调制与解调

1第5章振幅调制与解调2本章知识点及结构振幅调制与解调调幅波的性质（数学表达式、频谱特征、功率）5.2调幅波的解调（电路，评价指标，检波失真）5.5，5.6调幅波的产生（原理，电路，评价指标）5.3，5.43第五章振幅调制与解调5.1概述5.2调幅信号的分析（重点）5.3调幅波产生原理的理论分析5.4普通调幅波的产生电路（电路设计）5.5普通调幅波的解调电路（重点,电路设计）5.6抑制载波调幅波的产生和解调电路（电路设计）45.1概述回顾问题：（第一章调制系统概念）3.“调制”与“解调”的方式有哪些？2.“调制”与“解调”的过程如何实现？1.什么是“调制”与“解调”？51.“调制”与“解调”：调制（modulation)解调（demodulation）电信号通信中，实现低频信号远距离传输的一种主要方法。62.“调制”与“解调”的过程:人飞机的参数（如重量、速度等）控制飞机（载体）载有人的飞机调制人解调低频信号高频信号（载波）载波的参数（如幅度、频率、相位）已调波还原低频信号装载卸载72.“调制”与“解调”的过程：用被传送的低频信号去控制高频信号（载波）的参数（幅度、频率、相位），实现低频信号搬移到高频段。是调制的反过程。即：把低频信号从高频段搬移下来，还原被传送的低频信号。调制：解调：83.调制的方式:控制调制低频信号高频信号（载波）载波的参数已调波幅度调制（简称“调幅”，AM）频率调制（简称“调频”，FM）相位调制（简称“调相”，PM）幅度频率相位角度调制相角93.解调的方式：控制调制低频信号高频信号（载波）载波的参数调幅波幅度频率相位调频波调相波检波低频信号解调鉴频鉴相调幅波调频波调相波10信号载波信号（高频信号）：（等幅）高频正弦波振荡信号)cos(tUuccc调制信号（低频信号）：需要传输的电信号语言图像数据已调(波)信号（高频信号）：经过调制后的高频信号总结：（原始信号）115.1概述1、调制器、解调器在无线电收发系统中的位置？2、为什么要通过调制来发送信号？本节问题：3、连续波调制与脉冲调制的关系？4、调幅与检波的典型电路121、调制器在发射机中位置131、解调器在接收机中的位置142.为什么要通过调制来发送信号？天线尺寸的限制只有天线实际长度与电信号的波长可比拟时，电信号才能以电磁波形式有效辐射。可实现的回路带宽低频信号频率变化范围很大，很难做出参数在如此宽范围内变化的天线和调谐回路。区别不同的音频信号有利于接收来自不同发射机的信号（因为不同发射机有不同的载波频率）。153.调制分类连续波调制（载波调制）脉冲调制（二次调制）调幅（AM）调频（FM）调相（PM）脉幅调制（PAM）脉宽调制（PWM）脉位调制（PPM）调角164、调幅与检波的典型电路175.2调幅信号的分析(重点)调幅有三种方式：含载波的普通调幅（AM）（重点）抑制载波的双边带调幅（DSB/SC-AM）抑制载波的单边带调幅（SSB/SC-AM）5.2小结185.2.1普通调幅波一、调幅波数学表达式及波形特征如何？二、调幅波的频谱有什么特征？如何根据频谱计算频带宽度？三、如何计算调幅波的功率？问题：191、AM波数学表达式调制信号载波信号的幅度控制载波信号调幅波的幅度已调信号(调幅波))cos(tUuccmctUumcos)cos()(ttUucAMAMtUkUtUmacmAMcos)(cmU)cos()cos1(ttmUcacmcmmaaUUkm20一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号。)t(f若将)(tf分解为：1)cos()(nnnntUtfttfkUucacmAMcos)](1[则有ttmUucnnnncmAMcos)cos(11其中：cmmnanUUkm应用例1：写出调制信号为限带信号的调幅波表达式212、AM信号波形特征波形特征：(1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致(2)调幅波频率（即变化快慢）与载波频率一致ttmUucacmAMcos)cos1(tUuccmccostUucos22波形特征：(3)调幅度ma反映了调幅的强弱程度cmaUUUmminmax21一般ma值越大调幅越深：)1(maxacmmUUcmU)1(minacmmUU实际电路中必须避免包络失真过调幅时百分之百最大调幅时未调幅时,,1)(10aaammm1ma1ma23注意：调制度ma的计算方法避免过调幅现象应用例2：已知调制信号波形如下图a所示，载波信号波形如图b所示，画出ma=1时的普通调幅波的波形。243、调幅波的频谱频谱分析的方法：(1)将调幅（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项之和的形式，即iiimitA)cos((2)以每一余弦（或正弦）项的频率或为横坐标上的点，其幅度为纵坐标上的点，画出频谱分布图。iifmiA25tmtmtUttmUucacaccmcacmAM)cos(21)cos(21coscos)cos1(():::ccc载波分量不含传输信息上边频分量含传输信息下边频分量含传输信息3、调幅波的频谱特征Ω调制信号ωc载波调幅波ωc+Ω上边频cmaUm21ωc-Ω下边频cmaUm21cmU26结论：调幅的过程就是在频谱上将低频调制信号搬移到高频载波分量两侧的过程。调制信号频谱、载波信号频谱、已调波频谱之间的关系。27同样含有三部分频率成份nncnnncnccnncnncncccnnncAMtmtmtUtmtmtUttmUu)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1含信息下边带含信息上边带不含信息载波分量)()(:ncncc应用例3：画出限带信号的调幅波频谱Ωmaxωcω限带信号ωc载波ω调幅波ωc-Ωmax下边频带ωc+Ωmax上边频带ΩmaxΩmaxΩmax284.普通调幅波带宽(B,Bandwidth)（1）调制信号为单一频率（=2F）的正弦波，则，B=2Fmax即已调波频谱所占频带宽度（2）实际上，调制信号是包含若干频率分量的复杂波(F=Fmin~Fmax)-------多频调制情况则B=2F295、调幅波的功率计算方法：(设调幅波电压加于负载电阻R上）1.将调幅（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项之和的形式，即2.iiimitA)cos(imiiiRAPP22总30此时表明:对单频调制的调幅波，最大调制时的功率为载波功率的1.5倍。其中边频功率是载波功率的一半。cPP5.1当时，边频功率最大1am31在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）可见：32结论变吗？此节讲述及学习方法——比较法5.2.2抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）与普通调幅波相比：对DSB/SC-AM的数学表达式、波形、频谱、带宽、功率的分析及计算方法不变。335.2.2抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）一、数学表达式、波形二、频谱、带宽三、功率34])cos()[cos(21coscosttUAUttUAUuAuucccmmccmmcDSB1、DSB/SC-AM波数学表达式tUtmtUttmUuccacccacAMcoscoscoscos)cos1(抑制载波后35tUcos(1)DSB信号的包络正比于调制信号的绝对值(2)DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。2、DSB/SC-AM波形特征(3)高频振荡的相位在uΩ(t)=0瞬间有180o突变。结论1：36DSB波的频谱成份中抑制了载波分量调制信号载波c上边频下边频3、DSB/SC-AM波频谱特征])cos()[cos(21coscosttUAUttUAUuAuucccmmccmmcDSB结论2：37Ωmaxω限带信号ωc载波ω调幅波ωc-Ωmax下边频带ωc+Ωmax上边频带ΩmaxΩmaxΩmax4、DSB/SC-AM波带宽即已调波频谱所占频带宽度BDSB=2Fmax在频域上，DSB与普通调幅波AM，所占带宽相同。结论3：385、DSB/SC-AM波功率比普通调幅波节省了发射功率，即不发射载波。调制信号载波c上边频下边频结论4：全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。39在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（SSB）调制系统抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）单边带(SSB)信号是由双边带(DSB)调幅信号中取出其中的任一个边带部分而成。40此节主要为自学，学习方法——比较法对SSB/SC-AM的数学表达式、波形、频谱、带宽、功率进行分析及计算5.2.3抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）单边带(SSB)信号是由双边带(DSB)调幅信号中取出其中的任一个边带部分而成。根据：415.2.3抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）一、数学表达式二、调幅波的频谱三、调幅波的功率与普通AM波、DSB/SC-AM相比，SSB/SC-AM不同的地方。注意总结：42])cos()[cos(21ttUAUucccmmDSB由通过边带滤波器提示一、数学表达式43tUAUuccmmSSBL)cos(21tUAUuccmmSSBH)cos(21上边带信号下边带信号可得])cos()[cos(21ttUAUucccmmDSB44提示二总结：SSB/SC-AM波1.比普通调幅波、抑制载波的双边带调幅波，都要节省发射功率，即只发送一个边带的功率。2.在频域上，所占带宽仅为一个边带的宽度，节约了频带。3.但在电路实现上，单边带的产生和接收，比普通调幅波和DSB/SC-AM要复杂。45调制信号载波已调波tUtucos)(调幅器tUtuccccos)()(tuAM5.2节小结：46指出下列电压是什么已调波？写出已调波电压的表达式，并指出它们在单位电阻上消耗的平均功率Pav及频谱宽度BWAM633()2cos4100.1cos3996100.1cos400410()uttttV5.2节综合例：47了解调幅波的物理过程，说明各种频率成分出现的规律，为设计功能更为完善的电路提供方向。即：实现调幅电路的理论基础调幅波产生的理论分析485.3调幅波产生的理论分析根据调幅波的数学表达式，可知：产生调幅波的电路应具有相乘运算的功能,必须由非线性器件才能实现。问题：2.线性器件可否用来产生调幅波？1.举例说明，哪些器件是非线性器件，哪些是线性器件？495.3调幅波产生的理论分析1.幂级数分析法2.线性时变分析法3.指数函数分析法4.开关函数近似分析法50非线性器件伏安特性：i=f(u)其中u=VQ+u1+u21、幂级数分析法i=f(VQ+u1+u2)=a0+a1(u1+u2)+a2(u1+u2)2+…+an(u1+u2)n+…在静态工作点电压VQ上展开成泰勒级数0021nnmmmnnmnuuaC输入信号频谱12输出电流信号频谱11213212121221222212312212212221222ttammnnmn21mn,00coscos