Chapter7振幅調制與解調

無線電發(fā)射機方框圖Chapter7

振幅調制與解調調制：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。按調制信號的形式分模擬調制數字調制按載波的不同連續(xù)波調制脈沖波調制調幅(AM)調頻(FM)調相(PM)脈沖振幅調制(PAM)脈寬調制(PWM)脈位調制(PPM)脈沖編碼調制(PCM)2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.3解調：將接收到的信號經過反調制的過程，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：從振幅受調制的高頻信號中還原出原調制信號。檢波調幅波的解調：振幅檢波，簡稱檢波調頻波的解調：頻率檢波，簡稱鑒頻調相波的解調：相位檢波，簡稱鑒相實現調幅的方法低電平調幅高電平調幅平方律調幅斬波調幅集電極(陽極)調幅基極(控制柵極)調幅2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.4Chapter7

振幅調制與解調§7.1頻譜搬移電路的特性§7.2振幅調制原理§7.3振幅調制方法與電路§7.4振幅解調（檢波）原理與電路2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.5當頻率變換前后，信號的頻譜結構不變，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?！?.1頻譜搬移電路的特性(a)混頻原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.6(b)調幅原理(c)檢波原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.7§7.2

振幅調制原理一、調幅波的性質設簡諧調制信號載波信號1.調幅波的數學表達式則調幅信號振幅為：是調幅波的主要參數之一，它表示載波電壓振幅受調制信號控制后改變的程度調幅指數(調幅度)2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.82.普通調幅波的波形圖(a)調制信號(b)已調波形2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.9若ma>1，AM信號波形某一段時間振幅為將為零，稱為過調制。過調制波形圖2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.103.調幅信號的頻譜及帶寬將調幅波的數學表達式展開，可得到未調幅的載波上邊頻下邊頻正弦調制的調幅波頻譜單頻調制時，其調幅波的頻譜寬度為調制信號的兩倍，2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.11非正弦波調幅信號的頻譜圖由圖看出調幅過程實際上是一種頻譜搬移過程，即將調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的上、下邊頻。調制信號頻譜下邊帶上邊帶2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.124.普通調幅波的功率關系將作用在負載電阻R上載波功率：上邊頻功率：在調幅信號一周期內，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，但其調制設備簡單，解調更簡單，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幅波與單邊帶調幅波1.抑制載波的雙邊帶調幅波為了克服普通調幅波效率低的缺點，提高設備的功率利用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號。這種調制方式稱為抑制載波的雙邊帶調幅(DSB)其所占據的頻帶寬度仍為調制信號頻譜中最高頻率的兩倍，即進入其數學表達式為2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.14單頻調制雙邊帶調幅波及其頻譜返回2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.152.單邊帶調幅波單邊帶調幅：既抑制載波，又只傳送一個邊帶的調制方式，用SSB表示。其表達式為：

其頻帶寬度為：或2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.16電壓表達式普通調幅波載波被抑制雙邊帶調幅波單邊帶信號波形圖頻譜圖信號帶寬表7-1三種振幅調制信號★2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.173.殘留邊帶調幅殘留邊帶調幅(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制方式。這樣它保留了單邊帶調幅節(jié)省頻帶的優(yōu)點，且具有濾波器易于實現、解調電路簡單的特點。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學表達式，并指出已調波的性質；②計算在單位電阻上消耗的邊帶功率和總功率以及調幅波的頻帶寬度。解：①(a)為普通調幅波，(b)為抑制載波的雙邊帶調幅波。(a)(b)2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.19②載波功率：雙邊帶信號功率：故普通調幅波和抑制載波的雙邊帶調幅波的頻譜寬度相等，即

作業(yè)：

7-57-82023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.21非線性調幅原理框圖如下：§7.3振幅調制方法與電路按調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信號，得到所要求功率的調幅波。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制。高電平調幅電路：低電平調幅電路：2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.22一、低電平調幅電路1.簡單的二極管調幅電路二極管調幅電路平方律調幅——信號較小時的工作狀態(tài)當vD很小時，級數可只取前四項經分類整理可知：ω0±Ω是我們所需要的上、下邊頻。這對邊頻是由平方項產生的，故稱為平方律調幅。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，因而調制效率低,無用成分多，目前較少采用平方律調幅器。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.23(2)斬波調幅由兩個二極管組成的平衡斬波調幅器2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.24平衡調制器輸出的電壓波形輸出調幅波有用電流分量2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.252.環(huán)形調制器在平衡調制器的基礎上，再增加兩個二極管，使電路中4個二極管首尾相接構成環(huán)形，這就是環(huán)形調制器。環(huán)行調制器原理圖振幅比平衡調制器提高了一倍，并抑制了低頻分量，因而獲得了廣泛應用。環(huán)形調制器輸出電流的有用分量3.模擬相乘器調幅電路（自學）2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.264.產生單邊帶信號的方法(1)濾波器法濾波器法實現單邊帶調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、高電平調幅電路●集電極調幅電路集電極調幅電路為了獲得有效的調幅，集電極調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)，它隨調制信號的波形變化而變化。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.30集電極調幅在調制信號一周期內的各平均功率：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調幅器供給的調制功率：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供給用以產生載波功率的直流功率P=T，v則供給用以產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制器供給的功率轉換得到，大功率集電極調幅就需要大功率的調制信號電源。③集電極平均耗散功率等于載波點耗散功率的()倍，應根據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的集電極被調放大器，它在載波點(未調制時)的集電極效率ηT=75%。試求各項功率(包括未調幅與100％調幅時的功率)。解：直流輸入功率未調幅時的集電極耗散功率100％調幅時調幅器供給的調制功率為：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論：不管調制與否，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包括三部分，高頻已調信號源，非線性器件，RC低通濾波器?！?.4振幅解調(檢波)原理與電路載波被抑制的已調波解調原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.36檢波器的分類方法有很多種:根據所用器件的不同，分為三極管檢波器二極管檢波器并聯式串聯式根據信號大小的不同，分為大信號檢波器小信號檢波器根據信號特點的不同，分為脈沖波檢波器連續(xù)波檢波器根據工作特點的不同，分為同步檢波器包絡檢波器平方律檢波峰值包絡檢波平均包絡檢波包絡檢波器2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.37二、包絡檢波器——連續(xù)波串聯式二極管大信號包絡檢波器串聯型二極管包絡檢波器圖中：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制信號。①起高頻濾波作用。二極管包絡檢波器波形圖1.工作原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.382.包絡檢波器的質量指標1)電壓傳輸系數(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RC太大所引起的。這時電容C上的電荷不能很快地隨調幅波包絡變化,從而產生失真。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的變化。也就是要求或寫成在工程上可按RCmax≤1.5計算。不產生惰性失真的條件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生的失真?？紤]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，不產生頻率失真，必須滿足下列條件：電容C的容抗應在上限頻率max時，不產生旁路作用，即它應滿足下列條件：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過低通濾波后2023/2/