通信原理知识-调制与解调

9.1.1振幅调制简述9.1.2检波简述将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。高频振荡高频放大话筒声音缓冲发射天线倍频调制音频放大1.定义2.调制的原因从切实可行的天线出发为使天线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1/4波长。音频信号:20Hz～20kHz波长：15～15000km天线长度:3.75～3750km2.调制的原因便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移1c2c2.调制的原因可实现的回路带宽基带信号特点：频率变化范围很大。QfBW0高频窄带信号频谱搬移低频（音频）:20Hz～20kHz1000minmaxff高频（射频）:3minmaxffAM广播信号:535～1605kHz，BW=20kHz501k1000k200fBW2k10k200fBWlowhigh2020k10k1000k100k3.调制的方式和分类调幅调相调制连续波调制脉冲波调制脉宽调制振幅调制编码调制调频脉位调制End4.调幅的方法平方律调幅斩波调幅调幅方法低电平调幅高电平调幅集电极调幅基极调幅从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。1.定义高频放大fsfs本地振荡fo混频fo–fs=fifi低频放大检波中频放大FF图9.1.1检波器的输入输出波形图9.1.2检波器检波前后的频谱图9.1.3检波器的组成部分2.组成End3.检波的分类二极管检波器三极管检波器检波器件信号大小小信号检波器大信号检波器工作特点包络检波器同步检波器9.2.1调幅波的数学表示式与频谱9.2.2调幅波中的功率关系1.普通调幅波的数学表示式首先讨论单音调制的调幅波。载波信号：tV000cosv调制信号：tVcosv调幅信号（已调波）：ttV0mAMcos)(v由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：tVkVtVcos)(a0m，式中ak为比例常数即：)cos1()cos1()(a00a0mtmVtVVkVtV式中ma为调制度，0aaVVkm常用百分比数表示。ttmV0a0AMcos)cos1(v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反映了调幅的强弱度)1(aomaxmVVoV)1(aominmVV)cos1()(a0mtmVtV0min000max0minmaxa)(21VVVVVVVVVmtV000cosvΩtVcosv0am1am10am1am00maxVVVm上图9.2.2由非正弦波调制所得到的调幅波0min0VVVm下2.普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调幅tΩmtΩmtVtΩtmVt)cos(21)cos(21coscos)cos1()(0a0a000a0AMvΩ调制信号ω0载波调幅波ω0+Ω上边频ω0-Ω下边频nnnnntmtmtVtmtΩmtVttΩmVt)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1)(0000000000nnnnnnnnnAMv信号带宽max2ΩBω0(2)限带信号的调幅波Ωmaxo调幅波ΩmaxΩmaxΩmaxΩmax调制信号载波ω0+Ωmax上边带ω0-Ωmax下边带End如果将普通调幅波输送功率至电阻R上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：ω00002Vma02Vma00VtΩtmVtooacos)cos1()(v载波功率:RVP20oT21上边频或下边频:oT2a20aSB2SB1412121PmRVmPP在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是oTaDSBoTAMPmPPP)211(2当ma＝1时，PoT＝(2/3)Po；当ma＝0.5时，PoT＝(8/9)Po；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。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，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。oT2aDSBoTAMPmPPP)211(Endω00002Vma02Vma00V电压表达式普通调幅波tΩtmV0a0cos)cos1(载波被抑制双边带调幅波tΩtVm00acoscos单边带信号tΩVm)cos(200a)cos(2(00ΩtVma或波形图频谱图0-0+0a21Vm0-0+0a21Vm信号带宽)π2(2Ω)π2(2Ωπ2Ω0-0+三种振幅调制信号9.8.1集电极调幅9.8.2基极调幅高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号vΩ去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度Vcm来实现调幅的。临界过压欠压VCC（t）临界过压欠压VBB(t)集电极调幅电路iCiC1)(tΩvCCV临界过压欠压VCC（t）基极调幅电路End)(tv)(tVCCiCvAM（t）临界过压欠压VBB(t)9.3.1工作原理9.3.2平衡调幅器调幅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变换。这里将调制信号vΩ与载波信号v0相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为ω0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分。图9.3.1非线性调幅方框图ω0300320020010)coscos()coscos()coscos(ΩtVtVΩtVtVΩtVtVaaaai)(222020VVaa022022VaΩ02VVa20343Ω02VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVaΩ0Ω0VVa02VVa02Ω2020343VVaΩ2020343VVaΩ2222VaΩ33341VaΩVVaVaVa2033312343ω0)(222020VVaa022022VaΩ02VVa20343Ω02VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVaΩ0Ω0VVa02VVa02Ω2020343VVaΩ2020343VVaΩ2222VaΩ33341VaΩVVaVaVa2033312343End如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。20020010)coscos()coscos(ΩtVtVΩtVtVaaaiω0)(222020VVaa022022VaΩ02VVa20343Ω02VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVaΩ0Ω0VVa02VVa02Ω2020343VVaΩ2020343VVaΩ2222VaΩ33341VaΩVVaVaVa2033312343平衡调幅电路如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式20020010)coscos()coscos(ΩtVtVΩtVtVaaai120020010)coscos()coscos(ΩtVtVΩtVtVaaai2总的输出电流总的输出电压21iiiRo21iivEnd图9.3.2串联双二极管平衡调幅器简化电路9.4.1工作原理9.4.2实现斩波调幅的两种电路图9.4.1斩波调幅器方框图0100)(1{tttS00coscos图9.4.2斩波调幅器工作图解图9.4.3平衡斩波调幅及其图解0cos10cos1200{)(tttS图9.4.4二极管电桥斩波调幅电路0,01vvvvv,01End图9.4.5环形调幅器电路电压表达式普通调幅波tΩtmV0a0cos)cos1(载波被抑制双边带调幅波tΩtVm00acoscos单边带信号tΩVm)cos(200a)cos(2(00ΩtVma或波形图频谱图0-0+0a21Vm0-0+0a21Vm信号带宽)π2(2Ω)π2(2Ωπ2Ω0-0+三种振幅调制信号9.6.1单边带通信的优缺点9.6.2产生单边带信号的方法使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利用率。单边带制的选择性衰落现象要轻得多。要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。调幅波ω0+Ω上边频ω0-Ω下边频1.滤波器法图9.6.1滤波器法原理方框图图9.6.2滤波器法单边带发射机方框图必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。因为倍频后，音频频率Ｆ也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率Fmin的2倍，故滤波时相对带宽2Fmin/fc要很小，这样的滤波器制作很困难。图9.6.3单边带发射机方框图举例图9.6.3单边带发射机方框图举例2.相移法)cos()cos(21coscossin2cos)cos(sinsincoscos)cos(sinsincoscos)cos()cos(21sinsin如何得到单一频率分量2.相移法图9.6.4相移法单边带调制器方框图)cos(sinsincoscos)cos(sinsincoscos)cos()cos(21coscos)cos()cos(21sinsintt00sin2costt11sin2costtnnsin2cos电压f/Hztnsint1sint1costn)cos(1tn)sin(1t2sint2costn)cos(1tn)sin(1n......,,321tn])sin[(12tn])sin[(123.第三种方法——修正的移相滤波法图9.6.5产生单边带信号的第三种方法End图9.7.1各种调幅制式的频谱示意图9.9.1包络检波器的工作原理9.9.2包络检波器的质量指标非线性电路低通滤波器从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号输入AM信号检出包络信息EndVDCC++vRL++充电放电iDvi–––串联型二极管包络检波器下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数1)电压传输系数(检波效率)0dmVVK输入已调波包络振幅输出低频交流电压振幅定义：imVimaVmΩV1)电压传输系数(检波效率)vDiD-vCVimθ用分析高频功放的折线近似分析法可以证明cosdK其中，θ是二极管电流通角，Ｒ为检波器负载电阻，Ｒd为检波器内阻。d33RR2)等效输入电阻考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必影响回路选频特性（Q），下面分析其等效电阻imimidIVR其中，Vim是输入高频电压振幅，Iim是输入高频电流振幅。End图1.2.11超外差式接收机方框图sfsf0fifs0ifffifΩfΩf2)等效输入电阻如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）LiimRVRV20220VVimLiRR21即有，而imimidIVR3)失真产生的失真主要有：①惰性失真；②负峰切割失真；③非线性失真；④频率失真。如果检波电路的时间常数RC太大，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作惰性失真。①