无线电通信-71-振幅波的性质、平方律调幅及斩波调幅课件.pptx

1、Chapter7 振幅调制与解调振幅调制与解调掌握调幅波的基本性质和功率关系；掌握调幅波的基本性质和功率关系；掌握斩波调幅的原理和电路；掌握斩波调幅的原理和电路；掌握单边带的产生方法；掌握单边带的产生方法；掌握包络检波原理；掌握包络检波原理；理解同步检波原理；理解同步检波原理；了解单边带信号的接收方法。了解单边带信号的接收方法。发射机系统框图发射机系统框图7.1 7.1 概述概述7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述1 1、调制的调制的定义定义：将要传送的信息装载到某一高频载：将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。频信号上去的过程。要传送低频信息信要传送低频信息信号称为号称

2、为调制信号调制信号；调制涉及的三种信号：调制涉及的三种信号：高频振荡信号称为高频振荡信号称为载波载波；调制以后的信号称调制以后的信号称为为调幅波调幅波或或已调波已调波。2 2、调制、调制的的作用：作用：为了能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸为了能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/41/4波长。波长。音频信号音频信号:20Hz:20Hz20kHz20kHz波长：波长：15 15 15000 km15000 km天线长度天线长度:3.75:3.75 3750km3750km可可实现天线和谐振回路在更宽的频率范围内工作

3、。实现天线和谐振回路在更宽的频率范围内工作。频谱搬移频谱搬移high2020k10k1000k100k频谱搬移频谱搬移low相对频带宽、传输信息量大，能容纳更多信道。相对频带宽、传输信息量大，能容纳更多信道。频谱搬移频谱搬移1c2c便于便于不同频道相同不同频道相同频段基带信号的同时频段基带信号的同时接收。接收。3 3、调制调制的方式和的方式和分类：分类：调幅调幅调相调相调制调制连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制编码调制编码调制调频调频脉位调制脉位调制振幅调制振幅调制脉宽调制脉宽调制平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅调幅方法调幅方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅基极调幅基极调幅

4、4 4.调幅调幅的的方法：方法：集电极调幅集电极调幅模拟乘法器调幅模拟乘法器调幅7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述1 1、检波的、检波的定义定义：接收机接收机系统框图系统框图检波：从检波：从振幅受调制的高频信号振幅受调制的高频信号中还原中还原出原调制的出原调制的信信号，反调制过程。号，反调制过程。检波器检波器的输入输出波形的输入输出波形2 2、检波器的组成、检波器的组成检波器的组成部分检波器的组成部分 高频信号输入电路；高频信号输入电路；非线性器件：二极管或三极管；非线性器件：二极管或三极管；选频选频网络：低通滤波器滤除高频分量。网络：低通滤波器滤除高频分量。3 3、检波器的、检波器的分

5、类分类二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极管检波器检波检波器件器件信号大小信号大小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器工作特点工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器振幅调制振幅调制解调（检波解调（检波)混频（变频）混频（变频）属于属于 频谱线性搬移电路频谱线性搬移电路 非线性器 件主振带通f0,2Fmax调制信号f0ff0fmaxf02f0ff0f(a)调幅原理调幅原理中放来非线性器 件低通 Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f(c)检波原理检波原理非线性器 件本振带通fi,2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffiffif(b)混频原理混

6、频原理频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性频率变换前后，信号的频谱结构不变，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的在频率轴上只是将信号频谱无失真的在频率轴上搬移，称为线性频率变换，这种电路搬移，称为线性频率变换，这种电路称为频谱搬移电路。称为频谱搬移电路。7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质7.2.1 7.2.1 调幅波的数学表示式与频谱调幅波的数学表示式与频谱首先首先讨论讨论单音调制的调幅单音调制的调幅波：波：调制调制信号信号调幅调幅信号信号载波载波信号信号（7.2.17.2.1）由于调幅由于调幅信号的信号的振幅（包络）与振幅（包络）与调制调制信号成信号成线性关线性关系

7、，即有：系，即有：（7.2.27.2.2）即即有有：故故有调幅信号可以用下式表示：有调幅信号可以用下式表示：（7.2.37.2.3）tcos)tcosm1(Vv0a0AM )tcosm1(V)t(Va0m tVv000cos tVv cos)m1(VVaomax oV)m1(VVaomin 1ma 1ma ominooomaxominmaxaVVVVVVV)VV(21m（7.2.47.2.4）伏特5maxV伏特1minVt经典经典例题：例题：解法一：解法一：解法解法二二：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(Vm21

8、t)cos(Vm21tcosVooaooaoo 调制信号0 载波调幅波0+上边频0-下边频频带宽度频带宽度B=2 单音调制的调幅波的频谱单音调制的调幅波的频谱 由由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程（混过程（混频），频），即将调制信号的频谱搬移到载波附近，成为对即将调制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边称排列在载波频率两侧的上、下边频频。信号带宽信号带宽 max2B 0 限带信号限带信号(多音频的调制信号多音频的调制信号)的调幅波的调幅波maxo 调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0+max 上边带0-max下边带 在在

9、多频调制时，各个低频频率分量所引起的边频对多频调制时，各个低频频率分量所引起的边频对共同组成了上、下两个边带。共同组成了上、下两个边带。如果将普通调幅波输送功如果将普通调幅波输送功率至电阻率至电阻R上，则载波与两个边上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：频将分别得出如下的功率：ttmVtoaocos)cos1()(v载波功率载波功率:RV21P2ooT上边频或下边频上边频或下边频:oTaoaSBSBPmRVmPP2221412121在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AMAM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是oT2aDSBoTAMP)m211(PPP7.2.2 7.2.2 调幅波

10、中的功率关系调幅波中的功率关系载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。幅波功率的绝大部分。当当ma1时，时，PoT(2/3)Po ；当当ma0.5时，时，PoT(8/9)Po ；从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。调制信号的变化规律。oTaDSBoTAMPmPPP)211(2经典经典例题：例题：解解：1 1）已调波）已

11、调波作业：作业：7.47.7u 调幅波的分类调幅波的分类 标准调幅标准调幅波（波（AMAM）又称为普通调幅又称为普通调幅波波，频谱中完整包括，频谱中完整包括三部分：载三部分：载波波、上边频（和频）、下边频（差频）、上边频（和频）、下边频（差频）。因此因此，标标准调幅准调幅波中至少有波中至少有2/32/3的的功率（载波功率）不功率（载波功率）不含信息含信息，故效率低下。故效率低下。0+0-0 抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波(DSB)DSB)0+0-抑制载波的单边带调幅（抑制载波的单边带调幅（SSBSSB）单边单边带调幅的特点是已调波中只含一个带调幅的特点是已调波中只含一个边频不边频

12、不含含载频及另一个边频载频及另一个边频。其其特点是与前两种调幅波相比，带宽减半提高了特点是与前两种调幅波相比，带宽减半提高了信道利用率。同时由于不发送载波仅发送一个边带，信道利用率。同时由于不发送载波仅发送一个边带，因而更节省功率。此外，其波形也大不同于前两种因而更节省功率。此外，其波形也大不同于前两种调幅。由数学模型可见，调幅。由数学模型可见，SSBSSB调幅波的波形为等幅波，调幅波的波形为等幅波，信息包含在相位中。信息包含在相位中。0+0-滤波器特征曲线滤波器特征曲线电压电压表达式表达式标准调幅标准调幅波波ttmV0a0cos)cos1(载波抑制载波抑制双边带调幅波双边带调幅波ttVm00

13、acoscos单边单边带调幅波带调幅波tVm)cos(200a)cos(2(00tVma或波形图波形图 频谱图频谱图 0-0+0a21Vm 0-0+0a21Vm 信号信号带宽带宽)2(2)2(22 0-0+三种振幅调制信号三种振幅调制信号 残留边带残留边带调幅调幅0.75MHz6MHz1.25MHz6.25MHzfcf0.75MHz中频6.25MHzf0.75MHz50%(a)广播电视台系统发端滤波器特性广播电视台系统发端滤波器特性 (b)电视接收系统中频滤波器特性电视接收系统中频滤波器特性残留边带调幅残留边带调幅(记为记为VSB AM)它在发射端发送一个完整的它在发射端发送一个完整的边带信号

14、、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。u 振幅调制振幅调制方法与电路方法与电路 调幅调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的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分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频频率变换，再率变换，再加相应的滤波器得到相应的频

15、率成分。加相应的滤波器得到相应的频率成分。原理实现框图原理实现框图如下：如下：(a(a)标准调幅标准调幅波波(b(b)载波载波抑制抑制双边双边带调幅波带调幅波(c)c)单边单边带调幅波带调幅波 低低电平调幅电平调幅电路：电路：一般一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。根据调制根据调制电路输出功率的高低可分为：电路输出功率的高低可分为：高电平调幅高电平调幅电路：电路：一般一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。情况下进行

16、调制。平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅基极调幅基极调幅集电极调幅集电极调幅模拟乘法器调幅模拟乘法器调幅7.3 7.3 平方平方律调幅律调幅7.3.1 7.3.1 工作原理工作原理 如果如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性线性器件（如二极管、晶体管）将工作器件（如二极管、晶体管）将工作在满足平方律在满足平方律的的区段：区段：非线性调幅方框图非线性调幅方框图（7.3.17.3.1）B=2 2 0 2 0 00从频谱可见平方律调幅从频谱可见平方律调幅产生的是标准的调幅波产生的是标准的调幅波故故有：有：上式带入式（上式带入式（7.3.17.3.1

17、），可知），可知产生的频率分量产生的频率分量有：有：（7.3.27.3.2）7.3.2 7.3.2 平衡调幅器平衡调幅器vvRRi1i2D1D2（7.3.67.3.6）（7.3.77.3.7）则：则：得得：串联双二极管平串联双二极管平衡调幅器简化电路衡调幅器简化电路 设两个二极管性能一设两个二极管性能一致，完全对称电路形式：致，完全对称电路形式：积化积化和差和差整理得：整理得：（7.3.87.3.8）00B=2从频谱图可见从频谱图可见平衡调幅产生的平衡调幅产生的是载是载波波抑制抑制双边双边带的调幅波（带的调幅波（DSB-SCDSB-SC）由于由于二极管不容易得到较理想的平方特性二极管不容易得到

18、较理想的平方特性，且电，且电子器件的特性不可能完全相同，电路无法完全对称，子器件的特性不可能完全相同，电路无法完全对称，因此输出不能将载波完全抑制，会有载波漏到输出中因此输出不能将载波完全抑制，会有载波漏到输出中去，形成载漏。故电路中往往需要加平衡装置，以使去，形成载漏。故电路中往往需要加平衡装置，以使载漏降至最小。载漏降至最小。t vo 7.4 7.4 斩波斩波调幅调幅7.4.1 7.4.1 工作原理工作原理（7.4.17.4.1）上上式用傅里叶级数式用傅里叶级数展开：展开：（7.4.37.4.3）（7.4.27.4.2）带入带入式（式（7.4.37.4.3）得：）得：（7.4.47.4.4）滤波滤波（7.4.57.4.5）用用傅里叶级数傅里叶级数展开：展开：（7.4.67.4.6）即得：即得：（7.4.77.4.7）7.4.2 7.4.2 实现斩波调幅的电路实现斩波调幅的电路当当a a端正端正b b端负，端负，D D1 1和和D D3 3导通，导通，D D2 2与与D D4 4截止；截止；当当a a端负端负b b端正，端正，D D1 1和和D D3 3截止截止，D D2 2与与D D4 4导通导通；D D1 1、D D2 2、D D3 3和和D D4 4完成完成双刀双掷开关双刀双掷开关作用。作用。