高频电子技术（第五版）课件 项目六 简易调幅发射器的制作与测试

高频电子技术（第五版）项目六简易调幅发射器的制作与测试06PROJECT学习目标项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）知识目标▪了解AM发射器的基本组成及其主要性能指标。▪了解信号调制的概念和分类。▪了解幅度调制的种类及优缺点。▪熟悉普通AM调制的原理、频谱。▪掌握AM发射器的应用。能力目标▪学会查阅声表面波滤波器的相关资料。▪能够对电阻、电容、电感、声表面波滤波器等元器件进行检测及质量判别。▪学会AM发射器的安装与调试。▪了解简易AM发射器的测量方法,能对简易AM发射器故障进行检修。素质目标▪培养维护国家安全和遵纪守法的意识。▪培养工匠精神,具有专注、精准做事和创新精神。▪培养团队合作能力,提高交流协调方面的素质。▪激发学生的学习兴趣和内生动力。本项目内容项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）016.1项目引入026.2学习情境用Multisim仿真测试调幅信号产生电路036.3知识链接一信号调制方式与分类046.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱056.5知识链接三其他常用调幅信号简介066.6技能实训简易AM发射器的制作与测试16.1项目引入项目六·简易调幅发射器的制作与测试6.1项目引入项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）调幅(AM)发射器是无线通信中的基本电路之一，本项目以市场上应用较多的433MHz无线发射模块为载体，实现了信号的简易AM发送功能，与项目3的AM接收器配合使用可以实现信号的传输。简易AM收发器被广泛应用于无钥匙进入系统、远程控制系统、车库门开启器、报警系统、安防系统等。26.2学习情境用Multisim仿真测试调幅信号产生电路项目六·简易调幅发射器的制作与测试6.2学习情境用Multisim仿真测试调幅信号产生电路项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）一、仿真目的1.了解用模拟乘法器进行调幅的原理。2.理解已调波与调制信号及载波信号的关系。3.掌握调幅系数测量与计算的方法。二、仿真内容与步骤1.绘制如图6-1所示振幅调制电路原理图，该电路由非线性乘法器构成。图6-1中的运算放大器和集成模拟乘法器分别从模拟元器件库(Analog\ANA-LOG_VIRTUAL\OPAMP_3T_VIRTUAL)和信号源库(Sources\CONTROL_FUNCTION_BLOCKS\MULTIPLIER)中选取。6.2学习情境用Multisim仿真测试调幅信号产生电路项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）图6-1普通调幅波信号调制原理图6.2学习情境用Multisim仿真测试调幅信号产生电路项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）示波器的连接如图6-1所示，仿真运行后，设置示波器的参数，可以得到如图6-2所示的波形，上方为调制信号波形，下方为普通调幅波信号波形。可以看到调制信号变化规律同普通调幅波信号的包络十分吻合。2.用示波器观察普通调幅波信号、调制信号和载波信号的波形。图6-2普通调幅波信号与调制信号波形图6.2学习情境用Multisim仿真测试调幅信号产生电路项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）(1)Multisim中频谱分析仪的使用频谱分析仪是分析信号频域特性的仪表，被测信号接频谱分析的输入端(IN)。在Multisim中,其面板如图6-3所示。图6-3频谱分析仪的图标及仿真面板3.观察信号的频谱结构6.2学习情境用Multisim仿真测试调幅信号产生电路项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）（2）如图6-3所示，频谱分析仪面板上的“Spancontrol”用来控制频率范围，选择“Setspan”时频率范围由“Frequency”区域决定;选择“Zerospan”时频率范围由“Frequency”区域的中心频率决定；选择“Fullspan”时频率范围为1kHz~4GHz。“Frequency”区域用于设置频率:“Span”设定频率范围,“Start”设定起始频率,“Center”设定中心频率,“End”设定终止频率。“Amplitude”区域用于设置幅度的单位。“Resolutionfreq”区域用于设置频率分辨率。36.3知识链接一信号调制方式与分类项目六·简易调幅发射器的制作与测试6.3知识链接一信号调制方式与分类项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）一、信号调制与变换无线电通信利用电磁波作为信息的载体。原始的语言、文字、图像、数据等信息是一些非电信号,要有效地以电磁波形式发送上述信息，需要将这些非电信号通过各种转换器转换成电信号，如声音通过驻极体话筒转换为音频电信号、图像通过摄像管转换为视频电信号等。称这种电信号为基带信号或调制信号。调制信号的特点是频率较低、频带较宽且相互重叠。电磁能量辐射的特性是频率越高，辐射能力越强，若将这些较低频率的信号直接传输，效率就很低，不能远距离传送。如语音信号的频率范围是20Hz~20kHz，相应波长为15~15000km。根据天线理论，要使该电信号以电磁波形式辐射，天线长度应与波长相比拟，显然这是无法实现的。此外，多路调制信号同时向空间辐射必然会相互干扰。因此调制信号需要通过调制器进行调制。6.3知识链接一信号调制方式与分类项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）所谓调制就是将待传输的调制信号加载到高频振荡信号上的过程。该高频振荡信号称为载波信号，就像人们出远门要乘的火车和飞机一样，它是调制信号的运载工具信号。已调波信号就是调制信号对载波信号进行调制以后的信号。信号调制实质是将调制信号搬移到高频载波上去，也就是频谱搬移的过程。频谱的搬移可分为线性搬移和非线性搬移。线性搬移：在搬移过程中，信号的频谱结构不发生变化，搬移前后各频率分量的比例关系不变，只是在频域上的位置发生变化。如幅度调制、混频等。非线性搬移：在搬移过程中，信号不仅在频域上搬移了，而且频谱结构也发生了变化。如频率调制和相位调制。6.3知识链接一信号调制方式与分类项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）大家知道，正弦波一般可表示为

式中，A是正弦波的幅度，φ(t)是瞬时相位角，ω是瞬时角频率，φ0是初相位。任何一个正弦波都有三个参数:幅度、频率和相位。所谓调制,就是将调制信号加载到三个参数中的某一个参数上,或幅度,或频率,或相位随调制信号大小呈线性变化的过程。幅度调制，简称AM(AmplitudeModulation)：把调制信号装载到载波信号的幅度上。频率调制，简称FM(FrequencyModulation：是把调制信号装载到载波信号的频率上。相位调制,简称PM(PhaseModulation)：是把调制信号装载到载波信号的相位上。二、信号调制方式与分类6.3知识链接一信号调制方式与分类项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）图6-4调制信号、载波信号、已调波信号波形图46.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六·简易调幅发射器的制作与测试6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）读一读幅度调制常用于长波、中波、短波和超短波的无线电广播、通信、电视、雷达等系统。这种调制方式就是将调制信号装载到高频载波信号的幅度上，使载波信号(简称载波)的幅度随调制信号的大小线性变化，而保持载波信号的角频率不变。通常调制信号含有许多频率分量，为讨论方便，我们假设调制信号为单频信号。幅度调制信号按其输出已调波信号(简称已调波)频谱结构的不同可分为普通调幅信号(AM)，抑制载波的双边带调幅信号(DSB，抑制载波的单边带调幅信号(SSB)以及残留边带调幅信号(VSB)。6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）1.普通调幅信号的数学表达式首先讨论调制信号为单频余弦波时的情况，设调制信号为

设载波信号为

且fc≫F，由幅度调制定义可知，幅度调制是用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅随调制信号的规律变化，因此调制后形成的已调波uAM(t)可表示为

学一学普通调幅(AM)的原理和频谱。学一学6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）式中[Ucm+kauΩ(t)]是已调波的振幅，它随调制信号的规律变化，其中Ucm为载波的振幅，kauΩ(t)是调制信号调制引起的振幅变化量，它与调制信号uΩ(t)成正比，ka为调制电路的比例系数。已调波的振幅部分也可以表示为

6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）由上式可以看出,普通调幅电路模型可以由一个乘法器和一个加法器组成。如图6-5所示。图6-5普通调幅电路模型6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）2.普通调幅信号的波形与频谱已调波的波形,如图6-6(a)所示，图6-6(b)为对应的频谱。[Ucm+kauΩ(t)]是已调波的振幅,它反映了调制信号的变化。图6-6普通调幅信号的波形与频谱6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）

最小振幅为

由上两式可得

上式表明，ma≤1，且ma越大，调幅信号的包络线凹陷越深，即调制越深。若ma>1,则调幅信号的包络线形状与调制信号不同,产生过调失真。ma>1时,波形如图6-7所示。在一个信号周期内,其最大振幅为6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）图6-7ma>1时普通调幅信号的波形图6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）下面分析普通调幅信号的频谱和带宽。将式(6-6)利用三角函数公式展开,得

由上式可见，普通调幅信号uAM(t)的频谱包含三种频率分量：ωc(载波)、ωc+Ω(上边频)、ωc-Ω(下边频)，其频谱见图6-7(b)。从频谱图可以看出，原调制信号频带宽度为Ω，普通调幅信号将调制信号频谱搬移到载波的上下两边了，频带宽度BWAM=2Ω。6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）实际上调制信号是由多种频率分量组成的，如语音信号的频率主要集中在300~3400Hz。根据信号分析理论，一般非余弦周期信号的频谱是连续频谱，假设其频率范围是Ωmin~Ωmax，若载频仍为ωc，这时可以看成是调制信号中所有频率分量分别与载波调制，则普通调幅信号是各频率分量分别与载波调制后叠加的结果。上下边频叠加组成了上下边带，普通调幅信号的包络线仍然反映调制信号的变化。上下边带宽度分别与调制信号频谱宽度相同，总带宽BWAM=2Ωmax。相应的频谱如图6-8所示。图6-8一般调制信号的频谱图6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）3.普通调幅信号的功率关系由式(6-9)可求得载波和上下边频在单位电阻(R=1Ω)上的平均功率。载波功率

边频功率

6.4知识链接二普通调幅(AM)原理和频谱项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）调制信号在一个周期内的平均功率

由式(6-12)可以看出，当ma=1时，包含有用信息的上下边频功率只占总功率的1/3，不含有用信息的载波功率占总功率的2/3。实际应用中调幅系数是小于1的。因此，AM调制的能量利用率是很低的。目前AM调制主要应用于中短波无线电广播系统中，因为它的解调电路简单。56.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六·简易调幅发射器的制作与测试6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）一、双边带调幅信号(DSB)从上述普通调幅信号频谱结构可知，载波分量不含调制信号信息，只有其上下边频才含有调制信号信息。而载波分量占去绝大部分能量，如果在向外发射无线电波时将载波分量抑制掉，那么就可以大大提高发射机功率有效性。这种仅传送上下边频的调制方式称为抑制载波的双边带调幅,简称DSB调制。双边带调幅信号数学表达式为

即

6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）上式中K为常数。由式(6-13)可以看出,双边带调幅的实质为一个乘法器,其电路模型如图6-9所示。图6-9DSB调幅信号产生电路模型根据式(6-13)和式(6-14),可以画出双边带调幅信号的波形图和频谱图。如图6-10(a)所示为DSB调幅信号的波形图,如图6-10(b)所示为DSB调幅信号的频谱图。从前面频谱图可以得知,双边带调幅信号的频谱宽度为

6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）图6-10DSB调幅信号的波形图和频谱图6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）2.从高频相位上看，DSB调幅信号波形中高频相位在调制信号过零点前后，相位发生180°的突变；调制信号为正半周时，相位同载波同相；调制信号为负半周时，相位同载波反相。而AM调幅信号与载波同频同相。3.从频谱图上看，DSB调幅信号不含载波分量，发射机有效功率利用率高，而AM调幅信号含有载波分量，发射机有效功率利用率低。4.从频域上看，DSB调幅信号和AM调幅信号带宽相同，均为BW=2Ω，所以，信道的利用率仍然是不经济的。由上述分析可见,双边带调幅同普通调幅相比有以下特点:1.从波形图上看，DSB调幅信号包络线不按调制信号规律变化，而AM调幅信号的包络线按调制信号规律变化。6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）二、单边带调幅信号(SSB)DSB调制虽然抑制了载波分量,发射效率比AM调制有所改善,但其传输带宽仍然是调制信号的两倍。从频谱结构上可以发现，上下边带所包含的调制信号信息是完全相同的。因此，只要传输其中一个边带就可以保证信息的完整传输。这种抑制掉其中一个边带，只发送另一个边带(上边带或下边带)的调制方式称为单边带调幅，简称SSB调幅。由式(6-14)可得SSB调幅信号数学表达式为取上边带时

6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）取下边带时

从式(6-16)和式(6-17)可以看出，单频调制时，SSB信号是等幅波。其幅值与调制信号的幅值成正比，它的频率随调制信号变化而变化。因此它含有信息特征。6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）SSB调幅信号的波形图和频谱图如图6-11所示。单边带调幅的带宽为图6-11SSB调幅信号的波形图和频谱图

可见，SSB调幅信号的带宽为AM、DSB调幅信号的一半。6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）单边带调幅电路有两种实现方法，一种是滤波法，另一种是移相法。1.滤波法：由式(6-16)和式(6-17)、式(6-18)比较可得，SSB调幅信号可由DSB调幅信号滤波而得。滤波法产生SSB调幅信号电路模型如图6-12所示，其中乘法器产生DSB调幅信号，然后由带通滤波器取出一个边带信号，抑制掉另一个边带信号，即得到SSB调幅信号。图6-12滤波法产生SSB调幅信号电路模型6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）这种方法原理简单,但在实际应用过程中,并不容易实现。特别是调制信号含有较多低频分量时,上下两个边带相距很近,如果用滤波器完全取出一个边带而滤除另一个边带,这样的滤波器制作起来非常困难。为了解决这个问题,可采用对频谱进行多次搬移的方法即多次滤波法来实现,如图6-13所示。图6-13多次滤波法产生SSB调幅信号电路模型6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）可将式(6-16)和式(6-17)写成

由上式可知，只要两个90°移相器分别将调制信号和载波信号相移90°，成为sinωct和sinΩt,然后进行相乘和相加(或相减)，就可以实现单边带调幅，如图6-14所示。2.移相法：这种方法基于单边带调幅信号的时域表达式,利用三角函数公式

6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）图6-14移相法产生SSB调幅信号电路模型显然，这种方法对单频信号相移比较简单，但是将一个包含多种频率分量的调制信号相移90°,而且要保证其中所有的频率分量都准确相移90°,这种电路制作起来是很困难的。综上所述，SSB调幅方式在传送信息时不但有效功率利用率高，而且它所占用的带宽比AM调幅、DSB调幅的带宽减少了一半，频带利用充分，目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）三、残留边带调幅信号(VSB)单边带调幅方式有其优点，但也存在接收机解调电路复杂、调谐困难等缺点。为克服这些缺点，提出了残留边带调幅方式。残留边带调幅(VSB)：是指发送信号中包括一个完整边带、载波及另一个边带的小部分(即残留一小部分)，就好像是将双边带调幅信号频谱在载波分量附近斜切一刀而得到的。上边带被切除的部分，恰好由下边带剩余部分来补偿，从频谱图上看，即要求图中阴影三角形面积相等，如图6-15(c)所示，在技术上可由互补对称滤波器来完成。因此残留边带调幅信号，既比普通调幅信号节省频带，又避免了单边带调幅信号滤波器制作困难的问题。图6-15列出几种调幅信号频谱示意图，其中图6-15(a)为普通双边带调幅信号(DSB)频谱示意图;图6-15(b)为单边带调幅信号(SSB)频谱示意图;图6-15(c)为残留边带调幅信号(VSB)频谱示意图。产生残留边带调幅信号的电路模型,如图6-16所示。6.5知识链接三其他常用调幅信号简介项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）图6-15几种调幅信号频谱示意图

图6-16残留边带调幅电路模型66.6技能实训简易AM发射器的制作与测试项目六·简易调幅发射器的制作与测试6.6技能实训简易AM发射器的制作与测试项目六简易调幅发射器的制作与测试高频电子技术（第五版）一、实训目的1.掌握简易