通信电路原理6_1.ppt

1、1,笫6章 调制与解调,6.1 幅度调制 6.2 角度调制 6.3 数字信号的调制 6.4 自动频率控制（AFC）,引言,2,引言,调制是一种非线性过程：载波被调制信号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，这就是已调制信号。,调制的必要性,调制与解调的位置,调制的分类,3,调制的一般框图：,载波表达式：c(t)=A(t)cosw(t) t +(t),调制的分类,按载波信号不同：,按调制信号不同：,模拟调制：调制信号是连续变化的模拟信号 数字调制：调制信号是离散的数字信号,连续波调制：载波信号是连续波形 脉冲调制：载波信号是脉冲波形,按被调制载波参数不同：,

2、幅度调制：载波幅度随调制信号变化 频率调制：载波频率随调制信号变化 相位调制：载波相位随调制信号变化,按频谱的变化：,已调信号与输入信号频谱之间 呈线性搬移 已调信号与输入信号频谱之间呈非线性搬移,线性调制：,非线性调制：,5,缓冲级,倍频器,放大级,调制器,高频 功放,振荡器,低频 功放,低频 放大,调幅发射机方框原理图,6,超外差接收机方框原理图,高频 放大,混频器,中频 放大,解调器,低频 放大,输入 回路,自动 增益 控制,本地 振荡器,7,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。 分类： 标准幅度调制（Standard AM） 双边带幅度

3、调制（DSB AM） 单边带幅度调制（SSB AM） 残留边带幅度调制（VSB AM） 正交幅度调制（QAM） 数字信号调幅（ASK）,6.1 幅度调制,8,1. 标准调幅波的基本特性,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； 信号所具有的功率及在各频率分量之间的分配关系等。,6.1.1 标准 幅度调制,1. 标准调幅波信号的基本特性 2. 实现标准调幅的方法： 3. 标准调幅信号的解调,9,（1）标准调幅波信号的数学表示式,假定调制信号为：,载波信号为：,进行标准调幅后已调信号的表示式为：,从定义角度,从画波形角度,从调幅波产生,从频谱角度,10,（2）标准调

4、幅波信号的波形与频谱,单频余弦波调幅信号的波形与频谱,上边频,下边频,11,（2）标准调幅波信号的波形与频谱（续1）,任意 调幅信号的波形与频谱,上边频,下边频,上边带,下边带,12,（3）标准调幅波信号的功率分配关系,载波占有功率为：,两个边带所占有的功率为：,调幅波所具有的总功率为：,13,已调信号的幅度随调制信号而变化。因此，调幅信号幅度的包络线近似为调制信号的波形(mA1)。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c 处的调制信号的频谱，幅度减半。 标准调幅信号所占的频带宽度为 2m，即它是调制信号频带宽度m的两倍。

5、,幅度调制是一种非线性过程，它将调制信号的各频率分量变换为载波频率与这些频率的和频和差频分量。 从形式上看都是将信号的频谱在频率轴上平移。因此，又称幅度调制为线性调制。,（4）标准调幅波性质的讨论,14,（4）标准调幅波性质的讨论（续1）,调幅波中，欲传送的信息包含在边带内，载波分量并不包含送的信息。但它所占有的功率却为总功率的一半以上。 因此，从有效地利用频谱和发射机功率的角度考虑，标准幅度调制是有缺点的。,从传递信息的角度看，标准调幅信号所占的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。,15,2. 实现标准调幅的方法,它是由载波和载波与调制信号相乘的两部分组成

6、。据此，可以得到实现标准调幅的两种方案，如下图所示。,16,低电平AM调制发射机,17,高电平AM调制发射机,18,调幅的方法按电平的高低可区分为高电平调制和低电平调制，前者是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波；后者是在低功率电平上产生已调波，再经过线性功率放大到所需的发射功率。 一般普通调幅发射机都采用高电平调制。它的优点是不必采用效率低的线性功率放大器，从而有利于提高整机效率。高电平调制电路必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。 双边带调制和单边带调制通常都是低电平调制。调制电路的输出功率和效率不是主要指标，调制电路的形式，非线性器件类型及工作状态选择不受输出功率和效率的限制，因而具

7、有更大的灵活性，可以更好地提高调制线性和抑制载波输出。,19,3. 标准调幅信号的解调,调幅信号的解调就是从调幅信号中取出调制信号，它是调幅的逆过程。幅度解调器也叫检波器。 标准调幅波的解调方法分为两类： 相干解调：用同频同相的本地载波与已调制信号相乘， 可用相乘器实现，本地载波的产生是难点； 非相干解调：利用非线性器件本身的非线性实现解调。 小信号平方律解调：通常用于功率指示； 平均包络解调； 大信号峰值包络解调。,20,（1）检波器的技术指标,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：,21,（1

8、）检波器的技术指标（续1）,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，需合理设计； 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； 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，低通滤波器可以将其滤除。但在载波频率较高时，这些分量可能通过空间辐射、寄生耦合或电源反馈到前级，影响电路工作的稳定性。 在设计检波器时，要尽量避免载波及其高次谐波出现。,22,（2）相干解调,相干解调：相干解调方法的方框图如下图所示

9、。 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； 所以这种解调方法又称同步解调。,23,（2）相干解调（续1）,数学分析：,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 =/2，则将无解调输出。 即：产生与载频同频同相的本地载波是相干解调的关键问题。,24,（2）相干解调（续2）,那么如何产生相干的本地载波？ 当输入调幅波信号中含有较大幅度的载波信号时，用选择性回路直接从调幅信号中滤出载波信号作为本地载波是可行的方案之一。 该方案缺点是Q值选择的矛盾： Q值大，能有效滤除载波附近的频谱

10、分量； 但Q值大，相频特性陡，稍有偏离，就会产生很大的相移。,高质量的解调电路通常采用锁相环技术产生本地载波信号。 锁相环可以跟踪输入载波信号频率和相位的变化。 （第7章：锁相环电路）。,25,（3）非相干解调,利用非线性元件的非线性特性对调幅信号进行变换来实现调幅波的解调。 它不需要本地载波作为相干信号，称之为非相干解调。,非相干解调方法： 小信号平方律解调； 平均包络解调 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很多时，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。）,26,1、 小信号平方律解调器

11、,平方律检波器电路原理：,平方律器件,低通滤波器,27,输入信号为等幅正弦波时：,28,2、大信号峰值包络解调器,检波器电路： 最常用的峰值包络解调器如右图所示。,二极管无偏置电压。,输入信号 大。,二极管电流流通角很小。,元件参数满足下列条件：,载波信号周期,调制信号周期,29,2、大信号峰值包络解调器（续1）,工作过程：,30,2、大信号峰值包络解调器（续2）,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。,讨论： 负载电阻 RL 数值大，输入阻抗大，电流流通角小，检波效率高 但是，RL 数值大， RL CL数值过大，放电速度慢，会产生失真。,31,峰值包络

12、解调器电路的对角切割失真（惰性失真）,现象：RL CL数值选择过大，放电速度慢，二极管不导通。,黑线表示RL CL数值选择过大，放电速度慢。,32,峰值包络解调器电路的对角切割失真（续1）,为避免这种对角切割失真，要求RL CL的放电速度较调幅信号包络下降速度快； 求出调幅信号包络在 t0 时刻下降的速度，再求出在 t0 时刻 RL CL的放电的速度，并使包络下降速率小于放电速率。 可求出关系式：,举例：,标准幅度调制（SAM）小结,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 各频率分量之间的功率分配关系 实现标准调幅的方法： 低电平调幅 高电平调幅 标准调幅信号的解调：

13、 检波器的技术指标：检波效率、输入阻抗、 检波失真、谐波输出 相干解调：产生和载频信号同频同相的本地载 波是相干解调的一个关键问题 非相干解调：大信号峰值包络解调器,34,6.1.2 抑制载波调幅、单边带调幅和 残留边带调幅,SAM调幅波中，欲传送的信息包含在边带内，从传输信息的角度看，载波分量是多余的；载波分量占去了调幅波总功率的一半以上，这对充分利用发射机功率不利； 从传输信号的角度看，SAM调幅波所占的带宽多一半是多余的，这对节省频率资源不利。 由此，产生抑制载波调幅和单边带幅度调制。,35,6.1.2.1 抑制载波调幅DSB-AM或SC-AM,（1）抑制载波调幅信号的时域表示式 （2）

14、抑制载波调幅信号的频域表示式 （3）抑制载波调幅信号的波形图 （4）抑制载波调幅的调制和解调电路 （5）产生和载频信号同频同相本地载波,36,6.1.2.1 抑制载波调幅（续1）,（1）抑制载波调幅的时域表示式：,（2）抑制载波调幅的频域表示式：,抑制载波调幅信号中不含固定的载波分量,37,6.1.2.1 抑制载波调幅（续2）,（3）抑制载波调幅信号的波形图：,调制信号是正值时的已调波载波相位与调制信号是负值时的已调波载波相位是反相的 已调信号的幅度变化，其包络不能反映调制信号的形状,38,6.1.2.1 抑制载波调幅（续3）,抑制载波调幅信号中不含固定的载波分量，若调制信号的平均值不是零，会

15、产生“载漏”。 调制信号是正值时的已调波载波相位与调制信号是负值时的已调波载波相位是反相的。 已调信号的幅度仍随调制信号变化，但其包络不能反映调制信号的形状。 由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形，因而也不能应用峰值包络检波方法。所以，对这类调幅信号，只能使用同步解调方法。,上图,39,6.1.2.1 抑制载波调幅（续4）,带通滤波器,低通滤波器,（4）抑制载波调幅的调制和解调电路： 由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形，因而不能应用峰值包络检波方法。只能使用同步解调方法。 同步解调的关键在于产生出和载波信号同频同相的本地载波信号。,40,6.1.2.1 抑制载波调

16、幅（续5）,（5）产生和载频信号同频同相本地载波：,平方器,带通滤波器,分频器,41,6.1.2.1 抑制载波调幅（续6）,举例 1：标准幅度调制和抑制载波调幅。,42,6.1.2.1 抑制载波调幅（续7）,用1496集成芯片构成的调幅器电路,43,6.1.2.1 抑制载波调幅（续8）,载波信号入：,调制信号入：,输出信号为：,讨论：1.若1，4端和8，10端直流平衡，输出是什么调幅波形？ 2.若8，10端直流平衡，如何得到标准调幅波形？,3.载漏是如何产生的？ 4.若1，4端平衡，而8，10端不平衡，输出是什么波形？ 5.若相乘器两输入端均不平衡，输出是什么波形？,44,习题十一：6-1，6

17、-3，6-4，6-5 CAD7：6-8，CAD8（补充）,CAD8（补充）：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。 本实验采用集成模拟相乘器1496来构成调幅器，图 (a)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T5、T6驱动双差分放大器 T1 T4组成，T7、T8和T9是差动放大器T5、T6的恒流源。进行调幅时，载波信号加在双差分放大器T1 T4的输入端即引出脚、之间，调制信号加在差动放大器T5、T6的输入端即和脚之间。,45,CA

18、D8 （续）,T5、T6 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W1 用来调节引出脚和之间的平衡， W2 用来调节、脚之间的平衡，三极管3DG6为射极跟 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（mA=0.3，mA=1.0）； （3）实现抑制载波调幅。 【提示】所加输入信号请参考实验讲义。,46,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,47,图（b）用1496集成芯片构成的调幅器电路,1496,返回,4