通信原理知識調制與解調

1、9.1.1 振幅調制簡述振幅調制簡述9.1.2 檢波簡述檢波簡述將要傳送的信息裝載到某一高頻將要傳送的信息裝載到某一高頻載頻信號上去的過程。載頻信號上去的過程。高頻振蕩高頻放大話筒聲音緩沖發(fā)射 天線倍頻調制音頻放大1.定義定義2. 調制的原因調制的原因4從切實可行的天線出發(fā)從切實可行的天線出發(fā)為使天線能有效地發(fā)送和接收電磁波，天線的幾何為使天線能有效地發(fā)送和接收電磁波，天線的幾何尺寸必須和信號波長相比擬，一般不宜短于尺寸必須和信號波長相比擬，一般不宜短于1/4波長。波長。音頻信號音頻信號: 20Hz20kHz 波長：波長：15 15000 km天線長度天線長度: 3.75 3750km2. 調

2、制的原因調制的原因4便于不同電臺相同頻段基帶信號的同時接收便于不同電臺相同頻段基帶信號的同時接收頻譜搬移頻譜搬移1c2c2. 調制的原因調制的原因4可實現(xiàn)的回路帶寬可實現(xiàn)的回路帶寬基帶信號特點：頻率變化范圍很大?；鶐盘柼攸c：頻率變化范圍很大。QfBW0高頻窄帶信號高頻窄帶信號頻譜搬移頻譜搬移低頻（音頻）低頻（音頻）: 20Hz20kHz1000minmaxff高頻（射頻）高頻（射頻）:3minmaxffAM廣播信號廣播信號: 535 1605kHz，BW=20kHz501k1000k200fBW2k10k200fBWlowhigh2020k10k1000k100k3. 調制的方式和分類調制的

3、方式和分類調幅調幅調相調相調制調制連續(xù)波調制連續(xù)波調制脈沖波調制脈沖波調制脈寬調制脈寬調制振幅調制振幅調制編碼調制編碼調制調頻調頻脈位調制脈位調制End4. 調幅的方法調幅的方法平方律調幅平方律調幅斬波調幅斬波調幅調幅方法調幅方法低電平調幅低電平調幅高電平調幅高電平調幅集電極調幅集電極調幅基極調幅基極調幅從振幅受調制的高頻信號中從振幅受調制的高頻信號中還原出原調制的信號。還原出原調制的信號。1.定義定義 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fo fs = fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 2. 組成組成End3. 檢波的分類檢波的分類二極管檢波器二極管檢波器三極管檢波器三極

4、管檢波器檢波檢波器件器件信號大小信號大小小信號檢波器小信號檢波器大信號檢波器大信號檢波器工作特點工作特點包絡檢波器包絡檢波器同步檢波器同步檢波器9.2.1 調幅波的數(shù)學表示式與頻譜調幅波的數(shù)學表示式與頻譜9.2.2 調幅波中的功率關系調幅波中的功率關系1. 普通調幅波的數(shù)學表示式普通調幅波的數(shù)學表示式首先討論單音調制的調幅波。首先討論單音調制的調幅波。載波信號：載波信號： tV000cosv調制信號：調制信號： tVcosv調幅信號（已調波）：調幅信號（已調波）： ttV0mAMcos)(v由于調由于調 幅信號的振幅與調制信號成線性關系，即有：幅信號的振幅與調制信號成線性關系，即有： tVkV

5、tVcos)(a0m，式中，式中ak為比例常數(shù)為比例常數(shù)即：即： )cos1()cos1()(a00a0mtmVtVVkVtV式中式中ma為調制度為調制度， 0aaVVkm常用百分比數(shù)表示。常用百分比數(shù)表示。ttmV0a0AMcos)cos1(v 波形特點：波形特點： (1) 調調幅波的振幅（包絡）變化規(guī)律與調制信號波形一致幅波的振幅（包絡）變化規(guī)律與調制信號波形一致(2) 調幅度調幅度ma反映了調幅的強弱度反映了調幅的強弱度 )1 (aomaxmVVoV)1 (aominmVV)cos1()(a0mtmVtV0min000max0minmaxa)(21VVVVVVVVVmtV000cosvt

6、V cosv0am1am10a m1am00maxVVVm上0min0VVVm下2. 普通調幅波的頻譜普通調幅波的頻譜（1）由單一頻率信號調）由單一頻率信號調 幅幅tmtmtVttmVt)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(0a0a000a0AMv 調制信號0載波調幅波0+上邊頻0-下邊頻nnnnntmtmtVtmtmtVttmVt)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1)(0000000000nnnnnnnnnAMv信號帶寬信號帶寬max2B 0 (2) 限帶信號的調幅波限帶信號的調幅波maxo 調幅波maxmaxmaxmax調制

7、信號載波0+max上邊帶0-max下邊帶End 如果將普通調幅波輸送功率至如果將普通調幅波輸送功率至電阻電阻R上，則載波與兩個邊頻將分別上，則載波與兩個邊頻將分別得出如下的功率：得出如下的功率：00002Vma02Vma00VttmVtooacos)cos1 ()(v載波功率載波功率:RVP20oT21上邊頻或下邊頻上邊頻或下邊頻: :oT2a20aSB2SB1412121PmRVmPP在調幅信號一周期內，在調幅信號一周期內，AMAM信號的平均輸出功率是信號的平均輸出功率是oTaDSBoTAMPmPPP)211 (2當當ma1時，時，PoT(2/3)Po ；當當ma0.5時，時，PoT(8/9

8、)Po ； 載波本身并不包含信號，但它的功率卻占整個調幅波功率載波本身并不包含信號，但它的功率卻占整個調幅波功率的絕大部分。的絕大部分。 從調幅波的頻譜圖可知，唯有它的上、下邊帶分量才實際地從調幅波的頻譜圖可知，唯有它的上、下邊帶分量才實際地反映調制信號的頻譜結構，而載波分量僅是起到頻譜搬移的作用，反映調制信號的頻譜結構，而載波分量僅是起到頻譜搬移的作用，不反映調制信號的變化規(guī)律。不反映調制信號的變化規(guī)律。oT2aDSBoTAMPmPPP)211 ( End00002Vma02Vma00V電壓電壓表達式表達式普通調幅波普通調幅波ttmV0a0cos)cos1 (載波被抑制雙邊帶調幅波載波被抑制

9、雙邊帶調幅波ttVm00acoscos單邊帶信號單邊帶信號tVm)cos(200a)cos(2(00tVma或波形圖波形圖頻譜圖頻譜圖 0- 0+ 0a21Vm 0- 0+ 0a21Vm 信號信號帶寬帶寬)2( 2)2( 22 0- 0+ 三種振幅調制信號三種振幅調制信號9.8.1 集電極調幅集電極調幅9.8.2 基極調幅基極調幅 高電平調幅電路能高電平調幅電路能同時實現(xiàn)調制和功率放大同時實現(xiàn)調制和功率放大，即用調制，即用調制信號信號v v去控制諧振功率放大器的輸出信號的幅度去控制諧振功率放大器的輸出信號的幅度V Vcmcm來實現(xiàn)調來實現(xiàn)調幅的。幅的。臨臨界界過壓過壓欠壓欠壓VCC（t）臨界臨

10、界過壓過壓欠壓欠壓V BB(t) vb(t) + + VCC + VBB + VC(t) + vCE vBE + L C vc v + 集電極調幅電路iCiC1)(tvCCV臨臨界界過壓過壓欠壓欠壓VCC（t） C vb(t) VCC + L + VBB vb + + + VB(t) VCC vc(t) 基極調幅電路End)(tv)(tVCCiCvAM（t）臨界臨界過壓過壓欠壓欠壓V BB(t)9.3.1 工作原理工作原理9.3.2 平衡調幅器平衡調幅器 調幅波的共同之處都是在調幅前后產生了新的頻率分量，也調幅波的共同之處都是在調幅前后產生了新的頻率分量，也就是說都需要就是說都需要用非線性器件

11、來完成頻率變換用非線性器件來完成頻率變換。 這里將調制信號這里將調制信號v v與載波信號與載波信號v v0 0相加后，同時加入非線性相加后，同時加入非線性器件，然后通過中心頻率為器件，然后通過中心頻率為0 0的帶通濾波器取出輸出電壓的帶通濾波器取出輸出電壓v vo o中中的調幅波成分。的調幅波成分。0300320020010)coscos()coscos()coscos(tVtVtVtVtVtVaaaai)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa202034

12、3VVa2222Va33341VaVVaVaVa20333123430)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2033312343End 如果靜態(tài)工作點和輸入信號變換范圍選擇合適，非線性器如果靜態(tài)工作點和輸入信號變換范圍選擇合適，非線性器件工作在滿足平方律的區(qū)段。件工作在滿足平方律的區(qū)段。20020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai0)(222020VVaa022022

13、Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2033312343平衡調幅電路平衡調幅電路如果要獲得抑制載波的雙邊帶信號，觀察輸出電流表示如果要獲得抑制載波的雙邊帶信號，觀察輸出電流表示式式20020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai120020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai2總的輸出電流總的輸出電流總的輸出電壓總的輸出電壓21iiiRo21iivEnd9.4.1 工作原理工作原

14、理9.4.2 實現(xiàn)斬波調幅的兩種電路實現(xiàn)斬波調幅的兩種電路0100)(1tttS00cos cos 0cos 10cos 1200)(tttS0 , 01vvvvv , 01End電壓電壓表達式表達式普通調幅波普通調幅波ttmV0a0cos)cos1 (載波被抑制雙邊帶調幅波載波被抑制雙邊帶調幅波ttVm00acoscos單邊帶信號單邊帶信號tVm)cos(200a)cos(2(00tVma或波形圖波形圖頻譜圖頻譜圖 0- 0+ 0a21Vm 0- 0+ 0a21Vm 信號信號帶寬帶寬)2( 2)2( 22 0- 0+ 三種振幅調制信號三種振幅調制信號9.6.1 單邊帶通信的優(yōu)缺點單邊帶通信的

15、優(yōu)缺點9.6.2 產生單邊帶信號的方法產生單邊帶信號的方法u使所容納的頻道數(shù)目增加一倍，大大提高短波波段利使所容納的頻道數(shù)目增加一倍，大大提高短波波段利用率。用率。u單邊帶制能獲得更好的通信效果。單邊帶制能獲得更好的通信效果。u單邊帶制的選擇性衰落現(xiàn)象要輕得多。單邊帶制的選擇性衰落現(xiàn)象要輕得多。u要求收、發(fā)設備的頻率穩(wěn)定度高，設備復雜，技術要要求收、發(fā)設備的頻率穩(wěn)定度高，設備復雜，技術要求高。求高。調幅波0+上邊頻0-下邊頻1. 濾波器法濾波器法 必須強調指出，必須強調指出，提高單邊帶的載波頻率決不能用倍頻的提高單邊帶的載波頻率決不能用倍頻的方法。方法。因為倍頻后，音頻頻率因為倍頻后，音頻頻率

16、也跟著成倍增加，使原來的也跟著成倍增加，使原來的調制信號變了樣，產生嚴重的失真。這是絕對不允許的。調制信號變了樣，產生嚴重的失真。這是絕對不允許的。上、下邊帶之間的頻率間距等于調制信號最低頻率上、下邊帶之間的頻率間距等于調制信號最低頻率F Fminmin的的2 2倍，故濾波時相對帶寬倍，故濾波時相對帶寬2 Fmin / f2 Fmin / fc c要很小，要很小，這樣的濾波器制作很困難。這樣的濾波器制作很困難。2. 相移法相移法)cos()cos(21coscossin2cos)cos(sinsincoscos)cos(sinsincoscos)cos()cos(21sinsin如何得到如何得

17、到單一頻率分量單一頻率分量2. 相移法相移法)cos(sinsincoscos)cos(sinsincoscos)cos()cos(21coscos)cos()cos(21sinsintt00sin2costt11sin2costtnnsin2cos電壓f/Hztnsint1sint1costn)cos(1tn)sin(1t2sint2costn)cos(1tn)sin(1n.,321tn)sin(12tn)sin(123. 第三種方法第三種方法修正的移相濾波法修正的移相濾波法End9.9.1 包絡檢波器的工作原理包絡檢波器的工作原理9.9.2 包絡檢波器的質量指標包絡檢波器的質量指標非線性非

18、線性 電路電路低通低通濾濾 波器波器從已調波中檢出包絡信息從已調波中檢出包絡信息，只適用于，只適用于AMAM信號信號 輸入輸入 AM信號信號檢出包絡信息檢出包絡信息EndVDCC+vRL+充電放電iDvi串聯(lián)型二極管包絡檢波器 下面討論這種檢波器的幾個主要質量指標：電壓傳輸系數(shù)下面討論這種檢波器的幾個主要質量指標：電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）、輸入電阻和失真。（檢波效率）、輸入電阻和失真。1) 電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率檢波效率)0d mVVK輸輸入入已已調調波波包包絡絡振振幅幅輸輸出出低低頻頻交交流流電電壓壓振振幅幅定義：定義：imVimaVmV1) 電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率檢

19、波效率)vDi D-vCVim 用分析高頻功放的折線用分析高頻功放的折線近似分析法可以證明近似分析法可以證明cosdK其中，其中，是二極管電流通是二極管電流通角，角，為檢波器負載電阻，為檢波器負載電阻，d為檢波器內阻。為檢波器內阻。 d33RR2) 等效輸入電阻等效輸入電阻 考慮到包絡檢波電路一般作為諧振回路的負載，它勢必考慮到包絡檢波電路一般作為諧振回路的負載，它勢必影響回路選頻特性（影響回路選頻特性（Q），下面分析其等效電阻），下面分析其等效電阻imimidIVR 其中，其中，Vim是輸入高頻電壓振幅，是輸入高頻電壓振幅， Iim是輸入高頻電流振是輸入高頻電流振幅。幅。Endsfsf0fi

20、fs0ifffifff2) 等效輸入電阻等效輸入電阻 如果忽略二極管導通電阻上的損耗功率，則由能量守恒的如果忽略二極管導通電阻上的損耗功率，則由能量守恒的原則，輸入到檢波器的高頻功率，應全部轉換為輸出端負載電原則，輸入到檢波器的高頻功率，應全部轉換為輸出端負載電阻上消耗的功率（注意為直流）阻上消耗的功率（注意為直流）LiimRVRV20220VVimLiRR21即有即有，而，而imimidIVR3) 失真失真 產生的失真主要有：產生的失真主要有：惰性失真；惰性失真；負峰切割失真；負峰切割失真；非非線性失真；線性失真；頻率失真。頻率失真。 如果檢波電路的時間常如果檢波電路的時間常數(shù)數(shù)RC太大太大

21、，當調幅波包絡朝，當調幅波包絡朝較低值變化時，電容上的電較低值變化時，電容上的電荷來不及釋放以跟蹤其變化，荷來不及釋放以跟蹤其變化，所造成的失真稱作所造成的失真稱作惰性失真惰性失真。 惰性失真惰性失真( (對角線切割失真對角線切割失真) ) 惰性失真惰性失真( (對角線切割失真對角線切割失真) )ttmVt0aomocoscos1)(vtmVtVcos1)(aom調幅波包絡調幅波包絡 如圖所示，在某一點，如圖所示，在某一點，如如果電容兩端電壓的放電速度小果電容兩端電壓的放電速度小于包絡的下降速度于包絡的下降速度，就可能發(fā)，就可能發(fā)生惰性失真。生惰性失真。tmVttVsin)(aomdd包絡變化

22、率包絡變化率ttCiddCC)(v電容放電電容放電RitCC)(v 惰性失真惰性失真( (對角線切割失真對角線切割失真) )放電速率放電速率RCtCitt)()(CCCddvv假定此時假定此時tmVtcos1)(aomCv調幅波包絡調幅波包絡tmVtVcos1)(aomtmVttVsin)(aomdd包絡變化率包絡變化率ttCiddCC)(v電容放電電容放電RitCC)(v為避免失真為避免失真1)()(dttdvdttdVAC 惰性失真惰性失真( (對角線切割失真對角線切割失真) ) 實際上，調制波往往是由多個頻率成分組成，即實際上，調制波往往是由多個頻率成分組成，即=minmax。為了保證不

23、產生失真，必須滿足。為了保證不產生失真，必須滿足112aamax mmRC5 . 1maxRC8 . 0am + + v C + R RL VC Cc vi D 考慮了耦合電容考慮了耦合電容C Cc c和低放和低放輸入電阻輸入電阻R RL L后的檢波電路后的檢波電路負峰切割失真負峰切割失真( (底邊切割失真底邊切割失真) ) 隔直電容隔直電容Cc數(shù)值很大，可認數(shù)值很大，可認為它對調制頻率為它對調制頻率交流短路，電交流短路，電路 達 到 穩(wěn) 態(tài) 時 ， 其 兩 端 電 壓路 達 到 穩(wěn) 態(tài) 時 ， 其 兩 端 電 壓VCVim。imLRVRRRV 失真最可能在包絡的負半周發(fā)生。失真最可能在包絡的

24、負半周發(fā)生。假定二極管截止假定二極管截止，Cc將將通過通過R和和RL緩慢放電，相對于高頻載波一個周期內，其電壓緩慢放電，相對于高頻載波一個周期內，其電壓VCVim將在將在R和和RL上分壓。直流負載電阻上分壓。直流負載電阻R上的電壓為上的電壓為 + + v C + R RL VC Cc vi D 考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路負峰切割失真負峰切割失真( (底邊切割失真底邊切割失真) )V i m（1-m）V i mttmVoimicos)cos1 (vV R)cos1 (tmVimttmVoimicos)cos1 (vttmVoimicos)cos1 ( v)cos1 (tmV

25、im)cos1 (tmVimV RV RV RV RV RimLRVRRRV + + v C + R RL VC Cc vi D 考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路負峰切割失真負峰切割失真( (底邊切割失真底邊切割失真) )要避免二極管截止發(fā)生，包絡幅度瞬時值必須滿足要避免二極管截止發(fā)生，包絡幅度瞬時值必須滿足RimVtmVacos1RaimVmV1RRRRRRRRmLLLa/交、直流負載電阻越懸殊，交、直流負載電阻越懸殊，ma越大，越容易發(fā)生該失真。越大，越容易發(fā)生該失真。imLRVRRRV + + v C + R RL VC Cc vi D 考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻R

26、L后的檢波電路 非線性失真非線性失真這種失真是由檢波二極管伏安特性曲線的這種失真是由檢波二極管伏安特性曲線的非線性非線性所引起的。所引起的。 如果負載電阻如果負載電阻R選得足夠大，則檢波管非線性特性影響選得足夠大，則檢波管非線性特性影響越小，它所引起的非線性失真即可以忽略。越小，它所引起的非線性失真即可以忽略。 + + v C + R RL VC Cc vi D 考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路 頻率失真頻率失真 如左圖所示，檢波器中存在如左圖所示，檢波器中存在檢波電容檢波電容C和隔直電容和隔直電容Cc兩個電容。兩個電容。檢波電容檢波電容C用于跟蹤調幅波包絡變用于跟蹤調幅波包絡

27、變化，隔直電容化，隔直電容Cc用于去除載波分量用于去除載波分量對應的直流輸出。對應的直流輸出。對調制頻率對調制頻率=minmax，要求檢波電容，要求檢波電容C對高頻載波短路但對高頻載波短路但不能對低頻調制波旁路，隔直電容不能對低頻調制波旁路，隔直電容Cc對低頻調制波短路。對低頻調制波短路。RCmax1LCminR1CEnd 同步檢波器用于對載波被抑止的雙邊帶或單邊帶信號進行同步檢波器用于對載波被抑止的雙邊帶或單邊帶信號進行解調。解調。它的特點是必須外加一個它的特點是必須外加一個頻率和相位頻率和相位都與被抑止的載波都與被抑止的載波相同的電壓。同步檢波的名稱即由此而來。相同的電壓。同步檢波的名稱即

28、由此而來。 載波信號相位對檢波結果的影響載波信號相位對檢波結果的影響ttVt11m1coscos)(v)cos()(00mtVt0v)cos()coscos()()(00m11m1tVttVtt0vv)cos(coscos010m1mtttVVcos)2cos(21cos10m1ttVVmtVVtcoscos21)(0m1mv1.1. 乘積檢波器乘積檢波器乘積檢波電路低通濾波器 v1V0iv0乘積檢波器)()(tvtvSSBDSB或)()(tvtvSSBDSB或2.2. 疊加型同步檢波器疊加型同步檢波器包 絡檢波器v1v0vvtVt)cos()(01m1vtVt00m0cos)(vtVtVtt00m01m01cos)cos()()(vvtVttVttV00m01m01mcossinsincoscos)cos(0tVm)cossinarctan(1m0m1mtVVtV21m21m0mm)sin()cos(tVtVVV1m0mVV)cos()cos(21coscos)cos(sinsincoscos)cos()cos(21sinsin)()(01ttvv)cos(0tVm21m21m0mm)sin()cos(tVtVVV201010)(cos21mmmmmVVtVVVtVVVmmmcos