幅度調(diào)制和解調(diào) 課件

1、第5章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻我在時域 ，你在頻域 才能發(fā)現(xiàn)你的美麗 通信技術(shù)情書 我把愛的語言調(diào)制到高頻 需要經(jīng)過傅立葉變換 通過高頻功率放大器 載波到你的頻率 你說我的愛噪聲太大 經(jīng)過層層濾波 原來發(fā)現(xiàn) 那是在宇宙開始的時候 我發(fā)給你的愛的微波背景輻射 時域特性：指的是信號的強度隨著時間的變化特性。這些信號最后都轉(zhuǎn)換為隨著時間而隨機變化的電壓或電流。例如通信中要處理的各種信號：語音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻等。 頻域特性：描述信號的另一種表示方法。描述的是信號包含哪些不同頻率分量。正弦信號的頻譜圖 休息1休息2例1：畫出信號的頻譜圖 例2休息1休息2例3：任何一個信號，不論它是周期性的還是非周期性的

2、，都可以分解為一系列頻率不同的正弦（或余弦)分量。 例3：畫出語音信號的大致頻譜圖 休息1休息2例4：畫出圖像信號的大致頻譜圖 5.1 概述5.2 振幅調(diào)制原理及特性 5.4 調(diào)幅信號的解調(diào) 第5章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻 5.5 混頻器原理及電路 返回休息1休息25.3 振幅調(diào)制電 （2）便于通過天線輻射出去。低頻信號直接發(fā)射所需要的天線過長。 發(fā)射20kHz無線電波所需要的最佳天線長度為75萬米長。（ 3）調(diào)制可以解決不同基帶信號相互之間干擾的問題。以電視信號傳輸為例，一個城市十個電視頻道，由于這十個頻道圖像信號的頻率都在06MHz之間，每個電視接收機將同時收到所有十個頻道的信號，結(jié)果屏幕上

3、所顯示的將是十個頻道圖像的復(fù)合，這顯然是無法接受的（1）把基帶信號的頻譜搬移到某個頻帶范圍內(nèi)，適應(yīng)信道的傳輸 要求；實現(xiàn)頻率的分配。 為什么要調(diào)制與解調(diào)？ 休息1休息2(1) 調(diào)制：用調(diào)制信號去控制載波信號的某一個參量的過程。 定義：信號 載波信號：（等幅）高頻振蕩信號 正弦波 方波 三角波 鋸齒波調(diào)制信號：需要傳輸?shù)男盘枺ㄔ夹盘枺?語言圖像 密碼已調(diào)信號（已調(diào)波）：經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號（射頻信號）振幅調(diào)制解調(diào)（檢波)混頻（變頻）屬于 頻譜線性搬移電路 (2)解調(diào)：調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)波中恢復(fù)原調(diào)制信號的過程。51概述休息1休息2(7)振幅調(diào)制分三種方式： （5）相位調(diào)制：調(diào)制信號控制載波

4、相位，使已調(diào)波的相位隨調(diào) 制信號線變化。 （ 6）解調(diào)方式：（4）頻率調(diào)制：調(diào)制信號控制載波頻率，使已調(diào)波的頻率隨調(diào)制 信號線性變化。（3）振幅調(diào)制：由調(diào)制信號去控制載波振幅，使已調(diào)信號的振 幅 隨調(diào)制信號線性變化。休息1休息25.2 振幅調(diào)制原理及特性一、振幅調(diào)制信號分析二、雙邊帶信號三 、單邊帶信號返回休息1休息2（1） 設(shè)：載波信號： 調(diào)制信號： 那么調(diào) 幅信號（已調(diào)波）可表達為： 由于調(diào) 幅信號的振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即有： ，式中為比例常數(shù)即： 式中ma為調(diào)制系數(shù)， 常用百分比數(shù)表示。1. AM調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達式 返回5.2.1 標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制（AM）信號分析休息1休息2則有 其中

5、： 若將 分解為： 一般，實際中傳送的調(diào)制信號并非單一頻率的信號，常為一個連續(xù)頻譜的限帶信號 。則2、調(diào)幅信號波形 波形特點： （1）調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律 與調(diào)制信號波形一致 (2) 調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱程度， 可以看出： 一般m值越大調(diào)幅越深： 返回休息1休息2仿真（1）由單一頻率信號調(diào) 幅可見,調(diào)幅波并不是一個簡單的正弦波，包含有三個頻率分量：3、調(diào)幅波的頻譜 調(diào)制信號c載波調(diào)幅波返回c +上邊頻c - 下邊頻同樣含有三部分頻率成份(2) 限帶信號的調(diào)幅波返回max c限帶信號 c載波調(diào)幅波c-max 下邊頻帶c+max上邊頻帶max max max 由于： 相加器 乘法器直

6、流 乘法器 相加器4、AM信號的產(chǎn)生原理框圖可見要完成AM調(diào)制，其核心部分是實現(xiàn)調(diào)制信號與載波相乘。仿真返回 在AM調(diào)制過程中，如果將載波分量抑制就形成抑制載波的雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號，它可以用載波和調(diào)制信號直接相乘得到，即：調(diào)制信號為單一頻率信號： 調(diào)制信號為限帶信號的調(diào)制： 5.2.2雙邊帶( double sideband DSB)調(diào)幅信號 、 數(shù)學(xué)表達式返回休息1休息22. 波形與頻譜5.2.2雙邊帶( double sideband DSB)調(diào)幅信號 (1) DSB信號的包絡(luò)正比于調(diào)制信號 (2) DSB信號載波的相位反映了調(diào)制信號的極性，即在調(diào)制信號負半周時，已調(diào)波高頻與原載波

7、反相。因此嚴(yán)格地說，DSB信號已非單純的振幅調(diào)制信號，而是既調(diào)幅又調(diào)相的信號。(3) DSB波的頻譜成份中抑制了載波分量，全部功率為邊帶占有，功率利用率高于AM波。(4) 占用頻帶 調(diào)制信號載波上邊頻下邊頻仿真返回休息1休息2單邊帶(SSB)信號是由雙邊帶調(diào)幅信號中取出其中的任一個邊帶部分，即可成為單邊帶調(diào)幅信號。其單頻調(diào)制時的表示式為：上邊帶信號下邊帶信號5.2.3 單邊帶( single sideband SSB)信號 返回休息1休息21. SSB信號的性質(zhì) 在現(xiàn)代電子通信系統(tǒng)的設(shè)計中，為節(jié)約頻帶，提高系統(tǒng)的功率和帶寬效率，常采用單邊帶（SSB）調(diào)制系統(tǒng) max 限帶信號c載波c-max

8、下邊頻帶信號 c+max上邊頻帶信號c+maxc-max 由DSB信號經(jīng)過邊帶濾波器濾除了一個邊帶而形成，如：上邊帶信號下邊帶信號2. 單邊帶調(diào)幅信號的實現(xiàn) 上邊帶濾波器下邊帶濾波器乘法 器返回休息1休息2(1) 濾波法 有三種基本的電路實現(xiàn)方法：濾波法、相移法：下邊頻帶信號DSB信號c-max c+max上邊頻帶信號c+maxc-max 另外由三角公式： (2) 相移法 利用上三角公式的實現(xiàn)電路如下圖所示：乘法 器乘法 器00相移00相移加法 器減法 器返回休息1休息23.4 習(xí)慣上將沒有抑制載波和邊帶的幅度調(diào)制方式稱為普通調(diào)幅方式，簡稱AM，于是就有三種幅度調(diào)制方式：AM、DSB和SSB調(diào)

9、制，下表給出了三種調(diào)幅方式性能的比較。返回 三種幅度調(diào)制方式的比較抑制載波的雙邊帶調(diào)幅和單邊帶調(diào)幅（VSB）*電視圖像信號的殘留邊帶調(diào)制加上殘留部分，調(diào)制后圖像信號頻帶寬度等于7.25MHz，加上電視伴音信號（采用頻率調(diào)制方式發(fā)送），全電視信號的寬度為8MHz，對照第1章電視頻道的劃分，不同電視頻道之間的頻率差正好是8MHz。電視圖像信號采用了一種稱為殘留邊帶的發(fā)送方式，即發(fā)送全部上邊帶和部分下邊帶，如圖所示。 通常分為：5.3 振幅調(diào)制電路 三種信號都有一個調(diào)制信號和載波的乘積項，所以振幅調(diào)制電路的實現(xiàn)是以乘法器為核心的頻譜線性搬移電路。具體的說調(diào)制可分為高電平調(diào)制：功放和調(diào)制同時進行，主要

10、用于AM信號。低電平調(diào)制：先調(diào)制后功放，主要用于DSB、SSB以及FM信號。5.3 .1 低電平調(diào)幅電路 低電平調(diào)幅電路常采用第4章介紹的頻率變換電路來實現(xiàn) 二極管調(diào)幅電路 集成模擬乘法器調(diào)幅電路 如下圖所示的電路設(shè): (1)單二極管電路且 則回路電流: 而 1 . 二極管調(diào)幅電路 的頻譜成份： c 2 c 3 c如果選頻回路工作在 處，且?guī)挒?而諧振時的負載電阻為RL，則輸出電壓為： 為一個AM信號仿真返回休息1休息2B=2VDusuc+-+-RLLCid+-uL+-udZL2. 集成模擬乘法器調(diào)幅電路返回休息1休息2仿真 用集成模擬相乘器來實現(xiàn)各種調(diào)幅電路，電路簡單，性能優(yōu)越且穩(wěn)定，調(diào)整

11、方便，利于設(shè)備的小型化。 R151R6RW50k21k3.9k1kC2C2uo-EE= -8V694178Ry3MC1596510EC=12VR4R4R5uxuyR2R3R7R8R9C2C21k51516.8k7507503.9k 1）MC1596構(gòu)成的調(diào)幅電路RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VDRyRy-EE X通道兩輸入端8腳和7腳，Y通道兩輸入端1腳和4腳之間接有調(diào)零電路 可通過調(diào)節(jié)電位器RW，使1腳電位比4腳高Uo，相當(dāng)于在1、4腳之間加了一個直流電壓Uo，以產(chǎn)生普通調(diào)幅波 。 實際應(yīng)用中，高頻載波電壓uc加到X輸入端口，調(diào)制信號電壓u及直流電壓Uo加到Y(jié)輸

12、入端口，從9腳單端輸出AM信號。 2. 集成模擬乘法器調(diào)幅電路仿真返回休息1休息22) BG314構(gòu)成的調(diào)幅電路 RLuxuy13kIox10k28.2kR11141294Rw8133R13R37-EE=-15V+15V561011IoyEC=15V-15V10kRwxRwy2k2kRxRy BG314（MC1595）8.2k10k10k10k6.8k3.3kCLN1N2uo 8腳附加補償調(diào)零電壓UXIS，12腳除附加補償零電壓UYIS。ux=uc=Ucmcosctuy=u-(-Uo)=Uo+Umcost 若2、14腳兩端外接LC諧振回路的等效諧振電阻為RL ， 由式(4-50)可推出變壓器次

13、級回路輸出的調(diào)幅波電壓為： 如果uy=u= Umcost 高頻載波具有單一的頻率,基帶信號對其進行調(diào)制后，所形成的已調(diào)信號必然具有一定的頻帶寬度，這個頻帶寬度除了與基帶信號自身的頻帶寬度有關(guān)之外，還與調(diào)制方式有關(guān)。已調(diào)信號所使用的頻帶寬度即為頻帶利用效率的含義。1、調(diào)制方式的頻帶利用效率 由于存在多種調(diào)制方式，自然就有一個如何選擇最佳調(diào)制方式的問題。為此，就需要討論調(diào)制的主要性能指標(biāo)，以便根據(jù)式的性能來確定最佳選用方案。5.24 調(diào)制的主要性能指標(biāo) 例如，48.5MHz92MHz的甚高頻段用于電視及數(shù)據(jù)廣播，電視廣播已調(diào)信號頻帶寬度6.5MHz，規(guī)定每個電視頻道頻率間隔8MHz，整個頻段就可以

14、安排5個頻道。調(diào)制方式選用不當(dāng)，每個電視頻道占用的頻帶寬度提高到13MHz，上述頻段就只能安排3個頻道，頻帶利用效率就大大下降了。 3、抗噪聲抗干擾能力 在保證相同通信距離的情況下，采用不同的調(diào)制方式，所需要的發(fā)射功率會有所不同，所需要的功率越小，就說其功率有效性越高。功率有效性也是衡量調(diào)制方式的重要性能指標(biāo)之一。 例如，幅度調(diào)制方式中有一種稱為單邊帶調(diào)制 的技術(shù)能使功率減小一半有效性就較高。 2、調(diào)制方式的功率有效性5.24 調(diào)制的主要性能指標(biāo) 各種調(diào)制方式對于噪聲等各種干擾的抑制能力也是衡量調(diào)制方式優(yōu)劣的重要指標(biāo)。例如，頻率調(diào)制方式的抗干擾能力就比幅度調(diào)制方式強，調(diào)頻波的特點是幅度為恒定值

15、，假如通信過程中混入了幅度干擾，在解調(diào)前只要加一個限幅器電路就可以消除這種干擾。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號的過程。從頻譜上看，解調(diào)也是一種信號頻譜的線性搬移過程，是將高頻端的信號頻譜搬移到低頻端，解調(diào)過程是和調(diào)制過程相對應(yīng)的，不同的調(diào)制方式對應(yīng)于不同的解調(diào)。振幅調(diào)制過程： 解調(diào)過程 AM調(diào)制 DSB調(diào)制 SSB調(diào)制包絡(luò)檢波： 同步檢波： 峰值包絡(luò)檢波平均包絡(luò)檢波 乘積型同步檢波 疊加型同步檢波 5.4 調(diào)幅信號的解調(diào) 5.4.1調(diào)幅解調(diào)的方法 1 包絡(luò)檢波 休息1休息1t調(diào)幅波調(diào)幅波頻譜c+c-c輸出信號頻譜包絡(luò)檢波輸出t 非線形電路低通濾波器t調(diào)幅波t調(diào)幅波t調(diào)

16、幅波包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出t 由于DSB和SSB信號的包絡(luò)不同于調(diào)制信號，不能用包絡(luò)檢 波器，只能用同步檢波器，但需注意同步檢波過程中，為了正常解調(diào)，必須恢復(fù)載波信號，而所恢復(fù)的載波必須與原調(diào)制載波同步（即同頻同相）。 乘法器低通濾波器uDSBuou2 同步檢波包絡(luò)檢波器 加法器uDSBuou仿真uAM解調(diào)載波休息1休息15.4.2 二極管大信號包絡(luò)檢波器 休息1休息11. 大信號包絡(luò)檢波的工作原理 (1) 電路組成 ZL+-uiVDRC+-uiRui+-Crd它是由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。 RC低通濾波電路有兩個作用： 對低頻調(diào)制信號u來說，電容C的容抗

17、，電容C相當(dāng)于開路，電阻R就作為檢波器的負載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓 對高頻載波信號uc來說，電容C的容抗 ，電容C相當(dāng)于短路，起到對高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號。 理想情況下，RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的阻抗為: 1. 大信號包絡(luò)檢波的工作原理休息1休息1(2) 工作原理分析 + uD -+-uoiduD= ui- uoRi充+-uoi放+-ui+-uiVDRCui+-Crd 當(dāng)輸入信號ui(t)為調(diào)幅波時，那么載波正半周時二極管正向?qū)ǎ斎敫哳l電壓通過二極管對電容C充電，充電時間常數(shù)為rdC。因為rdC較小，充電很快，電容上電壓建立的很快,輸出電壓uo(t) 很快增長 。 作用在二

18、極管VD兩端上的電壓為ui(t)與uo(t)之差，即uD= ui- uo。所以二極管的導(dǎo)通與否取決于uD 當(dāng)uD= ui- uo0，二極管導(dǎo)通；當(dāng)uD= ui- uo0 ，二極管截止。 ui(t)達到峰值開始下降以后，隨著ui(t)的下降，當(dāng)ui(t)= uo(t)，即uD= ui-uo=0時，二極管VD截止。C把導(dǎo)通期間儲存的電荷通過R放電。因放電時常數(shù)RC較大，放電較緩慢。 檢波器的有用輸出電壓：uo(t)=u(t)+UDCUDCu(t)tuo(t)ucui(t)uo(t) u i(t)與uo(t)tididi充i充i放i放+-+-仿真檢波器的實際輸出電壓為：uo(t)+uc= u(t)+UDC+uc當(dāng)電路元件選擇正確時，高頻紋波電壓uc很小