第六章 振幅的调制与解调

李阳李阳2016.03 本门课程的主要研究内容是什么？本门课程的主要研究内容是什么？ 调制的定义是什么？调制的定义是什么？ 为什么必须要进行调制？为什么必须要进行调制？ 什么是线性频率变换？什么是线性频率变换？ 研究内容研究内容：调制、解调调制、解调本门课程的核心本门课程的核心 调制的定义：调制的定义：用低频信号控制高频振荡的用低频信号控制高频振荡的三个基本参数之一，使之按照低频信号规三个基本参数之一，使之按照低频信号规律变化的过程。律变化的过程。 试给出调幅的定义？试给出调幅的定义？ 调制的必要性：调制的必要性：1）难于天线尺寸；）难于天线尺寸；2）难）难于选台及多路通信。于选台及多路通信。 调制以后会是什么调制以后会是什么样子？样子？ 线性频率变换：线性频率变换：当频率变换前后，信号的当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真的在频率轴上搬移。在频率轴上搬移。 什么器件可以实现频什么器件可以实现频率变换？率变换？AM幅度：幅度：FM瞬时频率：瞬时频率：PM瞬时相位：瞬时相位： tvkVtVaa0 tvktff0 tvkttvktPPP00调制调制前后前后对比对比频谱搬移频谱搬移1c2c6.1.1 振幅调制简述二、二、 调幅的方法的分类调幅的方法的分类集电极调幅集电极调幅6.1.1 振幅调制简述平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅调幅方法调幅方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅基极调幅基极调幅模拟乘法器调幅模拟乘法器调幅波形特点：波形特点： (1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致制信号波形一致; (2) 调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱度反映了调幅的强弱度 2. 普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调 幅tmtmtVttmVt)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(0a0a000a0AMv 调制信号调制信号0载波载波调幅波调幅波0+上边频上边频0-下边频下边频6.2.1 调幅波的数学表示式与频谱nnnnntmtmtVtmtmtVttmVt)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1)(n0nn0n00n0n0n000nn0AMv信号带宽信号带宽0 (2) 限带信号的调幅波max调幅波调幅波maxmaxmaxmax调制信号调制信号载波载波0+max上边带上边带0-max下边带下边带6.2.1 调幅波的数学表示式与频谱0max2B 6.2.2 调幅波中的功率关系能量守恒 如果将普通调幅波输送功率至如果将普通调幅波输送功率至电阻电阻R上，则载波与两个边频将分别上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：得出如下的功率：00002Vma02Vma00VttmVtooacos)cos1 ()(v载波功率载波功率:RVP20oT21上边频或下边频上边频或下边频: :oT2a20aSB2SB1412121PmRVmPP在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AMAM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是oTaDSBoTAMPmPPP)211 (2 载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。当ma1时，PoT(2/3)Po ；当ma0.5时，PoT(8/9)Po ； 从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。oT2aDSBoTAMPmPPP)211 ( 6.2.2 调幅波中的功率关系00002Vma02Vma00V6.2.2 结论 方法简单，易于实现，设备简单，成本低；方法简单，易于实现，设备简单，成本低； 抗干扰能力差，干扰主要影响幅度；抗干扰能力差，干扰主要影响幅度； 占用带宽窄：占用带宽窄： 一般一般ma=30%，效率低，效率低，max2BOTOTOTaOTDSBOTOPPPmPPPP%5 . 4212故希望抑制载波，提高信息传输效率故希望抑制载波，提高信息传输效率6.2.2 例题例例1：已知某调幅波表达式：已知某调幅波表达式： V 102cos103cos6010052tttvAM试求： 载波电压振幅 载波频率 调制信号频率 调幅指数 已调波的最大振幅 ?0V?0f?F?am?maxV例例2：如图所示，为一已调信号的频谱图。问：如图所示，为一已调信号的频谱图。问：该信号的调制方式是什么？该信号的调制方式是什么？写出已调信号的表达式。写出已调信号的表达式。1.画出用理想乘法器实现此调制的方框图。画出用理想乘法器实现此调制的方框图。调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。率变换。低电平调幅电路低电平调幅电路一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。6.3 低电平调幅低电平调幅6.3.1 平方律调幅平方律调幅一、一般性说明一、一般性说明6.3.1 平方律调幅平方律调幅二、幂级数分析二、幂级数分析非线性器件特性非线性器件特性非线性器件输入非线性器件输入非线性器件输出非线性器件输出非线性器件输出频谱非线性器件输出频谱带通滤波器特性带通滤波器特性输出调幅波频谱输出调幅波频谱输出调幅波输出调幅波几几点点结论结论6.3.2 平衡调幅器平衡调幅器一、电路原理图一、电路原理图6.3.3模拟乘法器调幅模拟乘法器调幅用用MC1496实实现现调调幅幅的的电电路路6.3.3模拟乘法器调幅模拟乘法器调幅用用MC1496实实现现调调幅幅的的电电路路6.4 高电平调幅高电平调幅高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。率和调制线性的要求。最常用的方法是对最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。功放的供电电压进行调制。根据调制信号控制方式的不同，对晶体管根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电平调幅又可分为而言，高电平调幅又可分为基极调幅和集电基极调幅和集电极调幅。极调幅。思考：当实现幅度调制时，额外有功率放思考：当实现幅度调制时，额外有功率放大要求时，电路如何让实现？大要求时，电路如何让实现？ 如发射机的末级如发射机的末级6.4.1 集电极调幅集电极调幅高频功放的电路图如何画？高频功放的电路图如何画？vb(t)+VcT+VBB+vCEvBE+LCvc+-+v Vc如何基于高频功放实现调幅？如何基于高频功放实现调幅？集电极调幅的结论：集电极调幅的结论：2) 总输入功率分别由总输入功率分别由VCT与与V 所供给，所供给，VCT供给用供给用以产生载波功率的以产生载波功率的直流功率直流功率POT，V 则供给用以产则供给用以产生生边带功率边带功率的平均功率的平均功率PDSB。1) iC呈尖顶余弦脉冲呈尖顶余弦脉冲 3) 工作状态：丙类工作状态：丙类过压过压4) 输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。5) 集电极调幅为集电极调幅为等效率、等电压利用系数调幅等效率、等电压利用系数调幅。6.4.2 基极调幅基极调幅vb(t)+VcT+VBB+vCEvBE+LCvc+-+v VB如何基于高频功放实现基极调幅？如何基于高频功放实现基极调幅？基极调幅的结论：基极调幅的结论：2) 总输入功率分别由总输入功率分别由VCT与与V 所供给，载波功率的所供给，载波功率的直流功率直流功率POT及产生边带功率的平均功率及产生边带功率的平均功率PDSB均由直均由直流电源流电源VCT提供。提供。1) 非等效非等效调制调制4) 输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。5) 集电极调幅为等效率、等电压利用系数调幅。集电极调幅为等效率、等电压利用系数调幅。 3) 工作状态：丙类工作状态：丙类欠压欠压