Chapter7振幅調(diào)制與解調(diào)

無線電發(fā)射機方框圖Chapter7

振幅調(diào)制與解調(diào)調(diào)制：將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號上去的過程。按調(diào)制信號的形式分模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制按載波的不同連續(xù)波調(diào)制脈沖波調(diào)制調(diào)幅(AM)調(diào)頻(FM)調(diào)相(PM)脈沖振幅調(diào)制(PAM)脈寬調(diào)制(PWM)脈位調(diào)制(PPM)脈沖編碼調(diào)制(PCM)2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.3解調(diào)：將接收到的信號經(jīng)過反調(diào)制的過程，把載波所攜帶的信號取出來，得到原來的信號的過程。檢波器的作用：從振幅受調(diào)制的高頻信號中還原出原調(diào)制信號。檢波調(diào)幅波的解調(diào)：振幅檢波，簡稱檢波調(diào)頻波的解調(diào)：頻率檢波，簡稱鑒頻調(diào)相波的解調(diào)：相位檢波，簡稱鑒相實現(xiàn)調(diào)幅的方法低電平調(diào)幅高電平調(diào)幅平方律調(diào)幅斬波調(diào)幅集電極(陽極)調(diào)幅基極(控制柵極)調(diào)幅2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.4Chapter7

振幅調(diào)制與解調(diào)§7.1頻譜搬移電路的特性§7.2振幅調(diào)制原理§7.3振幅調(diào)制方法與電路§7.4振幅解調(diào)（檢波）原理與電路2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.5當頻率變換前后，信號的頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號頻譜無失真在頻率軸上搬移，則稱之為線性頻率變換，具有這種特性的電路稱之為頻譜搬移電路。§7.1頻譜搬移電路的特性(a)混頻原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.6(b)調(diào)幅原理(c)檢波原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.7§7.2

振幅調(diào)制原理一、調(diào)幅波的性質(zhì)設(shè)簡諧調(diào)制信號載波信號1.調(diào)幅波的數(shù)學表達式則調(diào)幅信號振幅為：是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號控制后改變的程度調(diào)幅指數(shù)(調(diào)幅度)2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.82.普通調(diào)幅波的波形圖(a)調(diào)制信號(b)已調(diào)波形2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.9若ma>1，AM信號波形某一段時間振幅為將為零，稱為過調(diào)制。過調(diào)制波形圖2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.103.調(diào)幅信號的頻譜及帶寬將調(diào)幅波的數(shù)學表達式展開，可得到未調(diào)幅的載波上邊頻下邊頻正弦調(diào)制的調(diào)幅波頻譜單頻調(diào)制時，其調(diào)幅波的頻譜寬度為調(diào)制信號的兩倍，2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.11非正弦波調(diào)幅信號的頻譜圖由圖看出調(diào)幅過程實際上是一種頻譜搬移過程，即將調(diào)制信號的頻譜搬移到載波附近，成為對稱排列在載波頻率兩側(cè)的上、下邊頻。調(diào)制信號頻譜下邊帶上邊帶2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.124.普通調(diào)幅波的功率關(guān)系將作用在負載電阻R上載波功率：上邊頻功率：在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM信號的平均輸出功率：邊頻功率之和占總輸出功率是很小的，整機效率很低，但其調(diào)制設(shè)備簡單，解調(diào)更簡單，便于接收。通常無線電廣播就是采用這種方法。下邊頻功率：2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.13二、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波與單邊帶調(diào)幅波1.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波為了克服普通調(diào)幅波效率低的缺點，提高設(shè)備的功率利用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號。這種調(diào)制方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅(DSB)其所占據(jù)的頻帶寬度仍為調(diào)制信號頻譜中最高頻率的兩倍，即進入其數(shù)學表達式為2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.14單頻調(diào)制雙邊帶調(diào)幅波及其頻譜返回2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.152.單邊帶調(diào)幅波單邊帶調(diào)幅：既抑制載波，又只傳送一個邊帶的調(diào)制方式，用SSB表示。其表達式為：

其頻帶寬度為：或2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.16電壓表達式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號波形圖頻譜圖信號帶寬表7-1三種振幅調(diào)制信號★2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.173.殘留邊帶調(diào)幅殘留邊帶調(diào)幅(記為VSB)：在發(fā)射端發(fā)送一個完整的邊帶信號，但載波信號和邊帶信號部分被抑制的調(diào)制方式。這樣它保留了單邊帶調(diào)幅節(jié)省頻帶的優(yōu)點，且具有濾波器易于實現(xiàn)、解調(diào)電路簡單的特點。在廣播電視系統(tǒng)中圖象信號采用殘留邊帶調(diào)幅。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.18例7.1已知兩個信號電壓的頻譜如圖所示，要求：①寫出兩個信號電壓的數(shù)學表達式，并指出已調(diào)波的性質(zhì)；②計算在單位電阻上消耗的邊帶功率和總功率以及調(diào)幅波的頻帶寬度。解：①(a)為普通調(diào)幅波，(b)為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波。(a)(b)2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.19②載波功率：雙邊帶信號功率：故普通調(diào)幅波和抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波的頻譜寬度相等，即

作業(yè)：

7-57-82023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.21非線性調(diào)幅原理框圖如下：§7.3振幅調(diào)制方法與電路按調(diào)制電路輸出功率的高低可分為：一般置于發(fā)射機的前級，再由線性功率放大器放大已調(diào)信號，得到所要求功率的調(diào)幅波。一般置于發(fā)射機的最后一級，是在功率電平較高的情況下進行調(diào)制。高電平調(diào)幅電路：低電平調(diào)幅電路：2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.22一、低電平調(diào)幅電路1.簡單的二極管調(diào)幅電路二極管調(diào)幅電路平方律調(diào)幅——信號較小時的工作狀態(tài)當vD很小時，級數(shù)可只取前四項經(jīng)分類整理可知：ω0±Ω是我們所需要的上、下邊頻。這對邊頻是由平方項產(chǎn)生的，故稱為平方律調(diào)幅。其中最為有害的分量是ω0±2Ω項。由于二極管不容易得到較理想的平方特性，因而調(diào)制效率低,無用成分多，目前較少采用平方律調(diào)幅器。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.23(2)斬波調(diào)幅由兩個二極管組成的平衡斬波調(diào)幅器2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.24平衡調(diào)制器輸出的電壓波形輸出調(diào)幅波有用電流分量2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.252.環(huán)形調(diào)制器在平衡調(diào)制器的基礎(chǔ)上，再增加兩個二極管，使電路中4個二極管首尾相接構(gòu)成環(huán)形，這就是環(huán)形調(diào)制器。環(huán)行調(diào)制器原理圖振幅比平衡調(diào)制器提高了一倍，并抑制了低頻分量，因而獲得了廣泛應(yīng)用。環(huán)形調(diào)制器輸出電流的有用分量3.模擬相乘器調(diào)幅電路（自學）2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.264.產(chǎn)生單邊帶信號的方法(1)濾波器法濾波器法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制實際濾波器法單邊帶發(fā)射機方框圖為什么實際中使用的單邊帶濾波器不是在高頻段直接進行濾波，而是先在低頻進行濾波，然后進行頻率搬移？★2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.27(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的邊帶。相移法單邊帶調(diào)制器方框圖故輸出電壓為2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.28(3)修正的移相濾波法2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.29二、高電平調(diào)幅電路●集電極調(diào)幅電路集電極調(diào)幅電路為了獲得有效的調(diào)幅，集電極調(diào)幅電路必須總是工作在過壓狀態(tài)。放大器的有效集電極電源電壓等于(Vcc+vΩ)，它隨調(diào)制信號的波形變化而變化。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.30集電極調(diào)幅在調(diào)制信號一周期內(nèi)的各平均功率：⑤集電極平均耗散功率①直流輸入功率：②總輸入功率：③總輸出功率：④調(diào)幅器供給的調(diào)制功率：⑥集電極效率2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.31故：②總輸入功率分別由VCC與v所供給，VCC供給用以產(chǎn)生載波功率的直流功率P=T，v則供給用以產(chǎn)生邊帶功率的平均功率PDSB。①平均功率均為載波點各功率的()倍④輸出的邊頻功率由調(diào)制器供給的功率轉(zhuǎn)換得到，大功率集電極調(diào)幅就需要大功率的調(diào)制信號電源。③集電極平均耗散功率等于載波點耗散功率的()倍，應(yīng)根據(jù)這一平均耗散功率來選擇晶體管，以使PCM≥Pcav。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.32例7.2有一載波輸出功率等于15W的集電極被調(diào)放大器，它在載波點(未調(diào)制時)的集電極效率ηT=75%。試求各項功率(包括未調(diào)幅與100％調(diào)幅時的功率)。解：直流輸入功率未調(diào)幅時的集電極耗散功率100％調(diào)幅時調(diào)幅器供給的調(diào)制功率為：邊帶功率2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.33總輸出功率：總輸入功率：集電極平均耗散功率集電極效率2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.34直流輸入功率直流輸出功率集電極耗散功率效率結(jié)論：不管調(diào)制與否，集電極的效率保持不變！2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.35一、概述檢波器的組成應(yīng)包括三部分，高頻已調(diào)信號源，非線性器件，RC低通濾波器?！?.4振幅解調(diào)(檢波)原理與電路載波被抑制的已調(diào)波解調(diào)原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.36檢波器的分類方法有很多種:根據(jù)所用器件的不同，分為三極管檢波器二極管檢波器并聯(lián)式串聯(lián)式根據(jù)信號大小的不同，分為大信號檢波器小信號檢波器根據(jù)信號特點的不同，分為脈沖波檢波器連續(xù)波檢波器根據(jù)工作特點的不同，分為同步檢波器包絡(luò)檢波器平方律檢波峰值包絡(luò)檢波平均包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波器2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.37二、包絡(luò)檢波器——連續(xù)波串聯(lián)式二極管大信號包絡(luò)檢波器串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波器圖中：R—負載電阻，值很大C—負載電容，低頻時:Zc>>R高頻時:Zc<<RRC電路：②作為檢波器的負載，在其兩端輸出已恢復的調(diào)制信號。①起高頻濾波作用。二極管包絡(luò)檢波器波形圖1.工作原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.382.包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)Kd可以證明：當R>>Rd時，0，cos1。即檢波效率Kd接近于1，這是包絡(luò)檢波的主要優(yōu)點。電流通角2)等效輸入電阻Rid2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.39由于負載電阻R與負載電容C的時間常數(shù)RC太大所引起的。這時電容C上的電荷不能很快地隨調(diào)幅波包絡(luò)變化,從而產(chǎn)生失真。3)失真①惰性失真(對角線切割失真)惰性失真為了防止惰性失真，必須減小RC的數(shù)值，加快電容器的放電速度，使檢波器能跟上高頻信號電壓包絡(luò)的變化。也就是要求或?qū)懗稍诠こ躺峡砂碦Cmax≤1.5計算。不產(chǎn)生惰性失真的條件2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.40②負峰切割失真(底邊切割失真)由于交、直流負載電阻不同所產(chǎn)生的失真。考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻ri2后的檢波電路檢波過程中，Cc兩端建立了直流電壓經(jīng)電阻R和ri2分壓，在R上得到的直流電壓為：負峰切割失真波形為了避免這種失真，必須滿足不產(chǎn)生負峰切割失真的條件2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.41③非線性失真④頻率失真由檢波二極管伏安特性曲線的非線性所引起的。由于耦合電容Cc和濾波電容C所引起的。Cc的存在主要影響檢波的下限頻率min。為使頻率為min時，Cc上的電壓降不大，不產(chǎn)生頻率失真，必須滿足下列條件：電容C的容抗應(yīng)在上限頻率max時，不產(chǎn)生旁路作用，即它應(yīng)滿足下列條件：2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.42乘積型檢波電路三、同步檢波器乘積型同步檢波疊加型同步檢波1.乘積型同步檢波器疊加型檢波電路經(jīng)過低通濾波后2023/2/