通信電子線路振幅調(diào)制解調(diào)

通信電子線路振幅調(diào)制解調(diào)第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第4章振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路概述1.地位：通訊系統(tǒng)的基本電路。

2.特點：電路中進行信號頻譜的變換，即將兩種信號的頻譜，通過非線性頻譜變換產(chǎn)生多種信號的頻譜分量，從中取出所需頻譜分量。

為此，需引用一些信號與頻譜的概念，并注意信號的三種表示法：表達式、波形圖、頻譜圖。

第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.信號與頻譜信號表達式波

形單音調(diào)制波載

波復音調(diào)制波頻譜第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4.模擬乘法器

在各種頻譜變換電路中，模擬乘法器具有重要用途，可實現(xiàn)兩信號的相乘。5.兩種類型的頻譜變換電路1)

頻譜搬移電路：將輸入信號的頻譜沿頻率軸搬移。例：振幅調(diào)制、解調(diào)、混頻電路(第四章討論)。

第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

特點：兩個參與頻譜變換的信號，僅在頻譜線上移動，不產(chǎn)生新的頻譜分量。

2)

頻譜非線性變換電路：將輸入信號的頻譜進行特定的非線性變換。

例：頻率調(diào)制與解調(diào)電路(第五章討論)。

特點：這種頻譜變換將產(chǎn)生新的豐富的頻譜分量。

第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1

頻譜搬移電路的組成模型4.1.1振幅調(diào)制電路的組成模型

一、調(diào)幅波的數(shù)學表式

設：調(diào)制信號

(1)載波信號(2)其中：

——

載波角頻率，——

載波頻率，

。第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)定義，普通調(diào)幅波信號的振幅要按輸入調(diào)制信號規(guī)律變化而變化，則振幅調(diào)制信號表達式：(4-1-1)

式中，——

載波電壓振幅，、取決于調(diào)幅電路的比例常數(shù)。為保證不失真，要求二、普通調(diào)幅信號及其電路組成模型由圖，調(diào)幅電路組成模型：相加器與相乘器

圖中，——

乘法器的乘積系數(shù)，A

——

加法器的加權系數(shù)，且第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.單音調(diào)制(1)表達式

(4-1-2)

式中：

——

的振幅，反映調(diào)制信號的變化，稱調(diào)幅信號的包絡。

第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)波形

—調(diào)幅系數(shù)，表征調(diào)幅信號的重要參數(shù)，它的一般定義式為第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月顯然，1≥

Ma≥

0，若

Ma>

1，在附近，變?yōu)樨撝?。波形?a)圖所示，出現(xiàn)過調(diào)幅失真。在實際調(diào)幅電路中，由于管子截止，過調(diào)幅的波形變?yōu)?b)圖。第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)頻譜將(4-1-2)式用三角函數(shù)展開

單音調(diào)制時調(diào)幅信號的頻譜：由三個分量組成：①

——載波分量

②

——上邊頻分量

③

——下邊頻分量

第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月上、下邊頻是由乘法器對和相乘的產(chǎn)物。3.復音調(diào)制(1)表達式設為非余弦的周期信號，其付里葉展開式為音頻信號的一般表達式

式中，為最高調(diào)制角頻率，其值小于，第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出信號電壓為

(2)頻譜

可見，的頻譜分量：第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

——

載波分量；、

、…、——上、下邊頻分量，它們的幅度與調(diào)制信號中相應頻譜分量的幅度成正比。(3)頻譜寬度

調(diào)幅信號的頻譜寬度為調(diào)制信號頻譜寬度的兩倍，即第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4.結(jié)論

調(diào)幅電路組成模型中的乘法器可對和實現(xiàn)相乘運算，其結(jié)果

：在波形上，將不失真地轉(zhuǎn)移到載波信號振幅上；

在頻譜上，將的頻譜不失真地搬移到的兩邊。5.調(diào)幅波的功率(設單位電阻、單音調(diào)制)

(1)調(diào)幅信號在載頻一個周期內(nèi)的平均功率

第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：——

載波分量產(chǎn)生的功率。

是發(fā)射功率，為

t的函數(shù)，

當時，，

第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)在一個調(diào)制波一個周期內(nèi)的平均功率

()——

上、下邊頻電壓分量的功率，稱為邊頻功率。(3)討論是調(diào)幅信號中各頻譜分量產(chǎn)生的平均功率之和。式中：——

載波分量產(chǎn)生的功率。第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月而當一定時，↑，↓，而為等幅振蕩，攜帶信息。例：當時，=0.33

，

這說明：當時，占的

67%，占的

33%。

而一般電臺發(fā)射信號，，這時，僅占的

4.5%。

結(jié)論：普通調(diào)幅波，發(fā)射效率極低。

解決辦法：抑制載波

第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月振幅調(diào)制信號的分類:1.普通調(diào)幅(AM)信號：基本，其它由它演變來。

2.抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DoubleSidebandModulation-DSB)信號

3.抑制載波和一個邊帶的單邊帶調(diào)制(SSB)信號三、雙邊帶和單邊帶調(diào)制電路組成模型1.雙邊帶（DSB）調(diào)制信號

(1)調(diào)制信號的頻譜結(jié)構：

上、下邊頻分量：反映調(diào)制信號的頻譜結(jié)構第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月載波分量：僅起著通過乘法器將調(diào)制信號頻譜搬移到兩邊的作用，本身并不反映調(diào)制信號的變化。傳輸前可抑制掉，以節(jié)省發(fā)射機的發(fā)射功率。

雙邊帶調(diào)制

——這種僅傳輸兩個邊頻的調(diào)制方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)制。簡稱雙邊帶調(diào)制

(2)表達式

——普通調(diào)幅——雙邊帶調(diào)幅第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月顯然，它與調(diào)幅信號的區(qū)別就在于其載波電壓振幅不是在上下按調(diào)制信號規(guī)律變化。這樣，當調(diào)制信號進入負半周時，就變?yōu)橄喾磾?shù)。表明載波電壓產(chǎn)生180°相移。因而當自正值或負值通過零值變化時，雙邊帶調(diào)制信號波形均將出現(xiàn)

180°的相位突變。由此可見，雙邊帶調(diào)制信號的包絡已不再反映的變化，但仍保持了頻譜搬移的特性，因而仍是振幅調(diào)制波的一種。(3)波形

第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月可用乘法器作為雙邊帶調(diào)制電路的組成模型。圖中(4)組成模型第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.單邊帶調(diào)制信號(1)單邊帶（SSB）調(diào)制信號

進一步觀察雙邊帶調(diào)制信號的頻譜結(jié)構，不難發(fā)現(xiàn)，上、下邊帶都反映了調(diào)制信號的頻譜結(jié)構，區(qū)別僅在于下邊帶反映的是調(diào)制信號頻譜的倒置。這種區(qū)別對傳輸信息是無關緊要的。因此，從傳輸信息的觀點來說，還可進一步將其中的一個邊帶抑制掉。這種僅傳輸一個邊帶的調(diào)制方式稱為單邊帶調(diào)制。它除了保持雙邊帶調(diào)制波節(jié)省發(fā)射功率的優(yōu)點外，還將已調(diào)信號的頻譜寬度壓縮一半，即

第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月由于上述優(yōu)點，單邊調(diào)制已成為頻道特別擁擠的短波無線電通信中最主要的一種調(diào)制方式。

(2)實現(xiàn)模型

①

濾波法：由乘法器和帶通濾波器組成，稱為濾波法。乘法器產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制信號，而后由濾波器取出一個邊帶信號，抑制另一個邊帶信號，便得到所需的單邊帶調(diào)制信號。

第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

②

相移法：由兩個乘法器，兩個

90°相移器和一個相加器組成

設，則由乘法器I產(chǎn)生的雙邊帶調(diào)制信號為由乘法器Ⅱ產(chǎn)生的雙邊帶調(diào)制信號為第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月將和相加，結(jié)果是上邊帶抵消，下邊帶疊加，輸出為取下邊帶的單邊帶調(diào)制信號。而將和相減，結(jié)果是下邊帶疊加，輸出是取上邊帶的單邊帶調(diào)制信號，即

以上以單音調(diào)制為例論證了相移法的組成模型。實際上這個模型對復雜信號調(diào)制也是成立的。第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.2振幅解調(diào)和混頻電路的組成模型

振幅解調(diào)器和混頻器的作用都是實現(xiàn)頻譜不失真的搬移，具有類似的組成模型，因此，將這兩種功能的電路放在一起介紹。

一、振幅解調(diào)電路1.定義解調(diào)(Demodulation)：調(diào)制的逆過程。

振幅檢波(簡稱檢波Detector)：振幅調(diào)制信號的解調(diào)電路，作用是從振幅調(diào)幅信號中不失真地檢出調(diào)制信號來。

第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.組成模型

由乘法器和低通濾波器

組成?！斎氲恼{(diào)制信號電壓

——輸入的同步信號，特點，與原載波信號同頻同相位，即——還原的調(diào)制信號第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.原理

頻譜搬遷——在頻域上，將振幅調(diào)制信號頻譜不失真地搬回到零頻率附近。

第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)調(diào)幅信號與一個同步信號相乘，結(jié)果的頻譜被搬到的兩側(cè)：

①

搬到兩側(cè)，構成載波角頻率為的雙邊帶調(diào)制信號，它是無用的寄生分量；

②

搬到零頻率兩側(cè)，其中，的一個邊帶被搬到負頻率軸上，負頻率是不存在的，實際上這些負頻率分量應疊加在正頻率分量上，構成實際的頻譜，因而它比搬到

上的任一邊帶頻譜在數(shù)值上加倍。

頻譜的搬移過程(假設為雙邊帶)：第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)

濾波：用低通濾波器濾除無用的寄生分量，取出所需的解調(diào)電壓。

4.討論(1)同步信號必須與原載波信號嚴格同步(同頻、同相)，故稱為同步檢波電路。否則檢波性能下降。

(2)如果解調(diào)單邊帶調(diào)制信號，同步信號不同步不僅引起輸出音頻電壓的頻率偏移，而且還會引起相位偏移(語言通信時，聲音不自然，或很難聽懂)。

除了同步檢波電路外還有一種檢波電路，稱為包絡檢波電路，不需要同步信號，后面再討論。

第32頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、混頻(Mixer)電路

又稱變頻(Convertor)電路，是超外差式接收機的重要組成部分。

1.作用

頻譜搬移——將載頻為的已調(diào)信號

不失真地變換為載頻為的已調(diào)信號?！蓄l信號，相應的簡稱中頻第33頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

——本地振蕩器產(chǎn)生的本振電壓，稱為本振角頻率。、、之間的關系為

2.組成模型混頻電路為典型的頻譜搬移電路，可以用乘法器和濾波器來實現(xiàn)。

第34頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.原理(1)混頻設

當

時，乘法器輸出電壓頻譜如圖，即將的頻譜不失真地搬移到本振角頻率的兩邊：