譜搬移的特征。

2）在調(diào)制信號(hào)的正負(fù)半周，載波的相位反相，即高頻振蕩的相位在

UΩ

(t)=0瞬間有1800

的突變。

3）信號(hào)仍集中在載頻附近，所占頻帶為BWDSB=2Fmax雙邊帶調(diào)幅波的包絡(luò)已不再反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。由于調(diào)制抑制了載波，輸出功率是有用信號(hào)，它比普通調(diào)幅經(jīng)濟(jì)。但在頻帶利用率上沒(méi)有什么改進(jìn)。為進(jìn)一步節(jié)省發(fā)送功率，減小頻帶寬度，提高頻帶利用率，下面介紹單邊傳輸方式。雙邊帶調(diào)制波的上下邊帶包含的信息相同，兩個(gè)邊帶發(fā)射是多余的，為節(jié)省頻帶，提高系統(tǒng)的功率和頻帶的利用率，常采用單邊帶調(diào)制系統(tǒng)。SSB的數(shù)學(xué)表達(dá)式上邊帶下邊帶7.2.4.抑制載波的單邊帶調(diào)幅信號(hào)（SSB）或SSB的波形圖與頻譜圖殘留邊帶(VSB)調(diào)制方式VSB發(fā)射一個(gè)完整邊帶和載頻及另一邊帶低頻部分電視圖像傳送中常用。三種振幅調(diào)制信號(hào)【例】某調(diào)幅廣播電臺(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?！纠?/p>

已知兩個(gè)信號(hào)電壓的頻譜如圖所示，要求：(1)寫出兩個(gè)信號(hào)電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并指出已調(diào)波的性質(zhì)。(2)計(jì)算在單位電阻上消耗的邊帶功率和總功率、以及已調(diào)波的帶寬【例】己知調(diào)幅波

(v)若將加在1Ω的電阻上。求：1）調(diào)幅指數(shù)2）載波功率、上下邊頻功率和總功率3）畫出該調(diào)幅波的電壓頻譜圖非線性調(diào)幅原理框圖如下：7.3平方律調(diào)幅——小信號(hào)調(diào)幅

調(diào)幅波的共同之處都是在調(diào)幅前后產(chǎn)生了新的頻率分量，也就是說(shuō)都需要用非線性器件來(lái)完成頻率變換。

這里將調(diào)制信號(hào)vΩ與載波信號(hào)v0相加后，同時(shí)加入非線性器件，然后通過(guò)中心頻率為ω0的帶通濾波器取出輸出電壓vo中的調(diào)幅波成分。7.3.1簡(jiǎn)單的二極管調(diào)幅電路二極管調(diào)幅電路當(dāng)vi很小時(shí)，級(jí)數(shù)可只取前四項(xiàng)若：為L(zhǎng)、C回路諧振于的等效電阻為二極管的動(dòng)態(tài)電阻經(jīng)分類整理可知：ω0±Ω是我們所需要的上、下邊頻。這對(duì)邊頻是由平方項(xiàng)產(chǎn)生的，故稱為平方律調(diào)幅。其中最為有害的分量是ω0±2Ω

項(xiàng)。由于二極管不容易得到較理想的平方特性，因而調(diào)制效率低,無(wú)用成分多，目前較少采用平方律調(diào)幅器。圖7.3.2串聯(lián)雙二極管平衡調(diào)幅器簡(jiǎn)化電路7.3.2平衡調(diào)幅器而如果兩個(gè)二極管參數(shù)完全一樣，則：等頻率分量被抵消了?；祛l效率有所提高！無(wú)載波分量，輸出為DSB波開關(guān)函數(shù)調(diào)幅的數(shù)學(xué)分析不考慮調(diào)制信號(hào)載波正半周載波負(fù)半周7.4斬波調(diào)幅——開關(guān)函數(shù)7.4.1工作原理圖9.4.1斬波調(diào)幅器方框圖圖9.4.2斬波調(diào)幅器工作圖解7.4.1工作原理關(guān)注：和頻，差頻。有無(wú)載波分量？普通AM？DSB？7.4.1工作原理7.4.2實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)幅的電路圖9.4.4二極管電橋斬波調(diào)幅電路圖5-33二極管環(huán)形調(diào)制器1.二極管環(huán)形調(diào)制器電路圖它是由四個(gè)二極管環(huán)接構(gòu)成。載波從變壓器的原邊接入，調(diào)制信號(hào)則接到變壓器T1

的副邊中點(diǎn)和T2的原邊中點(diǎn)之間，變壓器的副邊T2

輸出已調(diào)信號(hào)。設(shè)調(diào)制信號(hào)為單頻余弦信號(hào)，即載波信號(hào)為

一般情況下，載波信號(hào)幅值很強(qiáng)，控制二極管工作在開關(guān)狀態(tài)。為了分析二極管電流，分別畫出其相應(yīng)的電路。

2.工作原理圖5-34環(huán)形調(diào)制器各二極管工作情況用節(jié)點(diǎn)電流定律，可得到電流在輸出變壓器副邊引起的感應(yīng)電勢(shì)就是輸出電壓u,它的波形也與同。可見，環(huán)形調(diào)制器輸入電流是輸入信號(hào)和的乘積，頻譜是載頻的上、下邊頻，沒(méi)有載波分量，所以稱其為抑制載波調(diào)幅電路。變壓器T1和T2的中心抽頭必須嚴(yán)格對(duì)稱，四個(gè)二極管的特性也應(yīng)一致，否則就不能把載波抑制掉，從而造成不希望有的“載漏”輸出。（載漏是環(huán)形調(diào)制器輸出電流成分中含有載波成分的簡(jiǎn)稱）。7.5模擬乘法器調(diào)幅電路普通振幅調(diào)制電路載波電壓加在4端輸入壓調(diào)零電路接在8端調(diào)制電壓加在9端外加可調(diào)直流電壓加在12端雙邊帶調(diào)幅（DSB）電路【例】7.6單邊帶調(diào)幅電路(一)可在左圖所示電路后面使用適當(dāng)?shù)臑V波器以得到單邊帶調(diào)幅信號(hào)，即濾波法濾波法要求帶通濾波器具有極為陡峭的、接近于矩形的衰減特性解決方法之一為采用移相法單邊帶調(diào)幅電路(二)單音調(diào)制的上邊帶信號(hào)可以表示為：移相法不再需要制作衰減特性極其陡峭的濾波器移相法的缺點(diǎn)：要求移相網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)都要準(zhǔn)確地移相90°7.8高電平調(diào)幅①集電極調(diào)幅要求：普通調(diào)幅

高頻載波信號(hào)從基極加入，而調(diào)制信號(hào)加在集電極。調(diào)制信號(hào)與Vcc串接在一起，故可將二者合在一起看作一個(gè)緩慢變化的綜合電源Vcc’。

所以，集電極調(diào)制電路就是一個(gè)具有緩慢變化電源的調(diào)諧放大器。1.電路特點(diǎn)2.基本工作原理放大器需工作在過(guò)壓狀態(tài)②基極調(diào)幅要求：普通調(diào)幅調(diào)制信號(hào)和Vbb串聯(lián)在一起，故可將二者合在一起看作一個(gè)緩慢變化的綜合基極偏壓Vbb’

所以，基極調(diào)制電路就是一個(gè)具有緩慢變化基極偏壓的調(diào)諧放大器。思路1.電路特點(diǎn)

放大器應(yīng)工作于欠壓狀態(tài)2.基本工作原理7.9普通調(diào)幅波的解調(diào)電路調(diào)幅波的解調(diào)又稱作振幅檢波，把高頻已調(diào)波還原為低頻信號(hào)的裝置叫做幅度檢波器，簡(jiǎn)稱為檢波器檢波器必須利用非線性元件來(lái)完成檢波器的技術(shù)指標(biāo)：檢波效率要高檢波器的輸入電阻要大檢波失真要小7.9.1大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波的工作原理大信號(hào)檢波的工作原理:快充慢放大信號(hào)二極管檢波的物理過(guò)程大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波的工作原理由于電容上的波動(dòng)電壓略小于載波電壓的峰值，只要設(shè)法把波動(dòng)的高頻部分濾除掉，就可以得到有用的檢波輸出信號(hào)電壓，如選擇較大的時(shí)間常數(shù)輸出電壓既包含低頻分量、直流分量，也包含鋸齒型電壓7.9.2大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波的性能指標(biāo)電壓傳輸系數(shù)峰值包絡(luò)檢波時(shí)，輸出電壓的大小接近于輸入電壓的振幅。一般地說(shuō)，這種檢波方式電壓傳輸系數(shù)較大，可達(dá)0.9以上輸入電阻對(duì)于串聯(lián)檢波電路來(lái)說(shuō)，在大信號(hào)檢波時(shí)，當(dāng)負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于二極管正向?qū)〞r(shí)的等效電阻時(shí)，檢波器的輸入電阻大約等于負(fù)載電阻的一半。因此負(fù)載電阻越大，則檢波器的輸入電阻也越大，它對(duì)前級(jí)的影響也越小決定電壓傳輸系數(shù)的因素為和大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波的失真惰性失真(對(duì)角切割失真)產(chǎn)生原因防止方法：必須在任何一個(gè)高頻信號(hào)周期內(nèi)輸入信號(hào)包絡(luò)下降最快的時(shí)刻，保證電容器通過(guò)負(fù)載的放電速度大于包絡(luò)下降速度大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波的失真負(fù)峰切割失真（割底失真）電路結(jié)構(gòu)說(shuō)明7.10乘積型同步檢波器其特點(diǎn)為在接收端提供一個(gè)與載波同步的本地振蕩信號(hào)，又稱相干信號(hào)可使用由模擬乘法器構(gòu)成的乘積檢波電路7.10乘積型同步檢波器——普通AM波時(shí)：乘積型同步檢波器——普通AM波為保證同步信號(hào)和高頻載波頻率相等相位差為零可使用限幅器，從普通AM信號(hào)中提取同步信號(hào)乘積型同步檢波器——DSB,SSB模擬乘法器檢波的優(yōu)點(diǎn)：檢波線性