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1、第 7 章 模拟调制与解调 2016/6/15高频电路基础 2 概 述 l调制与解调 使高频信号（载波）的某一个或几个参量（幅度、频率、 相位）按照频率较低的信息信号的变化规律改变，称为调 制。调制后的高频信号称为已调波。从已调波中将原来的 信息信号恢复出来称为解调。 l调制与解调的目的 提高信息信号的频率，使它能够通过无线电波传输； 改变信息信号占用的频带，充分利用整个无线电频谱宽 度。 2016/6/15高频电路基础 3 l从载波改变的参量区分，可将调制形式分为幅度调制、频 率调制、相位调制以及几种调制形式的混合；从信息信号 和已调波信号的频谱关系区分，可以将调制形式分为线性 频谱变换和非
2、线性频谱变换两种。 l已调波解调时，按照是否需要原来的载波参与非线性运算 ，可将解调过程分为相干解调与非相干解调两大类。 l调制与解调过程都是非线性过程，在已调波中具有原来载 波和信息信号所不具有的频率成分。 2016/6/15高频电路基础 4 振幅调制 l振幅调制 l载波的振幅随调制信号幅度的变化而变化 l振幅调制的形式 l普通调幅 AM（Amplitude Modulation） l双边带调幅 DSB AM（Double Side Band AM） l单边带调幅 SSB AM（Single Side Band AM） l残留边带调幅 VSB AM（Vestigial Side Band A
3、M） 2016/6/15高频电路基础 5 普通调幅 AM l载波信号 l调制信号 l已调信号 其中 称为调制系数，ka 称为调制灵敏度 2016/6/15高频电路基础 6 AM信号的波形 l正常调制：ma1 l通常 ma30 2016/6/15高频电路基础 7 AM信号的频谱 l单频调制 2016/6/15高频电路基础 8 AM信号的频谱 l频带调制 2016/6/15高频电路基础 9 AM信号的功率 l载波功率 l边带功率 l总功率 l普通调幅的效率不高 2016/6/15高频电路基础 10 例 某AM发射机的载波发射功率为 9kW，当载波被频率W1调制时 ，发射功率为10.125kW，试计
4、算调制度m1。如果再加上另一 个频率W2的正弦波对它进行40%的调制，试求这两个正弦波同 时进行调制时的总发射功率。 解：频率W1调制时， 第二种情况下， W1 和W2 之间满足线性叠加关系，所以 2016/6/15高频电路基础 11 双边带调幅 DSB AM l抑制载波，只发送上下两个边带信号 l效率提高，带宽不变 2016/6/15高频电路基础 12 DSB AM 的波形 包络过零时载波反相 2016/6/15高频电路基础 13 单边带调幅 SSB AM l抑制载波，仅发送一个边带（上边带或下边带） l效率提高，带宽减小 2016/6/15高频电路基础 14 残留边带调幅 VSB AM l
5、在DSB中保留部分载频，SSB与DSB的一种折衷 l比较容易解调，能够传送带有直流的信号 2016/6/15高频电路基础 15 不同形式的振幅调制比较 l普通调幅：频谱利用率低、功率利用率低、调制电 路简单、解调电路最简单 l双边带调幅：频谱利用率低、功率利用率较高、调 制与解调电路稍复杂 l单边带调幅：频谱利用率高、功率利用率高、调制 电路较复杂、解调较困难 l残留边带调幅：频谱利用率高、功率利用率高、调 制电路稍复杂、解调电路较简单 2016/6/15高频电路基础 16 振幅调制电路 l低电平调制电路 l利用非线性器件的乘法作用构成调制 l在小信号状态进行调制 l高电平调制电路 l利用丙类
6、谐振功放的调制特性，作基极调制或集电 极调制 l电路简单、输出功率大、效率高 l调制信号需要具有较大的功率 2016/6/15高频电路基础 17 一、高电平调幅 1、基极调制 lVBB 与 vW 形成实际的 基极偏压 l晶体管工作在欠压状 态 普通调幅波的调制电路 2016/6/15高频电路基础 18 特点： 所需调制功率 相对较小 受调制特性非 线性的影响， 动态范围较小 工作于欠压状 态，效率较低 2016/6/15高频电路基础 19 2、集电极调制 lVCC 与 vW 形成 实际的集电极 偏压 l晶体管工作在 临界过压状 态 2016/6/15高频电路基础 20 特点： 需要的调制 功率
7、较大 工作在临界 过压状态 ，效率较高 2016/6/15高频电路基础 21 3、双重调制 l理想的高电平调制状态：效率高、线性好 l影响高电平调制的因素： l工作在过压状态：效率高，但线性差 l工作在欠压状态：线性好，但效率低 l改善措施：双重调制 l基极调制集电极调制 l集电极调制集电极调制 l特点：放大器始终工作在临界弱过压状态 2016/6/15高频电路基础 22 二、低电平调幅 1、AM l实现原理 l实现方案 2016/6/15高频电路基础 23 2、DSB调幅 l实现原理 lvDSB = k vW vC l实现方案 2016/6/15高频电路基础 24 例 用MC1496构成的A
8、M和DSB调制器 Pin10，载波输入 Pin1，调制信号输入 调节 Carrier Null 电位器，可输出普通AM（有载波）或DSB（ 无载波） 2016/6/15高频电路基础 25 AM输出信号及其频谱DSB输出信号及其频谱 2016/6/15高频电路基础 26 3、SSB调幅 l实现原理1：滤波法 lDSB电路边带滤波器 l直接滤波难以在高频端实现，所以实际多在较低频 率上实现SSB调制，再通过多次变频与滤波，将载 波频率升上去 2016/6/15高频电路基础 27 l实现原理2：移相法 其中 ， , 称为 vW 的 Hilbert 变换 2016/6/15高频电路基础 28 Hilb
9、ert 变换要求对vW 中的所有频率分量移相，对于一般 的模拟信号来说，实现稍复杂 2016/6/15高频电路基础 29 l实现原理3：相移滤波法 2016/6/15高频电路基础 30 振幅解调 振 幅 解 调 电 路 l需要与载波同步的参考信号 l有乘积型和叠加型两种结构 l适用于所有振幅解调 包络检波 (非相干解调) l设备简单，无需其他信号 l只适用于普通 AM 同步检波 (相干解调) 2016/6/15高频电路基础 31 大信号峰值包络检波电路 l二极管串联型电路 lvi 大于二极管的导通电压（通常要求vi在1V以上） l 2016/6/15高频电路基础 32 大信号峰值包络检波电路的
10、输出波形 2016/6/15高频电路基础 33 大信号峰值包络检波电路工作状态分析 l大信号工作状态 l二极管可以用折线近似 其中gD是二极管的正向电导 2016/6/15高频电路基础 34 流过二极管的电流是导通角为q 的尖顶余弦脉冲，由于W VC 2016/6/15高频电路基础 59 在叠加后的幅度中包含 W 和 2W 的成分 ，当 VC Vsm， VrmVD(on)。对于频率wc ，电容C 的容抗远小于电阻RL；对于频率W ，电容C的容抗远大于电 阻RL。求输出电压表达式。 2016/6/15高频电路基础 61 解：这是一个用平衡调制解调电路同步解调SSB信号的例子，根 据前面对平衡调制
11、解调电路的分析， 在这个电路中，大信号是Vrmcoswct，小信号是Vsmcos(wc+W)t， wL=wc，wS=wc+W。由于输出部分电容C的滤波作用，只有低频 部分才能够在电阻RL上产生压降，形成输出电压，所以上式中 只有wL-wS项才有输出，即 2016/6/15高频电路基础 62 角度调制 l调频 FM（Frequency Modulation） 载波的瞬时频率与调制信号成线性关系 l调相 PM（Phase Modulation） 载波的瞬时相位与调制信号成线性关系 l记载波为 v = Vm cos j (t) 瞬时角频率为 w (t)，则有 l调频与调相，实际上都有相位的变化，统称
12、调角波 2016/6/15高频电路基础 63 调角信号的表示 设调制信号为单频信号 调频 瞬时角频率 w (t) 与 vW (t) 成线性关系，即 其中 Dwm = kfVW 是载波的最大角频偏 2016/6/15高频电路基础 64 其中 为调频指数，表示载波的瞬时相位的 最大偏移量 注意：调幅系数 ma10时 BW 2mF 2016/6/15高频电路基础 74 频带调制的带宽 l调频信号 由于 即 ，当F 增加时，mf下降， 而 所以在频带调制时， BW 的增加不大，具有恒定带宽特性 l调相信号 由于mp=kpVW，与F 无关。当F 增加时，mp保持不变， 所以在频带调制时，带宽 BW 与调
13、制频率 F 成正比 2016/6/15高频电路基础 75 调频波的频谱 调相波的频谱 2016/6/15高频电路基础 76 实际生活中的调频信号 lFM广播，88108MHz l单声道：最大调制频率Fmax=15kHz l最大频偏Dfm=75kHz lBW =2(75+15) = 180kHz l立体声：最大调制频率Fmax=53kHz l最大频偏Dfm=67.5kHz lBW =2(67.5+53) = 241kHz l电视伴音 l最大调制频率Fmax=15kHz l最大频偏Dfm=50kHz lBW2(50+15) =130kHz 2016/6/15高频电路基础 77 调频信号产生原理与电
14、路 l直接调频 l变容二极管直接调频 l电抗管直接调频 l张弛振荡器直接调频 l锁相环调频 l间接调频 调相电路 积分电路 vC vW vFM 压控振荡器调频 2016/6/15高频电路基础 78 变容二极管直接调频电路 L、C1、C2 构成电容三点式振荡电路 C3、D 与C1、C2 并联 变容二极管上叠加有直流偏置电压VDQ与调制信号电压vW 2016/6/15高频电路基础 79 其中 ，称为结电容调制度 2016/6/15高频电路基础 80 假定C3很大，又有 ， 则 上式称为变容二极管的调制特性方程 其中 ，是处于静态工作点时的振荡频率 当 g = 2 时，获得线性调制 2016/6/1
15、5高频电路基础 81 实际的变容二极管直接调频电路 l变容二极管部分接入 当 C3 较小，与 Cj 相比不可忽略时，有 2016/6/15高频电路基础 82 变容二极管部分接入的LC谐振回路的频率以及频率变化率与 调制电压的关系： 2016/6/15高频电路基础 83 l变容二极管背靠背连接 对于高频载波来说，D1D2反向串联，所以由于高频载波电 压造成的电容变化相互抵消，可以减轻寄生调制效应 2016/6/15高频电路基础 84 实际电路例子 2016/6/15高频电路基础 85 l石英晶体与变容二极管联合使用 l石英晶体等效成一个电感 l频率稳定性很好 l频偏很小（ Df iZ，Z1Z2
16、时 2016/6/15高频电路基础 89 l由电抗管构成电抗元件 电容 电感 电感 电容 2016/6/15高频电路基础 90 实际电路的例子 变压器反馈振荡电路 电抗管 2016/6/15高频电路基础 91 张弛振荡器直接调频电路 l非正弦振荡器 l三角波、方波 l一般需要通过滤波器取出基频后输出 l频偏较大 l线性好 l电路便于集成 l单独使用时频率稳定度不高，一般都组成锁相环应 用 锁相环调频电路 l载频用石英晶体振荡器，稳定可靠 l采用压控多谐振荡器，频偏大，线性好 l锁相环工作在载波跟踪状态 l最大频偏受压控振荡器频率范围以及鉴相器鉴相范围限制 2016/6/15高频电路基础 92 调制信号 已调信号 载波信号 2016/6/15高频电路基础 93 调相电路与间接调频电路 l调相电路 l矢量合成法调相
