Chapter7振幅调制与解调解析.ppt

无线电发射机方框图 Chapter7振幅调制与解调 调制 将要传送的信息装载到某一高频振荡 载频 信号上去的过程 按调制信号的形式分 按载波的不同 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 3 解调 将接收到的信号经过反调制的过程 把载波所携带的信号取出来 得到原来的信号的过程 检波器的作用 从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号 检波 实现调幅的方法 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 4 Chapter7振幅调制与解调 7 1频谱搬移电路的特性 7 2振幅调制原理 7 3振幅调制方法与电路 7 4振幅解调 检波 原理与电路 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 5 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在频率轴上搬移 则称之为线性频率变换 具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路 7 1频谱搬移电路的特性 a 混频原理 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 6 b 调幅原理 c 检波原理 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 7 7 2振幅调制原理 一 调幅波的性质 设简谐调制信号载波信号 1 调幅波的数学表达式 则调幅信号振幅为 是调幅波的主要参数之一 它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度 调幅指数 调幅度 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 8 2 普通调幅波的波形图 a 调制信号 b 已调波形 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 9 若ma 1 AM信号波形某一段时间振幅为将为零 称为过调制 过调制波形图 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 10 3 调幅信号的频谱及带宽 将调幅波的数学表达式展开 可得到 未调幅的载波 上边频 下边频 正弦调制的调幅波频谱 单频调制时 其调幅波的频谱宽度为调制信号的两倍 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 11 非正弦波调幅信号的频谱图 由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程 即将调制信号的频谱搬移到载波附近 成为对称排列在载波频率两侧的上 下边频 调制信号频谱 下边带 上边带 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 12 4 普通调幅波的功率关系 将作用在负载电阻R上 载波功率 上边频功率 在调幅信号一周期内 AM信号的平均输出功率 边频功率之和占总输出功率是很小的 整机效率很低 但其调制设备简单 解调更简单 便于接收 通常无线电广播就是采用这种方法 下边频功率 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 13 二 抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波 1 抑制载波的双边带调幅波 为了克服普通调幅波效率低的缺点 提高设备的功率利用率 可以不发送载波 而只发送边带信号 这种调制方式称为抑制载波的双边带调幅 DSB 其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍 即 进入 其数学表达式为 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 14 单频调制双边带调幅波及其频谱 返回 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 15 2 单边带调幅波 单边带调幅 既抑制载波 又只传送一个边带的调制方式 用SSB表示 其表达式为 其频带宽度为 或 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 16 电压表达式 普通调幅波 载波被抑制双边带调幅波 单边带信号 波形图 频谱图 信号带宽 表7 1三种振幅调制信号 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 17 3 残留边带调幅 残留边带调幅 记为VSB 在发射端发送一个完整的边带信号 但载波信号和边带信号部分被抑制的调制方式 这样它保留了单边带调幅节省频带的优点 且具有滤波器易于实现 解调电路简单的特点 在广播电视系统中图象信号采用残留边带调幅 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 18 例7 1 已知两个信号电压的频谱如图所示 要求 写出两个信号电压的数学表达式 并指出已调波的性质 计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及调幅波的频带宽度 解 a 为普通调幅波 b 为抑制载波的双边带调幅波 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 19 载波功率 双边带信号功率 故 普通调幅波和抑制载波的双边带调幅波的频谱宽度相等 即 作业 7 57 8 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 21 非线性调幅原理框图如下 7 3振幅调制方法与电路 按调制电路输出功率的高低可分为 一般置于发射机的前级 再由线性功率放大器放大已调信号 得到所要求功率的调幅波 一般置于发射机的最后一级 是在功率电平较高的情况下进行调制 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 22 一 低电平调幅电路 1 简单的二极管调幅电路 二极管调幅电路 平方律调幅 信号较小时的工作状态 当vD很小时 级数可只取前四项 经分类整理可知 0 是我们所需要的上 下边频 这对边频是由平方项产生的 故称为平方律调幅 其中最为有害的分量是 0 2 项 由于二极管不容易得到较理想的平方特性 因而调制效率低 无用成分多 目前较少采用平方律调幅器 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 23 2 斩波调幅 由两个二极管组成的平衡斩波调幅器 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 24 平衡调制器输出的电压波形 输出调幅波有用电流分量 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 25 2 环形调制器 在平衡调制器的基础上 再增加两个二极管 使电路中4个二极管首尾相接构成环形 这就是环形调制器 环行调制器原理图 振幅比平衡调制器提高了一倍 并抑制了低频 分量 因而获得了广泛应用 环形调制器输出电流的有用分量 3 模拟相乘器调幅电路 自学 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 26 4 产生单边带信号的方法 1 滤波器法 滤波器法实现单边带调制 实际滤波器法单边带发射机方框图 为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波 而是先在低频进行滤波 然后进行频率搬移 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 27 2 相移法 相移法是利用移相的方法 消去不需要的边带 相移法单边带调制器方框图 故输出电压为 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 28 3 修正的移相滤波法 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 29 二 高电平调幅电路 集电极调幅电路 集电极调幅电路 为了获得有效的调幅 集电极调幅电路必须总是工作在过压状态 放大器的有效集电极电源电压等于 Vcc v 它随调制信号的波形变化而变化 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 30 集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率 集电极平均耗散功率 直流输入功率 总输入功率 总输出功率 调幅器供给的调制功率 集电极效率 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 31 故 总输入功率分别由VCC与v 所供给 VCC供给用以产生载波功率的直流功率P T v 则供给用以产生边带功率的平均功率PDSB 平均功率均为载波点各功率的 倍 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 集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的 倍 应根据这一平均耗散功率来选择晶体管 以使PCM Pcav 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 32 例7 2 有一载波输出功率等于15W的集电极被调放大器 它在载波点 未调制时 的集电极效率 T 75 试求各项功率 包括未调幅与100 调幅时的功率 解 直流输入功率 未调幅时的集电极耗散功率 100 调幅时调幅器供给的调制功率为 边带功率 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 33 总输出功率 总输入功率 集电极平均耗散功率 集电极效率 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 34 直流输入功率 直流输出功率 集电极耗散功率 效率 结论 不管调制与否 集电极的效率保持不变 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 35 一 概述 检波器的组成应包括三部分 高频已调信号源 非线性器件 RC低通滤波器 7 4振幅解调 检波 原理与电路 载波被抑制的已调波解调原理 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 36 检波器的分类方法有很多种 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 37 二 包络检波器 连续波串联式二极管大信号包络检波器 串联型二极管包络检波器 图中 R 负载电阻 值很大 C 负载电容 二极管包络检波器波形图 1 工作原理 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 38 2 包络检波器的质量指标 1 电压传输系数 检波效率 Kd 可以证明 当R Rd时 0 cos 1 即检波效率Kd接近于1 这是包络检波的主要优点 电流通角 2 等效输入电阻Rid 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 39 由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的 这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化 从而产生失真 3 失真 惰性失真 对角线切割失真 惰性失真 为了防止惰性失真 必须减小RC的数值 加快电容器的放电速度 使检波器能跟上高频信号电压包络的变化 也就是要求 或写成 在工程上可按RC max 1 5计算 不产生惰性失真的条件 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 40 负峰切割失真 底边切割失真 由于交 直流负载电阻不同所产生的失真 考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻ri2后的检波电路 检波过程中 Cc两端建立了直流电压经电阻R和ri2分压 在R上得到的直流电压为 负峰切割失真波形 为了避免这种失真 必须满足 不产生负峰切割失真的条件 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 41 非线性失真 频率失真 由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的 由于耦合电容Cc和滤波电容C所引起的 Cc的存在主要影响检波的下限频率 min 为使频率为 min时 Cc上的电压降不大 不产生频率失真 必须满足下列条件 电容C的容抗应在上限频率 max时 不产生旁路作用 即它应满足下列条件 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 42 乘积型检波电路 三 同步检波器 1 乘积型同步检波器 叠加型检波电路 经过低通滤波后 2020 3 24 Copyrightsyaoping Allrightsreserved 43 2 叠加型同步检波器 叠加型检波电路 合成信号为不失真的调幅波 通过包络检波器便可检出所需的调制信号 若输入信号为SSB信号 则 可推导出 其中 2020 3 24 Copyrigh