南邮模电第十一章调制与解调.

2020年3月28日星期六模拟电子技术1第十一章调制与解调（1）掌握调幅波的基本特征，实现幅度调制和解调的方法、基本电路。（2）掌握调频、调相信号的基本特征，了解调频电路的组成、工作原理、性能特点。了解鉴频电路的组成、工作原理、性能特点。2020年3月28日星期六模拟电子技术211-1调制解调的概念一、基本概念二、调制的目的三、调制的分类2020年3月28日星期六模拟电子技术3一、SAM表达式、波形图及频谱二、调幅波的功率11.2.2双边带调幅（DoubleSideBandAM）11.2.3单边带调幅（SingleSideBandAM）一、滤波法二、相移法11.2连续波幅度调制11.2.1标准调幅AM(AmplitudeModulation)2020年3月28日星期六模拟电子技术411.3相位调制（PM）11.4频率调制（FM）一、直接调频法二、间接调频法11.5调频与调相的联系与区别11.6调角波的带宽2020年3月28日星期六模拟电子技术511.7.1调幅波的解调——检波一、二极管峰值包络检波电路二、同步检波器（相干解调）11.7.2调角波的解调一、鉴相原理二、鉴频原理11.7解调2020年3月28日星期六模拟电子技术6第十一章调制与解调11-1调制解调的概念解调：调制的逆过程，从已调信号还原出原来信号。调制：用消息信号去控制或改变一个基本电磁波的某些参数的过程。已调信号：调制后的信号。)(tus)(tuc)(tu调制信号：消息信号。载波：消息载体，即为基本电磁波。一、基本概念2020年3月28日星期六模拟电子技术7调制)(tus)(tuc)(tu解调)(tu)(tusuctusttuust)(tuc2020年3月28日星期六模拟电子技术83.通过调制，增强信号的抗噪声能力。二、调制的目的1.将信息信号所具有的频谱搬移到某频率处，使之与信道可传输的频谱相适应。2.实现信道多用。如：频分复用、时分复用。2020年3月28日星期六模拟电子技术9连续波调制连续波调制：用模拟或数字调制信号去控制模拟高频载波信号（一般常用正弦波）。脉冲调制连续波模拟调制连续波数字调制三、调制的分类正弦波的参量：幅度、频率、相位；模拟或数字调制信号；2020年3月28日星期六模拟电子技术10连续波调制脉冲调制脉冲调制：用模拟调制信号控制脉冲序列信号或把模拟信号变换成数字信号（如PCM、DM）。连续波模拟调制连续波数字调制脉冲模拟调制脉冲数字调制三、调制的分类载波为脉冲序列信号，其理论依据为采样定理；脉冲的参量：幅度、宽度、脉冲间隔；模拟系统传输模拟信号模拟系统传输数字信号数字系统传输模拟信号一般不单独使用2020年3月28日星期六模拟电子技术11振幅调制（调幅、AM）频率调制（调频、FM）相位调制（调相、PM）调角11.2连续波幅度调制连续波模拟调制标准AM（SAM）双边带AM(DSBAM)单边带AM(SSBAM)AM2020年3月28日星期六模拟电子技术12一、SAM表达式、波形图及频谱11.2.1标准调幅AM(AmplitudeModulation)图11.2由模拟加法器和乘法器构成的AM调制电路uc(t)uo(t)-KMRpRRRUDuW2020年3月28日星期六模拟电子技术13uc(t)uo(t)-KMRpRRRUDuWttUUUUKtucDmcmDMocos)cos1()(WW1.表达式ttmUcamcos)cos1(0WttUcmcos)(ma：“调幅指数”或“调幅度”2020年3月28日星期六模拟电子技术142.波形图图11.1AM调制的载波、调制信号和已调波的波形Um(max)Um(min)uWt(b)(c)tuAMuct(a)ttmUtucamocos)cos1()(0W2020年3月28日星期六模拟电子技术15tUmtUmtUucmacmacmo)cos(2)cos(2cos000WWUAM()0C－WC＋WCUm0maUm012maUm012图11.3单频AM已调波频谱图3.频谱W2AMBWttmUtucamocos)cos1()(0W2020年3月28日星期六模拟电子技术16uW0tuAM0t(a)复杂调制信号(多频信号)的时域波形UW()0WmaxUAM()0C－WmaxCC＋WmaxWmax(b)复杂调制信号(多频信号)的频谱4.复杂调制信号2020年3月28日星期六模拟电子技术17UW()0WmaxUAM()0C－WmaxCC＋WmaxWmax(c)多频调制AM已调波的频谱图图11.4多频AM调制频谱图mAMBWW22020年3月28日星期六模拟电子技术18uW0tuAM0t图11.5多频AM已调波时域波形2020年3月28日星期六模拟电子技术191、载波功率2、边频功率二、调幅波的功率LmcRUP22020)2(212maLsUmRPUAM(ω)0c-Wc+WCUm0maUm012maUm0122020年3月28日星期六模拟电子技术20结论：从功率的角度看，AM调制很不经济。若ma=0.3~0.5，则效率更低。4、边频功率与总功率之比)10(222aaaAMsmmmPP当ma=1时，该比值达到最大值0.33。3、总功率)2(4220aLmAMmRUP2020年3月28日星期六模拟电子技术2111.2.2双边带调幅（DoubleSideBandAM）1.DSBAM调制电路框图uWKuCuDSB图11.6DSB调制实现框图2020年3月28日星期六模拟电子技术222.表达式ttUKUuKuuccmmcDSBcoscosWWW3.波形图图11.8DSB已调波时域波形uWt0180度相位突变tuDSB02020年3月28日星期六模拟电子技术23tUKUtUKUuccmmccmmDSB)cos(21)cos(21WWWW4.频谱图11.7DSB已调波频谱W2DSBBW00c-Wcc+WcmmUKUW21uDSBWUWmuW节省发射功率2020年3月28日星期六模拟电子技术24与DSB一样，节省发射功率。1.上边带和下边带都反映了调制信号的频谱结构，可抑制掉一个边带，而不会丢失有用信息。11.2.3单边带调幅（SingleSideBandAM）带宽变小WSSBBW；实现方法：滤波法和相移法。2020年3月28日星期六模拟电子技术252.实现方法图11.9滤波法单边带调制下边带已调波tUucmSSB)cos(0W上上边带已调波tUucmSSB)cos(0W下BFuWuCuSSB上边带C+WmaxCH()K(1)滤波法2020年3月28日星期六模拟电子技术26(2)相移法)2cos()2cos(coscossinsincoscos0000WWWWttUttUttUttUucmcmcmcmSSB下uWuCuSSB22＋－图11.12相移法实现单边带调制电路框图2020年3月28日星期六模拟电子技术27图11.10单音SSB调制已调波频谱0USSB(ω)ωC-ΩωC下边频Um0Um0USSB(ω)上边频0CΩωCω+3.频谱2020年3月28日星期六模拟电子技术28UW0WtuSSB0tC－WC＋W或图11.11单音SSB调制时域波形4.波形图2020年3月28日星期六模拟电子技术291.正弦波的瞬时相位随调制信号线性变化的调制方式，称为相位调制。11.3相位调制（PM）调制信号为uΩ(t)，载波uC(t)=Ucmcos(ωct+0)tUtumWWWcos)(tmtUktpmpWWWcoscos)(mp=kpUWm------调相指数（最大相偏）设则)()()()(0tuktttpcW2020年3月28日星期六模拟电子技术30)coscos()(cos000ΩtmtUtUupcmmPMΩUkΩmmppmW其中-----最大频偏WWmmppUkm载波的瞬时相位0cos)(ΩtmttpcΩtΩtΩmdttdtmCpCsinsin)()(2020年3月28日星期六模拟电子技术31图11.13调相过程各信号波形2.波形图0uPM0ttttCuC00uW2020年3月28日星期六模拟电子技术32图11.14可控相移法调相电路实现框图])(cos[)()](cos[)()(000WtuktZItZItupcmcmPM晶体振荡器可控相移网络)()()(jeZZPMu)(tuWtIicmccos03.实现方法2020年3月28日星期六模拟电子技术33可控相移网络举例：LC并联谐振回路0()()CtCkutWC0是控制电压为零时电容iC受uW控制CLuPMC=C0＋kuW(t)图11.15压控电容构成的LC并联谐振移相网络2020年3月28日星期六模拟电子技术3411.4频率调制（FM）1.频率调制：载波的瞬时频率随调制信号线性变化)()(tuktfcWdttukdtttfc)]([)()(WtUtumWWWcos)(0sinWWWtUktmfc0sinWtmtfc2020年3月28日星期六模拟电子技术35)sincos(00WtmtUufcmFMWWWmmffUkm------调频指数2020年3月28日星期六模拟电子技术360uFM0ttmttC(t)uC00uW图11.16调频过程各信号时域波形2.波形图2020年3月28日星期六模拟电子技术37(1)直接调频法图11.17直接调频法框图uWuFMVCO振荡器3.实现方法2020年3月28日星期六模拟电子技术38(a)C4R2+Ucc-UEEC1L1C2C3R1DL2T调频波输出uW图11.18采用变容二极管的直接调频电路2020年3月28日星期六模拟电子技术39(b)图11.18采用变容二极管的直接调频电路L2DT2020年3月28日星期六模拟电子技术40(2)间接调频法Wtfcdttuktt00)()()(晶体振荡器uC调相器积分器uFMuW图11-19间接调频法2020年3月28日星期六模拟电子技术41)sincos(00WtmtUufcmFM)coscos(00ΩtmtUupcmPM调频(FM)调相(PM)WfmmWpmmWukpWukfmfUkBWW2WWmpUkBW211.5调频与调相的联系与区别pmmfmm直接反映调制信号的量最大角频偏最大相偏频带宽度2020年3月28日星期六模拟电子技术42------卡森公式11.6调角波的带宽)(2)1(2WWmmBmmBW22（m1）若忽略小于高频载波振幅的10%以下的边频分量2020年3月28日星期六模拟电子技术43调频与调幅对比1.调幅：载波幅度变化，调制信号的信息蕴藏于幅度中；调频：载波频率变化（信号的疏密变化），而幅度不变，因此功率也是不变的。2.调幅系统产生一对边频，是一个窄带系统。而调频系统产生许多对边频，随着增长，边频越多，它是一个宽带系统。fm4.相同条件下，调频给出的信噪比要比调幅系统好。3.调幅指数，调频指数一般大于1。1amfm2020年3月28日星期六模拟电子技术44常用通信系统工作的频段调幅语音广播MW:535kHz～1.6MHzSWⅠ:1.6～6MHz;SWⅡ:6～23MHz频道间隔:10kHz音频频响范围:40Hz～4.5kHz调频语音广播VHF:88～108MHz;频道间隔:200kHz音频频响范围:20Hz～15kHz电视广播VHF:47～230MHz;UHF:470～960MHz;频道间隔:8MHz;视频带宽:6MHz;伴音频响范围:20Hz～15k