第十一章调制与解调

1、2022-3-29模拟电子技术1第十一章第十一章 调制与解调调制与解调 （1）掌握调幅波的基本特征，实现幅度调制和解）掌握调幅波的基本特征，实现幅度调制和解调的方法、基本电路。调的方法、基本电路。（2）掌握调频、调相信号的基本特征，了解调频）掌握调频、调相信号的基本特征，了解调频电路的组成、工作原理、性能特点。了解鉴频电路电路的组成、工作原理、性能特点。了解鉴频电路的组成、工作原理、性能特点。的组成、工作原理、性能特点。2022-3-29模拟电子技术211-1 调制解调的概念调制解调的概念一、一、 基本概念基本概念 二、调制的目的二、调制的目的 三、调制的分类三、调制的分类2022-3-29模

2、拟电子技术3一、一、SAM表达式、波形图及频谱表达式、波形图及频谱二、调幅波的功率二、调幅波的功率11.2.2双边带调幅（双边带调幅（Double Side Band AM）11.2.3 单边带调幅（单边带调幅（Single Side Band AM）一、滤波法一、滤波法 二、相移法二、相移法 11.2 连续波幅度调制连续波幅度调制11.2.1标准调幅标准调幅AM (Amplitude Modulation)2022-3-29模拟电子技术411.3 相位调制（相位调制（PM）11.4 频率调制（频率调制（FM）一、直接调频法一、直接调频法二、二、 间接调频法间接调频法11.5 调频与调相的联系

3、与区别调频与调相的联系与区别11.6 调角波的带宽调角波的带宽2022-3-29模拟电子技术511.7.1 调幅波的解调调幅波的解调检波检波一、一、二极管峰值包络检波电路二极管峰值包络检波电路 二、同步检波器（相干解调）二、同步检波器（相干解调）11.7.2 调角波的解调调角波的解调一、鉴相原理一、鉴相原理二、鉴频原理二、鉴频原理11.7 解调解调2022-3-29模拟电子技术6第十一章第十一章 调制与解调调制与解调11-1 调制解调的概念调制解调的概念解调解调：调制的逆过程，从已调信号还原出原来信号。：调制的逆过程，从已调信号还原出原来信号。调制调制：用消息信号去控制或改变一个基本电磁波的某

4、：用消息信号去控制或改变一个基本电磁波的某些参数的过程。些参数的过程。已调信号已调信号：调制后的信号。：调制后的信号。)(tus)(tuc)(tu调制信号调制信号：消息信号。：消息信号。载载 波波：消息载体，即为基本电磁波。：消息载体，即为基本电磁波。一、一、 基本概念基本概念2022-3-29模拟电子技术7调制)(tus)(tuc)(tu解调)(tu)(tusuctusttuust)(tuc2022-3-29模拟电子技术83.通过调制，增强信号的抗噪声能力。通过调制，增强信号的抗噪声能力。 二、调制的目的二、调制的目的1.将信息信号所具有的频谱将信息信号所具有的频谱 搬移到某频率处，使之搬移

5、到某频率处，使之与信道可传输的频谱相适应。与信道可传输的频谱相适应。2.实现信道多用。如：频分复用、时分复用。实现信道多用。如：频分复用、时分复用。2022-3-29模拟电子技术9连续波调制连续波调制 连续波调制连续波调制：用模拟或数字调制信号去控制模拟：用模拟或数字调制信号去控制模拟高频载波信号（一般常用正弦波）。高频载波信号（一般常用正弦波）。 脉冲调制脉冲调制 连续波模拟调制连续波模拟调制连续波数字调制连续波数字调制 三、调制的分类三、调制的分类正弦波的参量：幅度、频率、相位；正弦波的参量：幅度、频率、相位；模拟或数字调制信号；模拟或数字调制信号；2022-3-29模拟电子技术10连续波

6、调制连续波调制 脉冲调制脉冲调制 脉冲调制脉冲调制：用模拟调制信号控制脉冲序列信号或：用模拟调制信号控制脉冲序列信号或把模拟信号变换成数字信号（如把模拟信号变换成数字信号（如PCM、DM）。）。 连续波模拟调制连续波模拟调制连续波数字调制连续波数字调制脉冲模拟调制脉冲模拟调制脉冲数字调制脉冲数字调制 三、调制的分类三、调制的分类载波为脉冲序列信号，其理论依据为采样定理；载波为脉冲序列信号，其理论依据为采样定理；脉冲的参量：幅度、宽度、脉冲间隔；脉冲的参量：幅度、宽度、脉冲间隔；模拟系统传输模拟信号模拟系统传输模拟信号模拟系统传输数字信号模拟系统传输数字信号数字系统传输模拟信号数字系统传输模拟信

7、号一般不单独使用一般不单独使用2022-3-29模拟电子技术11振幅调制（调幅、振幅调制（调幅、AM）频率调制（调频、频率调制（调频、FM）相位调制（调相、相位调制（调相、PM）调角调角11.2 连续波幅度调制连续波幅度调制连续波模拟调制连续波模拟调制标准标准AM（SAM）双边带双边带AM(DSB AM)单边带单边带AM(SSB AM)AM2022-3-29模拟电子技术12一、一、SAM表达式表达式、波形图波形图及及频谱频谱11.2.1标准调幅标准调幅AM (Amplitude Modulation)图图11.2 由模拟加法器和乘法器构成的由模拟加法器和乘法器构成的AM调制电路调制电路 uc(

8、t) uo(t)-KMRpRRRUDuW W2022-3-29模拟电子技术13uc(t) uo(t)-KMRpRRRUDuW WttUUUUKtucDmcmDMo cos)cos1()(W W W W1.表达式表达式ttmUcam cos)cos1(0W W ttUcm cos)( ma：“调幅指数调幅指数”或或“调幅度调幅度”2022-3-29模拟电子技术142. 波形图波形图图图11.1 AM调制的载波、调制信号和已调波的波形调制的载波、调制信号和已调波的波形 Um(max)Um(min)uW Wt(b)(c)tuAMuct(a)ttmUtucamo cos)cos1()(0W W 202

9、2-3-29模拟电子技术15tUmtUmtUucmacmacmo)cos(2)cos(2cos000W W W W UAM()0CWCWCUm0maUm012maUm012图11.3 单频AM已调波频谱图 3. 频谱W 2AMBWttmUtucamo cos)cos1()(0W W 2022-3-29模拟电子技术16uW0tuAM0t (a) 复杂调制信号复杂调制信号(多频信号多频信号)的时域波形的时域波形 UW()0Wm a xUAM()0CWm a xCCWm a xWm a x (b) 复杂调制信号复杂调制信号(多频信号多频信号)的频谱的频谱 4.复杂调制信号复杂调制信号2022-3-2

10、9模拟电子技术17UW()0WmaxUA M()0CWmaxCCWmaxWmax(c) 多频调制多频调制AM已调波的频谱图已调波的频谱图 图图11.4 多频多频AM调制频谱图调制频谱图 mAMBWW 22022-3-29模拟电子技术18uW0tuAM0t图图11.5 多频多频AM已调波时域波形已调波时域波形 2022-3-29模拟电子技术191、载波功率、载波功率2、边频功率、边频功率二、调幅波的功率二、调幅波的功率LmcRUP22020)2(212maLsUmRP2022-3-29模拟电子技术20结论：结论：从功率的角度看，从功率的角度看，AM调制很不经济调制很不经济。 若若ma=0.30.

11、5，则效率更低。，则效率更低。4、边频功率与总功率之比、边频功率与总功率之比)10(222 aaaAMsmmmPP当当ma=1时，该比值达到最大值时，该比值达到最大值0.33。 3、总功率、总功率)2(4220aLmAMmRUP 2022-3-29模拟电子技术2111.2.2双边带调幅（双边带调幅（Double Side Band AM）1. DSB AM调制电路框图调制电路框图uWKuCuDSB图图11.6 DSB调制实现框图调制实现框图2022-3-29模拟电子技术222.表达式表达式ttUKUuKuuccmmcDSBcoscosWWW3. 波形图波形图 图图11.8 DSB已调波时域波形

12、已调波时域波形 uW Wt 0 180度相位突变度相位突变tuDSB0 2022-3-29模拟电子技术23tUKUtUKUuccmmccmmDSB)cos(21)cos(21WWWW4. 频谱频谱图图11.7 DSB已调波频谱已调波频谱 W 2DSBBW0 0 c-W W c c+W W cmmUKUW W21uDSBW W UW Wm uW W节省发射功率节省发射功率2022-3-29模拟电子技术24与与DSB一样，节省发射功率。一样，节省发射功率。1. 上边带和上边带和 下边带都反映了调制信号的频谱结构，下边带都反映了调制信号的频谱结构，可抑制掉一个边带，而不会丢失有用信息。可抑制掉一个边

13、带，而不会丢失有用信息。11.2.3 单边带调幅（单边带调幅（Single Side Band AM）带宽变小带宽变小WSSBBW；实现方法：实现方法：滤波法和相移法滤波法和相移法。2022-3-29模拟电子技术252.实现方法实现方法 图图11.9 滤波法单边带调制滤波法单边带调制 下边带已调波下边带已调波 tUucmSSB)cos(0W上上边带已调波上边带已调波 tUucmSSB)cos(0W下(1) 滤波法滤波法 2022-3-29模拟电子技术26(2)相移法相移法 )2cos()2cos(coscossinsincoscos0000WWWWttUttUttUttUucmcmcmcmSS

14、B下uWuCuSSB22图图11.12相移法实现单边带调制电路框图相移法实现单边带调制电路框图 2022-3-29模拟电子技术27图图11.10 单音单音SSB调制已调波频谱调制已调波频谱 0USSB()C-C 下边频下边频Um0Um0 USSB() 上边频上边频0CC+3.频谱频谱 2022-3-29模拟电子技术28UW0WtuSSB0tCWCW或图图11.11 单音单音SSB调制时域波形调制时域波形 4.波形图波形图 2022-3-29模拟电子技术291.正弦波的瞬时相位随调制信号线性变化的调制方正弦波的瞬时相位随调制信号线性变化的调制方式，称为相位调制。式，称为相位调制。11.3 相位调

15、制（相位调制（PM）调制信号为调制信号为u(t)，载波，载波uC(t) = Ucmcos(ct+ 0) tUtumW W W WW Wcos)(tmtUktpmpW W W W W Wcoscos)( mp=kpUW Wm -调相指数（最大相偏） 设则)()()()(0tuktttpcW W 2022-3-29模拟电子技术30)coscos()(cos000 tmtUtUupcmmPMUkmmppmW W 其其中中-最大频偏 W W W WmmppUkm 载波的瞬时相位载波的瞬时相位 0cos)( tmttpcttmdttdtmCpCsinsin)()( 2022-3-29模拟电子技术31图图

16、11.13 调相过程各信号波形调相过程各信号波形2.波形图波形图 0uPM0ttttCuC00uW2022-3-29模拟电子技术32图图 11.14 可控可控相移法相移法调相电路实现框图调相电路实现框图)(cos)()(cos)()(000WtuktZItZItupcmcmPM 晶体振荡器晶体振荡器 可控相移网络可控相移网络 )()()(jeZZPMu)(tuWtIicmccos03.实现方法实现方法 2022-3-29模拟电子技术33可控相移网络举例：可控相移网络举例：LC并联谐振回路并联谐振回路 0( )( )C tCkutWC0是控制电压为零时电容是控制电压为零时电容 iC受 uW控制C

17、LuPMC=C0 kuW(t)图图11.15 压控电容构成的压控电容构成的LC并联谐振移相网络并联谐振移相网络2022-3-29模拟电子技术3411.4 频率调制（频率调制（FM）1.频率调制：载波的瞬时频率随调制信号线性变化频率调制：载波的瞬时频率随调制信号线性变化)()(tuktfcW W dttukdtttfc)()()(W W tUtumW W W WW Wcos)(0sin W WW W W WtUktmfc0sin W W tmtfc2022-3-29模拟电子技术35)sincos(00WtmtUufcmFMWWWmmffUkm-调频指数调频指数 2022-3-29模拟电子技术36

18、0uFM0ttmttC(t)uC00uW图图11.16 调频过程各信号时域波形调频过程各信号时域波形2.波形图波形图 2022-3-29模拟电子技术37(1)直接调频法直接调频法图图11.17 直接调频法框图直接调频法框图 uW WuFM VCO 振荡器振荡器 3.实现方法实现方法 2022-3-29模拟电子技术38 (a) C4R2 +Ucc -UEEC1 L1 C2 C3R1 D L2 T 调频波输出调频波输出 uW W图图11.18 采用变容二极管的直接调频电路采用变容二极管的直接调频电路 2022-3-29模拟电子技术39 (b) 图图11.18 采用变容二极管的直接调频电路采用变容二

19、极管的直接调频电路 L2 D T 2022-3-29模拟电子技术40(2) 间接调频法间接调频法 W W tfcdttuktt00)()()( 晶 体振 荡 器uC调 相 器积 分 器uFMuW图图11-19 间接调频法间接调频法 2022-3-29模拟电子技术41)sincos(00WtmtUufcmFM)coscos(00 tmtUupcmPM调频调频(FM)调相调相(PM)W W fmm W W pmm W W ukp W W ukf mfUkBWW W 2W W W WmpUkBW211.5 调频与调相的联系与区别调频与调相的联系与区别pmm fmm 直接反映调直接反映调制信号的量制信

20、号的量最大角频偏最大角频偏最大相偏最大相偏频带宽度频带宽度2022-3-29模拟电子技术42-卡森公式卡森公式 11.6 调角波的带宽调角波的带宽)(2) 1(2WWmmBmmBW22（m1） 若忽略小于高频载波振幅的若忽略小于高频载波振幅的10%以下的边频分量以下的边频分量2022-3-29模拟电子技术43调频与调幅对比调频与调幅对比1. 调幅调幅：载波幅度变化，调制信号的信息蕴藏于幅度：载波幅度变化，调制信号的信息蕴藏于幅度中；中；调频调频：载波频率变化（信号的疏密变化），而幅：载波频率变化（信号的疏密变化），而幅度不变，因此功率也是不变的。度不变，因此功率也是不变的。2. 调幅系统产生一

21、对边频，是一个调幅系统产生一对边频，是一个窄带系统窄带系统。而调。而调频系统产生许多对边频，随着频系统产生许多对边频，随着 增长，边频越多，增长，边频越多，它是一个它是一个宽带系统宽带系统。fm 4. 相同条件下，调频给出的相同条件下，调频给出的信噪比信噪比要比调幅系统好。要比调幅系统好。3.调幅指数调幅指数 ，调频指数，调频指数 一般大于一般大于1。1 amfm2022-3-29模拟电子技术44常用通信系统工作的频段常用通信系统工作的频段调幅语音调幅语音 广播广播MW:535kHz1.6MHzSW:1.6 6MHz; SW:6 23MHz频道间隔频道间隔:10kHz 音频频响范围音频频响范围

22、:40Hz 4.5kHz调频语音调频语音广播广播VHF:88 108MHz;频道间隔频道间隔:200kHz音频频响范围音频频响范围:20Hz 15kHz电视广播电视广播VHF:47 230MHz; UHF:470 960MHz;频道间隔频道间隔:8MHz;视频带宽视频带宽:6MHz;伴音频响范围伴音频响范围:20Hz 15kHz移动通信移动通信150MHz/450MHz/900MHz频段频段;频道间隔频道间隔:25kHz卫星通信卫星通信4/6GHz;7/8GHz; 11/14GHz;20/30GHz;光通信光通信105 107GHz2022-3-29模拟电子技术4511.7 解调解调解调就是从

23、已调波中不失真地恢复调制信号解调就是从已调波中不失真地恢复调制信号一、一、二极管峰值包络检波电路二极管峰值包络检波电路 11.7.1 调幅波的解调调幅波的解调检波检波2022-3-29模拟电子技术46充放电波形充放电波形 CW W 图图11.20 峰值包络检波器电路及工作原理峰值包络检波器电路及工作原理 1.电路及工作原理电路及工作原理2022-3-29模拟电子技术470tt1t2uous11CRCW图图2.21 惰性失真惰性失真 2.惰性失真惰性失真2022-3-29模拟电子技术48二、同步检波器（相干解调）二、同步检波器（相干解调） 模拟乘法器模拟乘法器 低通滤波器低通滤波器 KMKFus

24、uLuouM图图11.22 同步检波器同步检波器ttmUtucams cos)cos1()(0W W tUtucLmL cos)( ttUtmUuuKucLmcamLsMM coscos)cos1(0W W 2022-3-29模拟电子技术49ttmUUtmUUUUcaLmmaLmmLmm 2cos)cos1(2cos22000W W W W 模拟乘法器模拟乘法器 低通滤波器低通滤波器 KMKFusuLuouM要求参考信号要求参考信号 与载波在与载波在 频率和相位频率和相位上保持上保持严严格同步格同步，否则会产生严重失，否则会产生严重失 真。真。)(tuL2022-3-29模拟电子技术5011.

25、7.2 调角波的解调调角波的解调、鉴相原理、鉴相原理1.乘积型模拟鉴相器乘积型模拟鉴相器 模拟乘法器模拟乘法器 低通滤波器低通滤波器 KMKFusuLuouM)coscos(00 W W tmtUuupcmPMs)sin(0 tUucLmL2022-3-29模拟电子技术51 模拟乘法器模拟乘法器 低通滤波器低通滤波器 KMKFusuLuouM)sin()coscos(000 W W tUtmtUKcLmpcmMeLmmMpLmmMUUKtmUUKu sin21)cossin(21000 W W eee sin,6则则若若LsMMuuKu tmUUKUUKupLmmMeLmmMoW W cos2

26、12100 2022-3-29模拟电子技术52图图11.23 正弦鉴相特性正弦鉴相特性 e uo-2 2 eLmmMUUKu sin2100 2022-3-29模拟电子技术53二、鉴频原理二、鉴频原理1. 频幅转换法频幅转换法 图图11.26 斜率鉴频法框图斜率鉴频法框图 2022-3-29模拟电子技术54 A0 H( ) c (a) tH(t) (b) ( ) 0 (d) (t)(c)t图图11.25 频幅转换网络特性及原理频幅转换网络特性及原理2022-3-29模拟电子技术55 tmcmFMdttftUu00)(cos( f(t)为归一化幅度的任意调制信号为归一化幅度的任意调制信号 )()

27、()()()(0tkAtkktktktHHHcHcHH A0H( ) ctH(t) ( ) 0 (t)t2022-3-29模拟电子技术56)(cos)(0000/ tmcHmAMFMdttfttkAUu )(00tkAUkuHmdo 000( )dmdmHk UAk Ukt 2022-3-29模拟电子技术57作业作业11-111-311-411-1511-162022-3-29模拟电子技术580000011( )( )( )111( )( )11ortLC tL CkutLCkutkutCCWWW回路的谐振频率回路的谐振频率回路的相角回路的相角 )()(),(00ttarctgQt令令 or=

28、 c 图图11.15 压控电容构成的压控电容构成的LC并联谐振移相网络工作原理分析并联谐振移相网络工作原理分析则则2022-3-29模拟电子技术59)(11)(1()()()(0000CtkuCtkuarctgQttarctgQtccWW如果满足如果满足kuW WC0 00)()()(CtkuQCtkuarctgQtWW)(cos)(00CtkuQttUucmPMW图图11.15 压控电容构成的压控电容构成的LC并联谐振移相网络工作原理分析并联谐振移相网络工作原理分析2022-3-29模拟电子技术60)cos1()(0tmUtUammW W tUmUtUtUmammmW W cos)()(00

29、标准调幅波：标准调幅波：(t)= (t)-(ct+ 0)= kpu(t) (t)=ct+ kpu(t) + 0 调频波：调频波：)()(tuktfcW W )()(tuktfcW W 调相波：调相波：2022-3-29模拟电子技术61连续波模拟调制举例连续波模拟调制举例2022-3-29模拟电子技术62连续波数字调制举例连续波数字调制举例2022-3-29模拟电子技术63脉冲模拟调制举例脉冲模拟调制举例2022-3-29模拟电子技术64 sinsincoscos)cos( sinsincoscos)cos( sincoscossin)sin( sincoscossin)sin( 2022-3-

30、29模拟电子技术652.叠加型模拟鉴相器叠加型模拟鉴相器 )sin()cossin()cos()coscos()sin()coscos(0000000 W W W W W W tUtmUttmUtUtmtUuucLmpmcpmcLmpcmLs 包络检波器包络检波器 usuLuo10 LmmUU设设2022-3-29模拟电子技术66)(1 )cossin(21)(120020LmmLmpmLmmLmmUUUtmUUUUU W W sin1)cossin(100eLmmLmpLmmLmmUUUtmUUUU W W )cos1(0tmUUUUpLmmLmmW W tmUkUkukupmdemdmdo

31、W W cos00 eee sin,6则则若若2022-3-29模拟电子技术6700.81.82x 10-11.21.4modulator wave-1KHz00.81.82x 10-3-1.5-1-0.500.511.5SAM modulation wave-1MHz carrierSAM波形举例波形举例2022-3-29模拟电子技术6800.81.82x 10-11.21.4modulator wave-1KHz00.81.82x 10-3-1.5-1-0.500.511.5SAM modulation wave-30KHz carrierSAM波形举例波形举例2022-3-29模拟电子技术6900.81.82x 10-3-1-0.500.51modul