第十三講 振幅調制及其解調

1、第六章 振幅調制、解調及混頻 6.1 振幅調制 6.2 調幅信號的解調 6.3 混頻 6.4 混頻器的干擾 振幅調制：用調制信號去控制高頻振蕩波的振幅，使高頻振蕩波的振幅按調制信號的規(guī)律變化。 振幅調制的類型： 普通的調幅方式(AM)； 抑制載波的雙邊帶調幅方式(DSB-SC)； 抑制載波的單邊帶調幅方式(SSB-SC)。6.1 振幅調制圖6-1 AM 調制器示意圖 調制信號:由原始信號(聲音、數(shù)據、圖像)轉變而來的低頻信號或視頻信號，以u(t)或 f (t)表示。 載波: 未受調制的高頻振蕩信號，以uc(t)表示。 已調信號: 受調制后的高頻振蕩波，以us(t)表示。 6.1.1 振幅調制信

2、號分析 1. 調幅波的分析 1) 表示式及波形 調制電壓為cos6-2uUtcos6-1cccuUt 設載波電壓為 通常滿足c。根據振幅調制信號的定義，已調信號的振幅隨調制信號u線性變化，由此可得振幅調制信號振幅Um(t)為 在恒值上疊加了受調制信號控制的變化量。 cos1cos6-3mcccacUtUUtUk UtUmt 6-4caccUk UmUU式中，Uc(t)與調制電壓u成正比,其振幅Uc= kaU與載波振幅之比稱為調幅度(調制度) 圖6-1 AM 調制過程 中的信號波形Uc(1+m)Uc(1-m)特點： uAM的包絡正比于調制信號； 填充頻率的瞬時頻率未變，仍為fc； 調制度m表示調

3、制的深度，m1為過調制，過調制會產生包絡失真。 波形示意圖如圖6-2所示。 cos1coscos6-5AMmcccutUttUmtt 式(6-4)中， ka為比例系數(shù),一般由調制電路確定，故又稱為調制靈敏度。由此可得調幅信號的表達式( )1( )cos6-6AMccutUmf tt 上面的分析是在單一正弦信號作為調制信號的情況下進行的，而一般傳送的信號并非為單一頻率的信號， 是一連續(xù)頻譜信號f (t) ，這時，可用下式來描述調幅波:圖6-2 實際調制信號的調幅波形 由式(6-5)可看出，要完成AM調制，可采用如圖6-3所示的框圖來實現(xiàn)，其關鍵是調制信號和載波的相乘。1( )1cos()cos6

4、-7AMcnnncnutUmtt則調幅波表示式為式中，/nancmk UU max1f t 式中, f (t)是均值為零的歸一化調制信號 , 若將調制信號分解為1( )cos()nnnnf tUt圖6-3 AM 信號的產生原理圖 2) 調幅波的頻譜 由圖6-1(c)可知，調幅波不是一個簡單的正弦波形。在單一頻率的正弦信號的調制情況下，調幅波如式(6-5)所描述。將式(6-5)用三角公式展開 ，可得：( )coscos()2cos()6-82AMccccccmutUtUtmUt頻譜示意如圖6-4和6-5所示。 圖6-4 單音調制時已調波的頻譜調制信號頻譜載波信號頻譜AM信號頻譜 圖6-5 語音信

5、號及已調信號頻譜 (a)語音頻譜 (b)已調信號頻譜 頻譜的特點： 1. AM波由載頻和上、下邊頻 (邊帶) 組成； 2.載波不含信息，只有上、下邊頻 (邊帶) 含有信息，邊頻與載頻幅度比為m/2； 3. 已調波占有頻帶寬度為 B =2F (單頻調制)或B = 2Fmax (連續(xù)信號調制)； 4. 已調信號含有調制信號信息，但沒有調制信號分量。 3) 調幅波的功率 在負載電阻RL上，一個載波周期內調幅波消耗的功率為2222( )11(1cos)22(1cos)6-10AMccLLcutPdtUmtRRPmt2216-922ccccLLuUPdtRR 在負載電阻RL上消耗的載波功率為 由此可見,

6、 P 是調制信號的函數(shù),是隨時間變化的。上、下邊頻的平均功率均為221()6-11224ccLmUmPPR邊頻 可見，AM波的平均功率為載波功率與兩個邊帶功率之和。而兩個邊頻功率與載波功率的比值為26-132m邊頻功率載波功率AM信號的平均功率為(一個調制信號周期內) 21(1)6-1222avcmPPdtP 調幅波的最大功率和最小功率,它們分別對應調制信號的最大值和最小值為2max2min(1)(1)6-14ccPPmPPm 討論： (1). Pmax限定了功率放大器的額定輸出功率，使功放管不能充分利用。如：某功放管額定輸出功率PH=10W,應選PHPmax的功放管，若m = 0.5 則載波

7、功率 Pc=PH /(1+ m)2 =10/(1+0.5)2=4.4W; 平均功率 Pav= (1+m/2)Pc=4.95W (2). 發(fā)射功率不能充分利用。 上例說明，采用 10W 的晶體管，發(fā)射了5W ，其中只有0.55W是含有信息的。2120.552cPmPW邊頻 (3). AM波的優(yōu)點： a. 產生方便； b. 頻帶窄(相對于FM波)； c. 接收設備簡單。 2. 雙邊帶信號 (DSB-Double Side Band) 在調制過程中，將載波抑制掉，就形成了抑制載波的雙邊帶信號。它可由載波與調制信號相乘得到,其表示式為( )( )6-15DSBcutkf tu在單一正弦信號 u= Uc

8、ost 調制時,( )coscos( ) cos6-16DSBcccutkU Uttg tt 式中，g(t)是雙邊帶信號的振幅，與調制信號成正比。單頻調制時的波形如圖6-6所示。圖6-6 DSB信號波形示意 調制信號載波信號已調信號圖6-6 DSB信號的頻譜結構 圖中fc只有位置特征，而沒有其分量。單音頻調制譜連續(xù)信號調制譜特點： a. g(t) u(與AM波的振幅不同)； b. DSB波既調幅又調相(填充頻率 fc )。優(yōu)點：發(fā)射的全部功率都載有消息。應用場合：彩色電視中的色度信號、數(shù)據通信。 注意： 雙邊帶調幅信號不僅其包絡已不再反映調制信號波形的變化, 且在調制信號波形過零點處的載波相位

9、有180的突變。在調制信號正半周, cost為正值, 雙邊帶調幅信號uDSB(t)與載波信號uc(t)同相；在調制信號負半周, cost為負值, uDSB(t)與uc(t)反相 3. 單邊帶信號(SSB-Single Side Band) 單邊帶(SSB)信號是由DSB信號經邊帶濾波器濾除一個邊帶或在調制過程中,直接將一個邊帶抵消而成。單頻調制時， uDSB(t)= kuuc。 取下邊帶時的表達式( )cos()6-18SSBcutUt 單頻調制時的時域波形如圖6-7所示，頻域波形如圖6-8和6-9所示。( )cos()6-17SSBcutUt當取上邊帶時的表達式圖6-7 單音調制的SSB信號

10、波形 單頻調制時包絡是一常數(shù)U圖6-8 單邊帶調制時的頻譜搬移 調制信號的頻譜載頻信號的頻譜SSB信號的頻譜 圖6-11 語音調制的SSB信號頻譜DSB信號的頻譜上邊帶信號的頻譜下邊帶信號的頻譜 SSB調制的特點： 1. 功率利用率高； 2. 占用頻帶窄: BSSB= Fmax 應用場合： 近代短波通信、有線載波通信。 是短波通信的一種重要調制方式。 6.1.2 振幅調制電路 1. AM調制電路 AM信號的產生可以采用高電平調制和低電平調制兩種方式完成。目前, AM信號大都用于無線電廣播, 因此多采用高電平調制方式。 1) 高電平調制(調制和功率放大合二為一) 高電平調制主要用于AM調制, 這

11、種調制是在高頻功率放大器中進行的。通常分為基極調幅、集電極調幅。圖6-12 集電極調幅電路 圖6-13 集電極調幅的波形示意圖 在集電極調幅時，功率放大器應工作在過壓狀態(tài)。圖6-14 基極調幅電路 圖6-15 基極調幅的波形示意圖 在基極調幅時，功率放大器應工作在欠壓狀態(tài)。 2) 低電平調制（先調制，經功放，再發(fā)射。） (1) 二極管電路。用單二極管電路和平衡二極管電路作為調制電路，都可以完成AM信號的產生。 圖6-16(a)為單二極管調制電路。當UcU時,由式(5-38)可知,流過二極管的電流 iD 為 coscos22()()6-29DDDDccDDccccgggiUUtUtggUtUt 圖6-16 單二極管調制電路及頻譜示意圖 (2) 利用模擬乘法器產生普通調幅波 0(1)tanh()6-302BAoEETuuiIUU若將 uc 加至 uA, u 加到 uB , 則有 00135(1cos)tanh(cos)2(1cos)( )coscos3cos5ocEETcccUUiIttUUImtxtxtxt (6-31) 式中, m = U / UEE，x = UcUT。若集電極濾波回路的中心頻率為 fc ,帶寬為 2F ,諧振阻抗為 RL, 則經濾波后的輸出電壓