10第六章调幅与检波(4-6学时)

通信电路第6章模拟调幅、检波与混频电路线性频率变换电路2第6章模拟调幅、检波与混频电路6.1概述6.2幅度调制标准幅度调制抑制载波幅度调制单边带幅度调制残留边带幅度调制正交幅度调制6.3调幅电路6.4检波电路6.5混频6.6倍频同时考察一些发射机和接收机的方案36.1概述1.什么是调制？调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程调制的作用是把消息置于消息载体，以便传输和处理解调是调制的逆过程，从消息载体中还原出原来的消息用来传送消息的载体uc(t)称为载波，消息uΩ(t)称为调制信号，调制后的信号v(t)称为已调信号用调制信号uf(t)控制载波uc(t)的某些参数，使之随uΩ(t)的变化而变化，就可实现调制42.为什么要调制天线尺寸天线的尺寸和波长相关，如采用/4天线对于3kHz的声音信号，天线尺寸为25km，无法实现。如果调制在900MHz上，天线仅需8cm，容易实现调制可以将不同信号分在同一信道中传输而互不影响，例如频分复用调制可以降低干扰对信号传输的影响，如扩频调制通过调制实现有效地发射和有选择地接收53.调制分类按载波uc(t)脉冲调制、正弦波调制、光强度调制正弦波调制幅度调制角度调制（频率调制、相位调制）66.2振幅调制与解调原理振幅调制（AM）是指载波的幅度随调制信号的变化规律而变化，而其角频率和初相位均为常数幅度调制方式标准幅度调制（StandardAM）双边带幅度调制（DoubleSideBandAM）抑制载波调幅（SuppressedCarrierAM）单边带幅度调制（SingleSideBandAM）残留边带幅度调制（VestigialSideBandAM）正交幅度调制（QuadratureAM）数字幅度调制（幅度键控，ASK）76.2.1普通调幅方式普通幅度调制是各种幅度调制中最基本的一种由于在合理使用功率和占有频带宽度等方面，不如其他调幅方式优越，其应用范围受到限制学习内容：数学表达式波形图频谱图功率在各频谱分量之间的分配关系81.普通调幅信号的表达式、波形、频谱数学表达式tωUtuccmccos：载波ΩtVtuΩmΩcos：调制信号tωΩtUmtωUtωΩtmUtωΩtkUUtωtkuUtuccmaccmcacmcΩmcmcΩcmAMcoscoscoscoscos1coscoscos：调幅信号定义波形频谱10acmΩmaMUkUM称为调幅指数其中：9波形图ttmVtvcacmAMcoscos1在标准幅度调制中，为避免过调幅，要求Ma15.0aM01.Ma51.Ma10频谱图cccccjVfjVcjVAM下边频上边频mmcccmcmcjVfjVcjVAM下边带上边带000tΩωUmtΩωUmtωUtωΩtmUtuccmaccmaccmcacmAMcos21cos21coscoscos111普通调幅波的功率分配载波占有功率上边带功率下边带功率总功率LcmcRUP221caLcmausbPmRVmP4212122usblsbPP212aclsbusbctmPPPPP缺点：边带携带有用信息，但2/3以上功率浪费在载波上主要优点：由于有大的载波，接收机解调器容易tΩωUmtΩωUmtωUtωΩtmUtuccmaccmaccmcacmAMcos21cos21coscoscos112例：调制指数和功率有一标准AM波，未调制载波峰值电压为10V，负载电阻为10，调制指数为1，求载波和上下边带的功率；如果调制指数变化为0.5，载波和上下边带功率？在保证不过调的情况下，要使用尽可能高的调制百分比对于振幅最大的有用信号，标准AM系统应保证其调制指数在0.9~0.95之间WRVPLcmc51010212122WPmPPcalsbusb25.142WPPPlsbusbtsb5.2WPPPtsbct5.71amWRVPLcmc51010212122WPmPPcalsbusb3125.042WPPPlsbusbtsb625.0WPPPtsbct625.55.0am13标准AM特性再讨论（1）调幅信号的包络线近似为调制信号的波形，只要能取出这个包络信号就可实现AM的解调tωcostkUUtucΩcmAM14标准AM特性再讨论（2）频谱由两部分组成载波频谱平移至载波处调制信号的频谱，幅度减半频带宽度为2m--调制信号频带宽度的两倍所占的频带宽度中有一半是多余的，因此，这种调幅方式在频率资源利用上是有缺点的用单边带调幅cmcmcjVAM下边带上边带cmcjVSSB上边带cmcjVSSB下边带152.实现标准幅度调制的方法两种方案tωcostkutωcosUtωcostkuUtucΩccmcΩcmAM易于控制调制指数态相乘器处于差动平衡状166.2.2双边带调幅从信息传输的角度看，载波是多余的，并且标准AM载波的功率占了总功率的一半以上，对充分利用发射机功率是不利的采用抑制载波调幅tωtutucΩDSBcoscmcmcjVAM下边带上边带cmcmcjVDSB下边带上边带17波形图-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.518DSBAM的性质包络不反映调制信号的形状不能用包络检波，只能采用同步检波（相干解调）调制信号过零时波形反相（180）理想情况不含载波分量，如果调制信号的平均值不为0，将出现载漏-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5tωtutucΩDSBcos19DSBAM的实现乘法器实现模拟乘法器环行乘法器带通滤波器)(tuΩttucccos)()(tuDSB20DSBAM的解调包络不反映调制信号的波形，所以不能用峰值包络检波方法。只能使用同步解调方法低通滤波器)(tvDSB)(tvp)(tvc)(tvD同步解调的关键在于产生出和载波信号同频同相的本地载波信号)(tvc)(tvc22cos1)()cos)((coscos)(cos)(2tωtutωtutωtωtutωtucΩcΩccΩcDSB21本地载波的产生DSBu平方器带通滤波器分频器1u2u'ucttuutucΩDSB2221costtutucΩ2cos212222例用1496模拟相乘器实现抑制载波调幅1.如何实现DSBAM？2.如果1,4端不平衡，有什么现象？3.如果8,10端不平衡，有什么现象？4.两个输入端都不平衡？1234568101214)cos()cos(10841tωUUtΩUUk(t)uccm,Ωm,o载漏音漏23-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5-2-1012345678-1.5-1.2-0.9-0.6-0.300.30.60.91.21.5-2-1012345678-1-0.7-0.4-0.10.20.50.81.11.41.72抑制载波调幅载漏音漏相乘器两输入端均不平衡246.2.3单边带调幅双边带抑制载波调幅：不含固定载波分量，能有效地利用发射机的功率但所占带宽仍为2m单边带调幅（SSBAM）既可充分利用发射机的功率又节省占有频带，从传输信息的角度最佳调幅方式缺点：调制和解调技术比较复杂cmcmcjVDSB下边带上边带cmcjVSSB上边带cmcjVSSB下边带25时域数学表达式ttuttutuccSSBsin'21cos21：上边带cmcmcttvjVcfDSBcos:下边带上边带cmcmcttvjVcfDSBsin:下边带上边带ttuttutuccSSBsin'21cos21：边带下26用滤波法实现单边带调幅对滤波器要求甚高，尤其是调制信号中的低频很低时带通滤波器tcostccostccostccostccostccos或fcfminFfcminFfccfFmin2HzF300minMHzfc10%.0060kHzfc100%.6027多级滤波降低对滤波器的要求F1F1fFf1F2Ff12fFff12%.min002702cfFF3Fff123fFfff123Ffff123321ffffc%.min6021fF：第1级滤波器%.min0310221fFf：第2级滤波器%.min003212312fFff：第3级滤波器HzF3000300~:kHzf1001MHzf22MHzf203MHzfc122.对滤波器的要求仍然比较高，可采用晶体、陶瓷、声表滤波器28用移相法实现单边带调幅ttvttvtvcfcfSSBsincos2121-/2-/2tvftvftccostcsinttvcfcosttvcfsintvSSB宽带移相器：在很宽的频带上移动相同的相位，很难制造29第三种方法-/2-/2载波t2cost2sintt21coscostvSSB音频t1cost1sin低通低通tcost1cost1sintt21sinsin30同步解调SSBAM中既无载波分量，其包络也不反映调制信号的波形，因此只能用同步解调方法低通滤波器)(tvSSB)(tvp)(tvc)(tvD)(tvc)(tvctttvttvtvtvtvccfcfcSSBpcossincos21sincostvtvtvffD41ttvtvfD4100:,：同频同相如果本地载波与载波不同相，则有失真DSBAM和标准AM相干解调，如果同频不同相，仅仅是幅度上有差别SSBAM对载波恢复要求更为严格：一般加入导频，边带功率占总发射功率96%31单边带接收机RF本地振荡器差拍振荡器RF放大器和预选器天线IF放大器和带通滤波器器解调信息载波恢复（窄带PLL跟踪导频）和频率合成器非相干相干32单边带传输的优缺点优点：和标准AM比节省功率：3倍，4.8dB节约带宽：50％减少噪声要获得和单边带相同的性能，单边带的信噪比比标准AM大12dB