笫6章--调制与解调1概要.ppt

1、笫6章 调制与解调,一、调制的基本概念 二、幅度调制 1、标准幅度调制与解调 2、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅 3、正交幅度调制与解调 4、数字信号调幅 三、角度调制 角调调制的基本概念 频率调制信号的性质 实现频率调制的方法与电路 调频波的解调方法与电路 四、数字信号的相位调制,调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程。无线传输时调制就是由携带信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数(振幅、频率或相位），使该参数按照电信号的规律而变化的处理方式。,一、调制的基本概念,载波:用来传送消息的载体 叫作载波。,载波可以是正弦波、脉冲波和光波等。 所欲传送的消息可以是话音、图象或其它物理

2、量模拟信号，也可以是数据、电报和编码信号等数字信号。,调制的作用是把消息置入消息载体，以便于传输和处理。,解调是调制的逆过程，从消息载体中还原出原来的消息。,调制信号:代表欲传送消息的信号 叫作调制信号。,已调信号:经调制后的信号 叫作已调信号。,调制调制的基本概（续）,调制的必要性：,可实现有效地发射，实现多路复用（如频分复用)，实现有选择地接收，还可以降低干扰对信号传输的影响 (如扩频调制）。,调制的方式和分类：,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

3、调制。,正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方 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。,二、幅度调制,幅度调制（AM）是指载波的幅度随调制信号的变化规律而 变化，而其角频率和初相位均为常数。,幅度调制有如下方式：,标准幅度调制（Standard AM）。,双边带幅度调制（Double Sideband AM，记为DSB AM）， 这种调幅方式又称抑制载波调幅（Suppressed Carrier AM， 简记为SC AM）。,残留边带幅度调制（Vestigial Sideband AM，简

4、记为 VSB AM）。,正交幅度调制（Quadrature AM，简写为QAM）。,单边带幅度调制（Single Sideband AM，记为SSB AM）。,数字信号调幅（ASK，幅度键控）。,多电平幅度调制如 16QAM、64QAM、128QAM等。,1、标准幅度调制,标准幅度调制是各种幅度调制中最基本的一种。标准幅度 调制因其所占频带宽，功率利用效率低等原因，使用范围 受到限制，但它是各种调制形式的基础 。,标准调幅波信号的性质：,信号的数学表示式。,波形图。,频谱函数与频谱图。,信号所具有的功率在各频率分量之间的分配关系等。,标准调幅波的基本特性,（1）标准调幅波信号的数学表示式,假定

5、调制信号为：,载波信号为：,进行标准调幅后的表示式为：,从定义角度,从画波形角度,从调幅波产生 与频谱角度,式中，,称为调幅指数，在标准幅度调制中，为保证不出现过调制， 要求 。,（2）标准调幅波信号的波形与频谱,单频余弦波调幅：,m1,返回,调幅将调制信号的频谱搬移到载频两旁。故称幅度调制为线性调制。,下边频 上边频,过调制波形（m1),特点：已调波包络不反映调制信号规律，且载波有反相。,（2）标准调幅波信号的波形与频谱（续）,任意波形调幅：,上图,调制信号有n个频率分量时：,（3）标准调幅波信号的功率（单位电阻上）分配关系,载波占有功率为：,边带（两个）所占有的功率为：,调幅波所具有的总功

6、率为：,标准调幅波的性质小结,已调信号的幅度随调制信号而变化。而且当 时调幅 信号幅度的包络反映了调制信号的规律 .只要能取出这个 包络信号就可实现解调。,调幅波的频谱由两部分组成。一部分是未调载波的频谱，另 一部分是分别平移至 两旁的调制信号的频谱。,调幅波所具有的总功率：载波占有功率和边带所占有的功率之和。在调幅波中，欲传送的信息包含在边带内，载波分量并不包含欲传送的信息。而它所占有的功率却为总功率的一半以上。 因此，从有效地利用发射机功率的角度考虑，标准幅度调制是 有缺点的。,频带宽度：标准调幅信号所占的频带宽度为 ，即它是调制信号频带宽度的两倍。但从传递信息的角度看，标准调幅信号所占的

7、频带宽度中有一半是多余的，因此，这种调幅方式在频率资源利用上是有缺点的。,实现标准调幅的方法,它是由载波及载波与调制信号相乘这两部分组成。据此，可以 得到实现标准调幅的两种方案，如下图所示。,实现两个信号的相乘，可以应用第4章中讨论的时变参量线性 电路或相乘器，这里不再详述。,图A,图B,直流电压,举例 1：,1496电路图,本实验采用集成模拟相乘器1496来构成调幅器。 （通信电路原理实验讲义712）图A方案实现,高频信号为载波信号：,低频信号为调制信号：,实验二 幅度调制器电路,直流电压为1、4脚之间的电压,三、标准调幅信号的解调,调幅信号的解调 检波 ， 就是从调幅信号中恢复出原调制信

8、号。它是调幅的逆过程（频域：将调制信号频谱搬回原点附近）。,（1）对检波器的技术要求：,检波效率：检波效率是指检波 器输出信号的幅度与输入调幅信 号中包络的幅度之比。对于单频 正弦信号调幅，这时的检波效率 或称为检波器的传输系数为：,这里需要说明，指的是两个不 同频率信号的幅度比，这与一 般放大器的增益概念是不同的。,（1）对检波器的技术要求（续）,检波失真：要求检波器的输出信号波形与输入调幅信号的包络之间只有时间延迟或幅度比例上的变化，而不出现新的频率成分或改变原有各频率分量间的相互关系，也即不出现非线性失真或线性失真。,输入阻抗：检波电路是前级放大器的负载，它的输入阻抗将 影响前级的工作，

9、需合理设计。,谐波输出：检波器的输出信号中，除有用信号外，往往还包 含有载波及其各次谐波分量。低通滤波器可以使送往下级的检 波信号中不包含这些分量，但在载波频率较高时，在低通滤波 器之前，这些分量就可能通过空间辐射、寄生耦合或电源反馈 到前级，影响电路工作的稳定性。因此在设计检波器时，要尽 量避免载波及其高次谐波的出现。,（2）解调方法可分为两类，即相干解调与非相干解调。,相干解调：相干解调方法的方框图如下图所示。它是将调 幅信号与一本地载波信号相乘以得出调制信号分量。这个本 地载波信号是在接收设备内产生的，并且与调幅信号中的载 波相干，或者说是同步的，即本地载波与调幅信号中载波的 频率相同，

10、二者的相位也应相同或有很小的相位差，所以这 种解调方法又称同步解调。,低通滤波器,返回,相干解调框图,与调幅载波同频同相,（2）解调方法（续1）,数学分析：,若调幅信号表示为：,本地载波信号表示为：,则相乘后：,它包括低频分量和二倍载频调幅分量,两部分，经低通滤波器滤除,及附近分量，可得解调输出为：,从上式可以看出，相角 将直接影响解调的输出。极端情况 下，如果 ，则将无解调输出。,上图,结论：若本地载波和载频信号同频同相，则可实现无失真解调；产生和载频信号同频同相本地载波是相干解调的一个关键问题。,（2）解调方法（续2）,非相干解调：,利用某些元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换， 也可

11、实现调幅波的解调。它不需要本地载波作为相干信号， 因此称之为非相干解调。,经常应用的非相干解调方法有小信号平方律解调、平均包络 解调和大信号峰值包络解调等。,大信号峰值包络解调：当载波频率比调制信号的最高频率高得多时，调幅信号幅度的包络线近似为调制信号的波形。 因此，只要能取出这个包络信号就可实现解调。 （要求 ，其中 是调制信号最高频率。 ）,1、 小信号平方律解调,检波器电路：如右图所示,二极管有偏置电压。,二极管电流全周期流通。,输入信号 很小。,电路的技术指标：,检波效率：,输入阻抗：,检波失真： 非线性失真系数,平方律检波：,用于功率指示。,低通，检波负载,2、大信号峰值包络解调器,

12、检波器电路： 最常用的峰值包络解调器 是如右图所示。,二极管无偏置电压。,输入信号 大，几百mv。,二极管电流流通角很小。,返回,元件参数满足下列条件：,载波信号周期,调制信号周期,利用二极管的单向导电和RC充、放电特性进行解调。,充电时间常数,放电时间常数,2、大信号峰值包络解调器（续1）,电路的技术指标：,电流流通角：,检波效率：,输入阻抗：,检波失真：,波形失真。当R、C时间常数过大会产生对角切割失真。,2、大信号峰值包络解调器（续2）,电路的工作过程： 电路充放电。,上图,返回1,返回2,2、大信号峰值包络解调器（续3）,电路的对角切割失真：（惰性失真）,如果检波器的 数值选择过大，当

13、载波幅度下降到 某一时刻 时，由于 电路放电速度慢，以致下一 个载波周期的正半周最大值仍低于该时刻的 ，则二 极管不能导通。,现象：,将按 决定的自身的放电规律变化，而不 反映输入调幅信号的包络。,直到某一时刻 ，输入信号幅度又增长到超过该时刻 的 值后，检波器才恢复正常工作。,这种失真现象，好像是沿正弦波的对角切了一刀，因此叫 做“对角切割”失真。为避免这种失真，要求 的放电 速度较调幅信号包络下降速度快。,上图,2、大信号峰值包络解调器（续4）,为避免这种失真，要求 的放电速度较调幅信号包络下降 速度快。如果输入信号为一调幅波：,调幅信号包络是：,在时刻 包络下降速度：,在 时刻,放电的起

14、始电压：,在 时刻,放电的速度：,放电的规律是：,在 时刻,上图,2、大信号峰值包络解调器（续5）,在时刻 包络下降速度：,在 时刻,放电的速度：,为避免这种失真，要求,的放电速度较调幅信号包络,下降速度快（在任何时刻）。,令,将A对t求导，并令,1,2、大信号峰值包络解调器（续6）,举例：,得：,若调制信号有多个频率，则用其最高频率代入。,不产生对角切割的条件,习题：6-1，6-3，6-4,综合性研究课题,实验二 幅度调制器电路的软件仿真 幅度调制是使高频信号的振幅正比于一个低频信号的瞬时值的过程，通常称高频信号为载波信号，低频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的装置。 本实验采用集成模

15、拟相乘器1496来构成调幅器，图(a)一为1496集成片的内部电路图，它是一个四象限模拟相乘器的基本电路。由差动放大器 、 、驱动双差分放大器 组成， 、 和 为差动放大器 、 的恒流源。进行调幅时，载波信号加在双差分放大器 的输入端即引出脚、之间，调制信号加在差动放大器 、 的输入端即和脚之间。,综合性研究课题（续）,、 的两发射极之间（即引出脚、之间）外 接1k电阻，以扩大调制信号的动态范围。已调信号取 自双差动放大器的两集电极之间（即引出脚、(12)之 间）输出。用1496集成片构成的调幅器电路如图(b)所 示，图中 用来调节引出脚和之间的平衡， 用来调节、脚之间的平衡，三极管3DG6为

16、射极跟 随器，以提高调幅器带负载的能力。 （1）根据图 (a)和图(b)画出调幅器的电路图； （2）实现全载波调幅（ ）； （3）实现抑制载波调幅。 【提示】所加输入信号请参考实验讲义。,图（ a）1496集成片的内部电路图,12,载波信号入,调制信号入,14,5,返回,图（b）用1496集成片构成的调幅器电路,1496,返回,MC1496,第4章部分习题参考答案,44 输出电压中含有下述频率分量：,不含有： 等频率分量.,45直流分量的幅值为:,基波和二次谐波的幅值为,在适当范围内,适当增大或适当增大激励信号的振幅就可以增大基波(本题为频率)的振幅。,4-7整流器:非线性电路因为电路中有非线

17、性的半导体二极管.可以进行频率变换。 （2）混频（变频）器：非线性电路因为信号通过混频器将产生新的频率分量，即会产生输入信号频率与控制信号频率的和频与差频，显然可以进行频率变换。 （3）并联或串联谐振回路（输入信号是许多频率的正弦波）：线性电路因为输入信号通过谐振回路时输出信号中仍然含有原来的各频率分量，只是各频率分量的幅度和相位发生变化了。不能进行频率变换谐振回路不产生新的频率分量。 （4）脉冲技术中的微分电路，积分电路：线性电路信号在输入系统之后其输出信号仅是在幅值上发生变化，频率与输入信号相同。线性电路显然不能进行频率变换，因为它不产生新的频率分量，就更谈不上产生频率为输入信号频率的和频

18、或差频信号了。 （5）工作在开关状态的晶体二极管：非线性电路。可以进行频率变换 .,4-10,4-11谐振功率放大器要用谐振回路作负载，并且要调谐在工作频率上。这是因为： （1）谐振功率放大器是工作在非线性状态，输出信号除了有输入信号的成份，还有输入信号的谐波成份和输入信号的组合频率成份。这时负载要起到选频滤波的作用，所以要用谐振回路作负载。 （2）谐振功率放大器是放大器，因此放大器的负载阻抗应是频率的函数。当调谐在工作频率上时，此时它呈现最大的阻抗，而对于其它角频率而言，它呈现的阻抗很低。可以认为只有角频率为工作频率的电流分量才可以在负载上建立电压，.因此起到了选频滤波的作用。,4-16相同点：倍频器与谐振功率放大器的工作原理很类似选频电路选出所需要的频率成分，滤除其它不需要的频率成分。 不同点：倍频器的输出谐振回路的谐振频率不是调谐在输入信号的频率 上，而是调谐在它的高次谐波频率 。另外，倍频器中非线性器件的工作状态与谐振功率放大器也不同。对于一个 次倍频器，为使倍频器有效地工作，总是要使集电极电流中含有的 次谐波分量足够大，这就要按照下式确定流通角。,4-17,4-26解： （1）当直流工作点在 ， 时，不能进行变频。 因为其变频跨导为常数。 （2）当直流工作点位于原点或 时，将 按傅立叶级数展