第5章 振幅调制与解调

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1、2019/10/20,1,第五章 振幅调制与解调,第一节 振幅调制的基本原理,第四节 振幅检波,第三节 低电平调幅电路,第二节 模拟乘法器,2019/10/20,2,第一节 振幅调制的基本原理,一、概述:,1调制目的： （1）使不能直接传送的音频信息借助高频幅射特性载送到接收端。 （2）将不同信息附着在不同频率的载波上，以避免多种信息间干扰，实现多路通信。 2几个术语： （1）载波：运载信息的工具（高频等幅波），载波的频率称载频。 （2）调制信号：控制载波的信息，也就是要传送的音频信息。,（3）已调波：载波经调制信号调制后的波形。,（4）调制：载波受调的过程。,2019/10/20,3,（5）

2、解调：调制的逆过程，目的是从已调波中检出调制信号。 3连续调制分类：所谓连续调制是指载波某一参数受调制信号的连续控制。 按受调参数分为： （1）调幅（AM）：受调参数是载波的幅度。 （2）调频（FM）：受调参数是载波的频率。 （3）调相（PM）：受调参数是载波的相位。,第一节 振幅调制的基本原理,4调制、解调的实质：频率变换,(2)频谱非线性变换电路（FM调/解、PM调/解等）,实现电路分两大类：,(1)频谱搬移电路(AM调/解、混频等),2019/10/20,4,则调幅波(已调波)的表示式为 u(t)=UC+ku(t)cosct,=Uc(1+macost)cosct,第一节 振幅调制的基本原

3、理,二、调幅波波形和表示式 若调制信号为u(t)=Ucost， 载波信号为uC(t)=UCcosct，,其波形如图：,2019/10/20,5,其中ma=kU/Uc1，称调幅系数或调幅度，一般用%表示。 ma：表示载波受调制信号控制的程度。ma越大，控制作用越大。特殊地，当ma=1时称全调;当ma=0时，称无调，但ma不能1，否则会出现过调失真。通常调制信号为非简谐信号且时刻变化，所以调幅度也在变，一般其均值ma=0.3=30%。,第一节 振幅调制的基本原理,2019/10/20,6,三、调幅波的频谱及谱宽 （一）调制信号为简谐信号时 u(t)= Uc(1+macost)cosct,第一节 振

4、幅调制的基本原理,载波分量,上边频分量,下边频分量,其频谱如图：,频谱宽度：,B=2 或 BHZ=2F (F=/2),2019/10/20,7,（二）调制信号为非简谐信号时，即min max或FminFmax,第一节 振幅调制的基本原理,频带宽度：,B=2max 或 BHZ=2Fmax,例：语音信号的频率：3003400Hz,其频谱如图：,无线系统中，为避免电台间干扰，国际上对多波段与不同用途的电台所占有频带均有严格规定，如调幅广播电台容许占有频谱宽度为9KHZ。,2019/10/20,8,四、调幅波功率 若AM波为单频正弦波，负载电阻为R，则在R上所消耗的功率为： （一）载波功率 Po=Uc

5、2/2R,第一节 振幅调制的基本原理,（二）上、下边频功率（它为有效功率）,（三）瞬时最大点功率： Pmax=Uc(1+ ma)2/2R=(1+ma)2Po （四）瞬时最小点功率 Pmin=Uc(1- ma)2/2R =(1-ma)2Po,2019/10/20,9,（五）调制信号一周内调幅波的平均总功率：,第一节 振幅调制的基本原理,四、调幅波功率,讨论：当ma=1时，PAV=3Po/2即Po=2PAV/3，这说明不含任何有用信息的载波消耗了一周平均总功率PAV的2/3，而实际有用功率只占PAV /3，这还是在理想情况下。所以功率利用率低是普通AM制的最大缺点。为了提高功率利用率，可采用抑制载

6、波功率的边带传输，即双边带（DSB）和单边带（SSB）传输。 AM制的优点：结构简单，技术上易于实现，因而比较经济。 AM制的缺点：功率利用率低，还需有4倍的功率储备。,2019/10/20,10,当抑制载波之后（载波分量为0），其表示式变为：,第一节 振幅调制的基本原理,五、双边带及单边带调制,（一）双边带的表示式、波形及频谱,它可以由载波信号和调制信号相乘得到：,u(t) =kUc(t)U(t)=kUcUcosctcost =kUcU cos(c+)t+cos(c-)t/2,u(t)=Umcos(c+)t+cos(c-)t,2019/10/20,11,其波形和频谱分别如图：,B=2,第一节

7、 振幅调制的基本原理,显见，双边带信号的带宽为：,2019/10/20,12,因为边频中，任何一个边频已包含了调制信号的全部信息，所以为了节省频带，可进一步抑制掉其中一个边带，而只发送一个边频，这就是SSB。 它的表示式为：,第一节 振幅调制的基本原理,（二）单边带表示式、波形及频谱,u(t)=Umcos(c+) 或 u(t)=Umcos(c-)t,它可在DSB的基础上用滤波法得到；也可用移相法得到。,2019/10/20,13,其波形和频谱分别如图：,B=,第一节 振幅调制的基本原理,显见，单边带信号的带宽为：,2019/10/20,14,（三）单边带调制的优缺点 优点： 1节省频带(节省1

8、/2)，即波段利用率高。 2节省功率，因为AM波Po=2/3PAV,不经济，而 SSB全部发送有用功率，所以在接收端获得相同信噪 比时，SSB发送可节省功率。 3受传播条件影响小：电波传播时，对c 、 c 等不同频率成分的衰落和相移不同会引起信号失真或不稳，这称作选择性衰落现象。因SSB只有c +或c -，所以这种衰落不严重。,第一节 振幅调制的基本原理,4抗干扰性能好，有一定保密性。,缺点：发送技术和解调设备复杂，造价较高。,2019/10/20,15,前已述及，调制、解调的实质是频率变换，而模拟乘法器是实现频率变换的常用器件。它具有频带宽、性能好、外接电路简单等优点。下面介绍两种常用的乘法

9、器。 一、压控吉尔伯特乘法器 模拟乘法器的符号如图：,其输出与输入关系为： uo=ku1u2 k乘积系数(V-1),第二节 模拟乘法器,2019/10/20,16,由图，各管电流方程为：,第二节 模拟乘法器,压控吉尔伯特乘法器的原理电路如图：,2019/10/20,17,所以输出电压： Uo=(iC1-iC2)Rc= (i1+i3-i2-i4)Rc,IORcu1u2/4UT2=ku1u2 其中k=IORc/4UT2 显见，完成两模拟信号相乘功能。,第二节 模拟乘法器,2019/10/20,18,MC1596也称为双平衡模拟乘法器，其基本电路见P92图5-9，方框图外是外接电路，其中Rb用来调节

10、恒流源I1、I2 ；Ry调整增益和输入信号的动态范围。可推得它输出与输入的关系为：,第二节 模拟乘法器,基于压控吉尔伯特电路原理制成的有MC1596、XCC等。,2019/10/20,19,上述MC1596作为通用型乘法器还存在以下问题： 1.输入动态范围小； 2.线性较差。 MC1595较好的解决了以上问题，与其对应的国内型号为BG314、FZ4等。 其原理电路如图P93图5-10所示 如果此电路用框图表示,第二节 模拟乘法器,二、流控吉尔伯特模拟乘法器,2019/10/20,20,吉尔伯特乘法单元由D1、D2、T5T8构成 差模U/I变换器分别由T1、T2和T3、T4构成，依赖Rx、Ry的

11、深负反馈用以展宽动态平衡范围，实现线性补偿。 工作原理： 1.ux=0、uy0时，I3、I4I5、I7iA=常数 同理 I6、I8iB=常数,第二节 模拟乘法器,2019/10/20,21,uyT3、 T4T5T8的ie gm58 ux T1、 T2 UDT5T8的Ub,具体推导见书,理论推导出：,第二节 模拟乘法器,其中:,2. 同理uy=0、ux0时，Uo=0,3. 当ux0、uy0时，Uo 0,2019/10/20,22,结论： 1.输出电压只包含ux、uy的乘积，无多余成分； 2.乘积系数kRL，k1/RxRyIOX 所以 RL变化、RxRy变化k变化； 3. ux、uy均可正负，故为

12、四象限模拟乘法器，具有很大的动态范围； 4.通过平衡差分对T5T8的补偿作用(依赖于D1、 D2:温度补偿)，使k与管子的UT无关，不受T影响；,第二节 模拟乘法器,2019/10/20,23,调幅过程就是把信号频谱从低频移到载波两侧的频谱搬移过程。,第三节 低电平调幅电路,调幅电路按实现调幅级电平的高低分为：,低电平调幅（可用来产生普通AM，也可可用来产生DSB、SSB）。,高电平调幅（适用于通信、广播设备的普通调幅发射机）；,2019/10/20,24,它可以看成是一直流电压加低频调制信号，再与高频载波信号相乘，所以实现普通AM的原理电路如图:,P96图5-12(b)是利用MC1596构成

13、的调幅器电路。,第三节 低电平调幅电路,普通调幅波的表达式可写成 u(t)=(Um+Ummacost)cosct,一、普通AM电路,2019/10/20,25,Um已调波载波幅度，ma=Um/E 调幅度 可见,调整Rw调整E调整ma,第三节 低电平调幅电路,当Rw调至不对称时(E0)，按模拟乘法器的功能,2019/10/20,26,DSB波的表达式可写成 UDSB(t)=kUc(t)U(t) =kUcmcosctUmcost =kUcmUmcos(c+)t+cos(c-)t/2,第三节 低电平调幅电路,二、DSB调制电路,如果用MC1596实现DSB调制，只需将前述电路中的Rw调至对称（E=0

14、）即可。,2019/10/20,27,三、SSB调制电路 实现单边带调制有两种方法：滤波法；移相法 1滤波法：在DSB调制基础上加一带通滤波器，滤去其中一个边带。 原理电路:,对带通滤波器的要求严格。,第三节 低电平调幅电路,2019/10/20,28,2移相法: 对移相器要求严格,第三节 低电平调幅电路,+,-,2019/10/20,29,通常把调幅波解调器称为检波器 调幅波解调：从调幅波中提取出原调制信号。 前已述及，调幅波有三种形式，即普通AM、DSB和SSB，形式不同，检波方法亦不同。 调幅信号的检波方法： 峰值包络检波，可用于解调普通AM； 乘积检波（也称同步检波），可用于AM、DS

15、B、SSB。主要用于DSB或SSB的解调。可实现无失真检波。,第四节 振幅检波,2019/10/20,30,UL为输出直流 注意：kd=Po/Pdc 2检波失真要小（检波输出的u接近包络） 3检波器输入电阻要高，这样对前级影响小,检波器,第四节 振幅检波,对检波器的要求（质量指标）： 1检波效率kd要高,检波器的构成：,2019/10/20,31,一、峰值包络检波（属大信号检波，一般要求Ui0.5V） （一）电路：,（二）工作原理： ui(t)=Uc(1+macost)cosct Ui+给C充电，充=rdC很小，uL很快接近ui的峰值， 并对D形成反压(-UL),第四节 振幅检波,2019/10/20,32,当uLui时，D截止，电容上的电压RL放电，放=RLC，波形如图：,显然只有uiuL时，才有电流iD，它的幅度与包络幅度相对应 由图可见，uL为锯齿波型，它与ui的包络形状基本一致，重现调制信号包络形状，从而完成峰包检波,第四节 振幅检波,2019/10/20,33,应该指出：uL中既包括低频分量(与ui包络相对应),又包括直流分量(与ui的载波振幅相对应),还包括残余的高频分量(由于uL的锯齿状波动)适当选择RLC的时间常数，使RLCTC (=2/C)，放电很缓慢，可提高输出直流分量，低频分量，抑制高频分量。,第四节 振幅检波,2019/10/20,34,（三）