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1、 振幅调制与解调。1概述为什么要调制?信号不调制进行发射天线太长，无法架设。 信号不调制进行传播会相互干扰,无法接收。调制的必要性：可实现有效地发射,可实现有选择地接收。调制按载波的不同可分为脉冲调制、正弦调制和对光波进行的光强度调制等.按调制信号的形式可以分为模拟调制和数字调制。调制信号为模拟信号的称为模拟调制，调制信号为数字信号的称为数字调制。正弦波调制有幅度调制M、频率调制FM和相位调制PM三种基本方式，后两者合称为角度调制.调制是一种非线性过程.载波被调制后将产生新的频率分量，通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。几个基本概念：载波：高频振荡波； 载频：载波的频率 调制：将低
2、频信号“装载”在载波上的过程。即用低频信号去控制高频振荡波的某个参数，使高频信号具有低频信号的特征的过程；已调波:经调制后的高频振荡波; 解调:从已调信号中取出原来的信息；调制信号：低频信号（需传送的信息）。w 模拟调制有以正弦波为载波的幅度调制和角度调制。w 幅度调制，调制后的信号频谱和基带信号频谱之间保持线性平移关系,称为线性幅度调制。(振幅调制、解调、混频）w 角度调制中,频谱搬移时没有线性对应关系，称为非线性角度调制.(频率调制与解调电路） 什么是调幅？定义 :载波的振幅值随调制信号的大小作线性变化，称为振幅调制,简称调幅（AM）实现调幅的方法有：低电平调幅和高电平调幅.低电平调幅：调
3、制过程是在低电平进行,因而需要的调制功率比较小。有以下两种:1。平方律调幅:利用电子器件的伏安特性曲线平方律部分的非线性作用进行调幅.斩波调幅：将所要传输的音频信号按照载波频率来斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器，取出调幅成分。高电平调幅：调制过程是在低电平进行，通常在丙内放大器中进行。 .低集电极（阳极）调幅；2.基极（控制栅极）调幅: 图0普通调幅电路模型w 普通调幅（AM)：含载频、上、下边带w 双边带调幅（DB）：不含载频w 单边带调幅(SB）:只含一个边带w 残留单边带调幅（VSB）：含载频、一个边带解调过程 包络检波(非相干）： 同步检波（相干）： 峰值包络检波平均包络
4、检波 乘积型同步检波 叠加型同步检波 振幅调制过程： AM调制 DSB调制 SSB调制9。 检波简述检波过程是一个解调过程，它与调制过程正相反。检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号.还原所得的信号与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称为包络检波器.由频谱来看，检波就是将调幅信号频谱由高频搬移到低频，如图9.12所示（此图为单音频调制的情况）.检波过程也是要应用非线性器件进行频率变换，首先产生许多新频率，然后通过滤波器，滤除无用频率分量，取出所需要的原调制信号。图91.1 检波器的输入输出波形图9.1.2检波前后的频谱 图9。1.3检波器的组成部分综上，一个检波器需由三个重
5、要部分组成1)高频信号输入电路。2）非线性器件。通常用二极管或晶体管工作于非线性状态.3）低通滤波器。通常用R电路，取出原调制频率分量,滤除高频分量.9.调幅波的性质9.2。1 调幅波的数学表达式与频谱 调制信号为：;载波为：,那么在理想情况下,已调波的振幅为:，是比例系数。因此,已调波可以用以下式子表示:，(式9.23)其中，叫做调幅指数或者调幅度，通常用百分比表示。m的数值在0到1之间,其绝对值应该不超过1,如果m1,那么，已调波的包络会产生严重失真。这样的已调波检波以后，不能够恢复到原来的信号。因此，过量调幅应尽量避免.图9。2。 (a）调制信号 （b) 载波信号 （c)调幅波形-调幅波
6、的形成(正弦调制）将式。2。3展开为: ，式(9.25）说明,由正弦波调制的调幅波是由三个不同频率的正弦波组成的：第一项为未调幅的载波;第二项的额率等于载波频率与调制频率之和，叫做上边频(高旁频):第三项的频率等于载波频率与调制频率之差，叫做下边频(低旁额).后两个频率显然是由于调制产生的新频率。把这三组正弦波的相对振幅与频率的关系画出来，就得到如图92.所示的频谱图。由于a的最大值只能等于l,因此边频振幅的最大值不能超过载波振幅的二分之一。 图9。2。 正弦调制的调幅波频谱 以上讨论的是一个单音信号对载波进行调幅的最简单情形,这时只产生两个边频。实际上，通常的调制信号是比较复杂的,含有许多频
7、率，因此由它历产生的调幅彼中的上边频和下边频都不再只是一个，而是许多个,组成了所谓上边频带与下边频带.调幅波的两个边带的频谱分布对载波是对称的，可分别用(。5g(+）与（0.5g(0-）来表示.由图显然可知,调幅过程实际上是一种频率搬移过程.经过调制后,调制信号的频谱被搬移到载频附近,成为上边带与下边带.92。2 调幅波中的功率关系如果将式（9.25)所代表的调幅波电源输送功率至电阻R上,则载波与两个边频将分别给出如下的功率：载波功率 下边频功率下边频功率调幅波的平均输出总功率(一周期内)为：，在没有调幅时，a0，P=PT;在100%调幅时，ma=1，Po=0。5P，因此，调幅波的功率随着m的
8、增大而增大，其所增加的部分只是两个边频所产生的功率0。5 P0T2。由于信号包含在边频带内，应该尽量提高m的值，以增强边带功率，提高信号的传输能力。但在实际传送语言或音乐时，平均调幅度往往是很小的。假如声音最强时，能使a达到10,那么声音员弱时,ma就可能比10还要小。因此平均调幅度大约只有2%一0o这样,发射机的实际有用倍号功率就很小，因而整机效率低。这可以说是调幅制本身所固有的缺点.。3 平方律调幅9.1 工作原理要进行平方律调制,必须利用电子器件的非线性特性。半导体器件与电子管等都是可以用作进行调幅的非线性器件。图9。表示非线性调制的方框图.将调制信号v与载波信号相加后，同时加入非线性器
9、件，然后通过中心频率为w0的带通滤波器取出输出电压0中的调幅被成分v（t）。 图。3。1 非线性调幅方框图 设非线性器件为二极管，特性为：，其中,线性项（系数为a1）不产生新频率，只是再现原有频率w0与；平方项(系数为a2）产生直流增量、(0+)、(w0-)、2 w0与2等项.其中(w0+)、（0）)项为预期获得的调幅波边频。结论：调幅度a的大小由调制信号电压振幅及调制器的特性曲线所决定,即由a、a2所决定.通常 ，因此用这种方法所得到的调幅度是不大的.为了使电子器件工作于平方律部分，电子管或晶体管应工作于甲类非线性状态，因此效率不高。所以,这种调幅方法主要用于低电平调制。此外，它还可以组成平
10、衡调幅器，以抑除载波。9.3。平衡调幅器将两个平方律调幅器按照图。2的对称形式连接,就构成平衡调幅器。这里是用二扳管的平方律特性进行调幅的。平衡调幅器的输出电压只有两个上、下边带，没有载波。亦即平衡调幅器的输出是载波被抑止的双边带。由图知： 图9。2串联双二极管平衡调幅器简化电路 ,带入可以求得：显然可知，输出中没有载波分量，只有上下边带与调制信号频率(可用滤波器滤掉）,亦即平衡调幅器的输出是载波校抑止的双边带(以SS表示）。以上是假设所有的二极管（或三极管）的特性都相同，电路完全对称。这样,输出中才能将载波完全抑止。事实上，电子器件的特性不可能完全相同，所用的变压器也难于做到完全对称.这就会
11、有载波漏到输出中去,形成载漏(carrie eak）.因此,电路中要加平衡装置，以使载漏减至最小。9。4 斩波调幅所谓斩波调幅就是将所要传送的信号通过一个受载波频率w控制的开关电路(斩波电路),以使它的输出波形被“斩成周期为的脉冲,因而包含只及各种谐波分量等。再通过中心频率为o的带通滤波器，取出所需要的调幅波输出vo(t)。如图9.1。 图9.4.1 斩波调幅器方框图 图。4。3平衡斩波调幅器方框图 ,S（t）是振幅为1，重复周期是的矩形波。斩波后，（t)S（t）S（t）的傅立叶级数展开为:1（)即如果，,则其中包含了等项,通过中心频率为w0的带同滤波器后,即取出了项，即是输出是载波被抑制的双
12、边带输出。图942 斩波调幅器工作图解用对称的开关得到的平衡斩波调幅图94.3如下: ，傅立叶级数为：S2（t)=平衡斩波调幅没有低频分量,而且高频分量的振幅也提高了一倍。经过中心频率为w0的带通滤波器后，同样得到的双边带输出。 .3平衡斩波调幅及图解9。2 实现斩波调幅的两种电路以上所讨论的开关电路可以由二极管组成.图94。4所示的电桥电路即可起到图9。4。中的开关电路作用。图中,。Vm应取得足够大，以使二极管的通断完全由V1（t）控制,即当vab时，四个二极管导通,使输出电压v(）等于零;当vb时,四个二极管截止，使（t）=。因此v(t）的波形如图9.4。（）所示，亦即实现了调幅. 图.4
13、 二极管电桥斩波调幅电路 图9.4 二极管环形斩波调幅电路也可以将四个二极管接成如图9。.5所示的环形调幅电路。这四个二极管的导通与截止也完全由载波电压1（t）决定。例如,当a端为正，b端为负时，D与D3导通，D2与D截止；当a端为负,b端为正时，则1与D3截止,D2与D4导通。这里的，D，D3,4起到了图.3（a）所示电路中的双刀双掷开关作用,因此输出电压v(t）的波形如图9。43（d)，亦即实现了调幅. 为了保证以上两种电路中的导通与截止都由载波电压v1（）决定，就要求它的振幅Vlm足够大。通常要求lm比调制信号峰值电压大10倍以上。电桥电路或环形电路过去常用氧化亚铜或晶体二极管制成，现在
14、也可以做成集成电路。这种调幅电路的优点是维护简易、稳定、寿命长；缺点是功率小,不适用于大功率电路。9.5模拟乘法器调幅（自学,不考试）9.6 单边带信号的产生在9。2已知,调幅波所传送的信息是包含在两个边带内的，载波本身不包含侵何信息。因此可以将载波抑止，并进一步再抑止一个边带，只让另一个边带发送出去.这样，仍具有传递信息的功能。这就是所谓单边带发送。单边带制在载波电话和短波通信中占有重要的地位,获得了广泛应用。调幅波所占的频谱宽度等于上下边带所占频宽之和。因此在采用单边带制后,频带可节约一半。这对于田益拥挤的短波波段（-30z)来说，有着极重大的现实意义。因为这样就能在同一波段内，使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高了短波波段的利用率.这是单边带制的主要优点。其次调幅波中载波功率占整个调幅波功率的绝大部分,但它并不包含所要传递的信息；单边带制则只传送携带信息的一个边带功率。因而在接收端获得同样的信噪比时，单边带制能大大节省发送的功率。如果调幅发射
