通信电子电路(第五章)于洪珍

第五章振幅调制与解调目录5.1概述5.2调幅信号的分析5.3振幅解调和混频电路组成模型5.4相乘器电路的理论分析5.5普通调幅波产生电路5.6普通调幅波解调电路本章要点返回主目录§5.1概述频谱非线性变换—频率调制与解调振幅调制与解调、混频、频率调制与解调等电路是通信系统的基本组成电路。频率变换电路频谱搬移—振幅调制与解调、混频特点：将输入信号进行频谱变换，以获得具有所需频谱的输出信号。（这些电路都属于频率或频谱变换电路）(1)调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。定义：信号载波(Carrier)信号：（等幅）高频振荡信号正弦波方波三角波)cos(tUuccmc锯齿波调制信号：需要传输的信号（原始信号）语言图像tUumcos密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）振幅调制解调（检波)混频（变频）属于频谱线性搬移电路(2)解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。(3)调制的必要性：可实现有效地发射，可实现有选择地接收。(4)调制的方式和分类：按载波的不同可分为脉冲调制、正弦调制和对光波进行的光强度调制等。按调制信号的形式可以分为模拟调制和数字调制。调制信号为模拟信号的称为模拟调制，调制信号为数字信号的称为数字调制。正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。(5)调制是一种非线性过程。载波被调制后将产生新的频率分量，通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。c相位调制(PhaseModulation,PM)：调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调制信号线变化。（7）解调方式：b频率调制(FrequencyModulation,FM)：调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调制信号线性变化。a振幅调制(Amplitudemodulation,AM)：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振幅随调制信号线性变化。调相的逆过程鉴相调频的逆过程鉴频振幅调制的逆过程振幅检波(6)三种正弦波调制§5.2调幅信号的分析解调：从高频已调信号中检出调制信号的过程。调制：用低频信号直接控制高频振荡的某个参数（振幅、频率或相位），使高频信号具有低频信号的特性。普通调幅波AM双边带调幅波DSB（抑制载波）单边带调幅波SSB（抑制载波和一个边带）残留边带调幅波VSB正交幅度调制（QAM）数字信号调幅（ASK,幅度键控）调幅波分为：(按其不同频谱结构)一、普通调幅信号及电路组成模型tfUtUuccmccmC2coscos载波信号:FtUtUtumm2coscos)（调制信号（单音）:1.组成模型ttUucAMAMcos)(调幅信号:)cos1()cos1(cos)(tmUtUUkUtUkUtUacmcmmacmmacmAM组成模型：由一个加法器和一个乘法器组成。ttmUttUucacmcAMAMcos)cos1(cos)(uCuAMuxyxyAMk：相成器的乘积常数MA：加法器的加权系数k调幅信号:2.调幅系数am%100minmaxminmaxmmmmaUUUUm最大值和最小值。分别为调幅信号电压的和minmaxmmUU11aaammm，为保证不失真，要求的范围：调幅度是表征调幅信号的重要参数，调幅度的一般定义是：ak是由调制电路决定的比例常数（调幅灵敏度）cmmaaUUkm调幅系数又称为调幅度1am如果，调幅波产生失真，称为过调幅。3.调幅信号波形波形特点：（1）调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致(2)调幅度ma反映了调幅的强弱程度，可以看出：cmaUUUmminmax21一般m值越大调幅越深：ttmUucacmAMcos)cos1()cos1()(tmUtUacmAMtUuccmccostUumcos)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,,1m)(1m0maaa1ma1ma（1）由单一频率信号调幅tmtmtUttmUucacaccmcacmAM)cos(21)cos(21coscos)cos1(含传输信息下边频分量含传输信息上边频分量不含传输信息载波分量:::)(ccc可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：4.调幅波的频谱Ω调制信号ωc载波调幅波ωc+Ω上边频ωc-Ω下边频同样含有三部分频率成份:ttmUucnnncmAMcoscos1含信息下边带含信息上边带不含信息载波分量)()(:ncncc信号带宽:max2AMBωc(2)限带信号的调幅波Ωmaxc调幅波ΩmaxΩmaxΩmaxΩmax调制信号载波ωc+Ωmax上边带ωc-Ωmax下边带nncnncncmtmtmtU)cos(21)cos(21cos0nncnnncncmtmtmtU)cos(21)cos(21cos05.调幅波的功率在单位电阻R上，单音调制时调幅信号电压在载频信号一个周期内的平均功率为：222)cos1()cos1(21tmPtmUacacm)(tPttdtmUccacm222cos)cos1(21tdRutPcAM221)(式中：是载波电压分量产生的平均功率。221cmcUP在调制信号一个周期内的平均功率即调幅信号总的平均功率为：SBcacacavPPmPtdtmPtdtPP)211()cos1(21)(2122)(tP产生的功率；是上、下边频电压分量下上caSBPmPPP221SBcavPPP。量产生的平均功率之和是调幅信号中各频谱分avP说明：用这种调制方式，发信端发送的功率被不带信息的载波功率占去了很大的比重，显然是很不经济的。中的比重较大。在不变，故减小，减小时，当avccavaPPPPmavSBavcaPPPPm31321，时，avSBavcaPPPPm05.095.03.0，时，cavaPPm5.11时，当221cmcUPSBcacavPPmPP)211(2解决问题的方法？二、抑制载波的双边带调幅DSB/SC-AM（SuppressedCarrierAM）tUtAuuccmDSBcos)(uCuDSBuxyxyAMtUtAUuccmmDSBcoscos双边带调制：仅传输两个边频而抑制载波的调幅。一般表达式：组成模型：单音调制表达式：波形与频谱tumcos(1)DSB信号的包络正比于调制信号(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。(3)DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。maxmax22FBDSB(4)占用频带调制信号载波o上边频下边频功率（单位电阻上）：载波信号一个周期内的平均功率（单音调制）当调制信号的符号变化时，的高频相位产生1800的突变，的包络不再反映的变化。)tu（DSBuDSBu)tu（tPtUttdtUtPmccm202222coscos21coscos21)(在调制信号一个周期内的平均功率：)(tP20204121cos21)(21mavUPttdPtdtPP详见P125特点：单边带调幅：传送一个边带的调制方式三、抑制载波的单边带调幅SSB/SC-AMccmU21下边频cmincmaxc下边带maxFBSSBcmincmaxc上边带cc上边频mU21优点：节省带宽和发射功率。（应用于短波无线电通信）频谱分布：信号带宽：上边带滤波器SSBUu乘法器ucu下边带滤波器SSBLuttUkUtucccmmDSB)cos()cos(21)(tUtUkUtucmccmmSSBU)cos()cos(21)(tUtUkUtucmccmmSSBL)cos()cos(21)(单边带(SSB)信号是由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带或在调制过程中直接将一个边带抵消而形成，如：上边带信号下边带信号单边带信号ωc+Ωmax上边带ωc-Ωmax下边带ccωc+Ωmax上边带cωc-Ωmax下边带DSBu载波信号一个周期内的平均功率（单音调制）功率（单位电阻）：02221)cos(21)(PUttdUtPmccmuCuSSBuxyxyAM滤波器带通滤波法1.滤波法：实现模型：2.移相法：则FtUtUtumm2coscos)（uCuSSBuxyxyxyxy090090移相法01u02utfUtUtuccmccmC2coscos)(])cos()[cos(21coscos)(01ttUUAttUUAtucccmmMccmmM])cos()[cos(21sinsin)(02ttUUAttUUAtucccmmMccmmM设单边带信号是等幅余弦波形，其幅度包络不反映调制信号的波形。单边带信号是调幅波，但是调制信息是包含在频率项中。对这类调幅信号，只能使用同步解调方法。)(0tu)(tus时域：为输入振幅调制信号电压；为反映调制信号变化的输出电压。频域：将振幅调制信号频谱不失真地搬回到零频率附近。5.3振幅解调和混频电路组成模型振幅解调电路u(t)u(t)s0包络检波同步检波作用：从振幅调制信号中不失真地检出调制信号。一、振幅解调电路（检波器）实现频谱不失真的搬移电路分为：同步检波电路组成模型：suru)(0tuxyxyAMLPF：双边带调制信号)(tus：等幅余弦电压信号)(tur同频同相。与)(tuS称为同步信号tUtucrmrcos)(可用相乘器和低通滤波器组成。LPF上混频：二、混频电路混频电路u(t)u(t)u(t)LIS高频中频本振（超外差式）CLLCIfffff下混频：混频电路又称变频电路（MixerConvertor），是超外差式接收机的重要组成部分。它通过非线性器件的相乘作用，实现两个信号的和、差运算，使信号的中心频率变高或变低，而调制规律不变。LCIfff混频电路的作用：变频电路实现模型：用调谐在上的带通滤波器取出有用分量。)(tus)(tuL)(0tuxyxyAMBPFWCCC带通滤波器ttukUtucacmscos)]([)(设tUtuLLmLcos)(时当cLffCLI若令I用相乘器和带通滤波器实现频谱搬移。三、频谱搬移电路模型比较振幅调制、解调和混频电路都属于频谱搬移电路，它们都可用相乘器和相应滤波器组成的模型来实现。相乘器的作用：频谱搬移滤波器的作用：取出有用分量，抑制无用分量。电路类型输入信号参考信号滤波器振幅调制调制信号载波信号带通振幅检波振幅已调信号同步信号低通混频振幅已调信号本振信号带通tUtucrmrcos)(tUtuccmccos)()(tus)(tustUtuLLmLcos)()tu（Cf中心频率CLff中心频率5.4相乘器电路的理论分析一类：两个输入信号电压加到同一器件输入端，即将u1和u2相乘；)2()2(210TTVuthVuthIi另一类：两个输入信号电压分别加到不同器件输入端，构成两个非线性函数相乘的特性。非线性器件：电阻性电抗性例如：二极管开