1、第五章振幅调制与解调第五章振幅调制与解调5.1调制的分类调制的分类5.2调幅信号调幅信号5.3振幅调制原理振幅调制原理5.4振幅解调原理振幅解调原理5.5集成器件与应用电路举例集成器件与应用电路举例5.6PSpice仿真举例仿真举例本章小结本章小结思考题和习题思考题和习题第五章振幅调制与解调 5.1 调调 制制 的的 分分 类类根据调制信号和载波的不同，调制分为连续波模拟调制和脉冲调制。连续波模拟调制又分为振幅调制、频率调制和相位调制。连续波模拟调制中，载波是正弦波，例如，由石英晶体振荡器产生，并经过倍频和功率放大得到的高频正弦信号，可以表示为 uc=Ucm cos(ct+j)第五章振幅调制与解调其中，Ucm是振幅，c是频率，j是相位。为了分析方便，我们把调制信号简化为单频正弦信号，表示为 u=Um cos t用u改变Ucm，生成振幅随u线性变化的已调波，这种调制称为振幅调制，简称调幅，记为AM；用u改变c，生成频率随u线性变化的已调波，这种调制称为频率调制，简称调频，记为FM；用u改变j，产生相位随u线性变化的已调波，这种调制称为相位调制，简称调相，记为PM。第五章振幅调制与解调图5

2、.1.1中对比了调幅信号uAM、调频信号uFM和调相信号uPM的典型波形。可见，调幅信号中，调制信号寄载在已调波的振幅上，形成振幅按调制信号规律变化的高频振荡；调频信号和调相信号是等幅的高频振荡，振荡频率和相位的变化体现了调制信号的变化规律。第五章振幅调制与解调图5.1.1 已调波波形(a)调幅信号；(b)调频信号；(c)调相信号第五章振幅调制与解调频域上，振幅调制把调制信号u的频谱从低频频段搬移到高频频段，成为调幅信号uAM的频谱；振幅解调则把uAM的频谱从高频频段搬移回低频频段，恢复u的频谱。u包含多个频率分量时，以上频谱搬移不改变各个频率分量的相对振幅和频差，即信号的频谱结构不变，称为线性频谱搬移，如图5.1.2所示。第五章振幅调制与解调图5.1.2 振幅调制和解调的线性频谱搬移第五章振幅调制与解调 5.2 调调 幅幅 信信 号号调幅信号分为普通调幅信号、双边带调幅信号和单边带调幅信号。下面分类介绍各种调幅信号的产生方式、时域表达式、波形、频谱和功率分布。5.2.1 普通调幅信号普通调幅信号普通调幅信号可以经图5.2.1所示的过程产生。第五章振幅调制与解调图5.2.1 普通调幅信

3、号的产生第五章振幅调制与解调根据振幅调制的要求，普通调幅信号的振幅是在载波uc=Ucm cosct的振幅Ucm的基础上，叠加正比于调制信号u=Um cost的变化量，从而得到一个与u成线性关系的时变振幅，即第五章振幅调制与解调其中,Usm=Ucm,ma=kUm/Ucm，称为调幅度，k是由调制电路决定的比例常数，图5.2.1中乘法器的增益kM=k/Ucm。振幅调制不改变载波的频率c，所以普通调幅信号的时域表达式为(5.2.1)据此可以画出uAM的波形，如图5.2.2(a)所示。第五章振幅调制与解调图5.2.2 普通调幅信号的波形(a)ma1；(b)ma1第五章振幅调制与解调从图5.2.2(a)中可以看出，上包络线和下包络线都体现了u的变化规律，uAM则是在上、下包络线约束下的高频振荡，振荡的最大振幅Usm,max=Usm(1+ma)，最小振幅Usm,min=Usm(1ma)，所以，有:第五章振幅调制与解调为了能根据振幅变化还原调制信号，普通调幅信号的包络线不能过横轴，即要求ma1。如果 ma1,则称为过调制，如图5.2.2(b)所示。利用三角函数的积化和差公式，式（5.2.1）可以改写为

4、从而得到普通调幅信号的三个频率分量，如图5.2.3所示。第五章振幅调制与解调图5.2.3 普通调幅信号的频谱第五章振幅调制与解调图中,频率c+和c分别称为上边频和下边频，上、下边频分量的振幅maUsm/2都正比于调制信号u的振幅Um，与载频c的频率差都是u的频率。所以，上、下边频分量携带了调制信号的全部信息，中间的载频分量则与调制信号无关。uAM的带宽为 BWAM=2第五章振幅调制与解调发射普通调幅信号uAM时，天线系统等效为负载电阻RL，考虑到各个频率分量的正交关系，uAM的总平均功率由各个频率分量各自的平均功率相加而成。其中，载波功率:边带功率:第五章振幅调制与解调总平均功率:(5.2.2)以上考虑的调制信号u是单频信号，当u是包含N个频率分量的复杂调制信号时，可以表示为第五章振幅调制与解调其中,Um是最大振幅;f(t)代表归一化后u的变化规律，称为波形函数。经过类似的推导，生成的普通调幅信号为第五章振幅调制与解调图5.2.4示出了uAM的波形和频谱。可见，在频域上，振幅调制是把调制信号的频谱搬移到了载频的左右两侧，成为上、下边带，呈镜像对称。此时uAM的带宽仍是u带宽的两倍，总平

5、均功率也是各个频率分量各自的平均功率之和。第五章振幅调制与解调图5.2.4 复杂调制信号生成的普通调幅信号(a)波形；(b)频谱第五章振幅调制与解调5.2.2 双边带调幅信号双边带调幅信号普通调幅信号中，载频分量不携带调制信号的信息，却占有大部分功率。即使调幅度ma=1，从式（5.2.2）可以看出,载频分量占有2/3的总平均功率。统计发现，一般通信中总功率超过95%都用到了载频分量上。所以从功率利用角度来看，普通调幅信号是一种效率很低的振幅调制方式。相对而言，去除载频分量，只保留上、下边频分量的双边带调幅就比较有效地利用了功率。双边带调幅信号的产生过程如图5.2.5所示。第五章振幅调制与解调图5.2.5 双边带调幅信号的产生第五章振幅调制与解调据此可以写出双边带调幅信号的时域表达式其中,Usm cost=kMUmUcm cost为时变振幅，Usm为最大振幅。uDSB的波形如图5.2.6所示。第五章振幅调制与解调图5.2.6 双边带调幅信号的波形(a)cost和cosct同时过零；(b)cost和cosct不同时过零第五章振幅调制与解调从图5.2.6中可以看出，时变振幅决定的上、下包络线

6、都过横轴，从而无法从振幅变化上还原调制信号。高频振荡在包络线过横轴(即cost过零)时，会出现倒相，如果此时cosct也过零，则倒相表现为高频振荡返回原来的象限。式（5.2.3）可以继续写为第五章振幅调制与解调单频调制信号u生成的双边带调幅信号只有上边频和下边频两个频率分量，如图5.2.7 所示，带宽为BWDSB=2双边带调幅信号的总平均功率等于边带功率，即第五章振幅调制与解调图5.2.7 双边带调幅信号的频谱第五章振幅调制与解调图5.2.8所示为复杂调制信号产生的双边带调幅信号的波形和频谱。由于上、下边带频谱呈镜像对称，重复携带了调制信号的信息，所以双边带调幅信号的功率利用效率仍然较低，而且同普通调幅信号一样，双边带调幅信号的带宽比调制信号的带宽增加了一倍，频带利用效率也较低。第五章振幅调制与解调图5.2.8 复杂调制信号生成的双边带调幅信号(a)波形；(b)频谱第五章振幅调制与解调5.2.3 单边带调幅信号单边带调幅信号单边带调幅信号的时域表达式为(5.2.4)(5.2.5)第五章振幅调制与解调uSSB的波形和频谱如图5.2.9所示，带宽为BWSSB=单边带调幅信号的总平均功率等于

7、上边频或下边频分量的平均功率，即单边带调幅信号有两种基本的产生方法，分别称为滤波法和相移法。第五章振幅调制与解调图5.2.9 单边带调幅信号(a)波形；(b)频谱第五章振幅调制与解调1 滤波法如图5.2.10所示，首先调制信号u和载波uc经过乘法器产生双边带调幅信号uDSB，再让uDSB经过通频带只包含上边带的带通滤波器，则输出上边带调幅信号。如果带通滤波器的通频带只包含下边带，则得到下边带调幅信号。滤波法要求带通滤波器在上、下边带之间实现从通带到阻带的过渡，过渡频带是调制信号的最低频率的两倍，当最低频率很低时，过渡频带很小，要求带通滤波器的矩形系数接近于1，这实现起来比较困难。第五章振幅调制与解调图5.2.10 滤波法产生单边带调幅信号第五章振幅调制与解调2 相移法式（5.2.4）和式（5.2.5）可以改写为第五章振幅调制与解调据此可以利用乘法器、移相器、减法器或加法器产生单边带调幅信号，如图5.2.11所示。相移法可以理解为用调制信号和载波产生一路双边带调幅信号，再用它们经过/2移相后得到的一对正交信号产生另一路双边带调幅信号，两路双边带调幅信号叠加得到单边带调幅信号。相移法要求移

8、相器对复杂调制信号的每个频率分量都进行/2的相移，而不改变各个频率分量的相对振幅，这实现起来也比较困难。第五章振幅调制与解调图5.2.11 相移法产生单边带调幅信号第五章振幅调制与解调【例5.2.1】调幅信号us1=2+cos（2103t）cos(106t)Vus2=1.5 cos(1.996106t)+1.5 cos(2.004106t)V判断us1和us2的类型，确定载频和带宽，计算在单位负载电阻上产生的总平均功率。解：us1=(2+cos2 103t)cos(106t)=2(1+0.5cos2 103t)cos(106t)V第五章振幅调制与解调是普通调幅信号，载波振幅Usm=2 V，调幅度ma=0.5。载频：c=106 rad/s调制信号频率=2103 rad/s，带宽:BWAM=2=22103 rad/s=4103 rad/s 在单位负载电阻上，载波功率:第五章振幅调制与解调边带功率:总平均功率:PAM=Pc+PSB=2 W+0.25 W=2.25 Wus2=1.5 cos(1.996106t)+1.5 cos(2.004106t)=3 cos(4103t)cos(2106t)

9、V第五章振幅调制与解调是双边带调幅信号，最大振幅Usm=3 V。载频:c=2106 rad/s调制信号频率=4103 rad/s，带宽:BWDSB=2=24103 rad/s=8103 rad/s 在单位负载电阻上，总平均功率:第五章振幅调制与解调【例5.2.2】调幅信号us1的波形如图5.2.12(a)所示，判断其类型，写出时域表达式，并画出频谱。图5.2.12(b)所示为调幅信号us2的频谱，判断其类型，写出时域表达式，并画出波形。第五章振幅调制与解调图5.2.12 调幅信号(a)us1的波形；(b)us2的频谱第五章振幅调制与解调解：us1是普通调幅信号，最大振幅Usm,max=8 V，最小振幅Usm,min=2 V。载波振幅和调幅度分别为第五章振幅调制与解调调制信号频率:载频:根据以上参数，us1的时域表达式为us1=Usm(1+ma cost)cosct =51+0.6 cos(2103t)cos(2106t)V第五章振幅调制与解调us1的频谱如图5.2.13(a)所示。us2是双边带调幅信号，其表达式为us2=2.5 cos(278103t)+2.5 cos(282103t

10、)=5 cos(22103t)cos(280103t)Vus2的波形如图5.2.13(b)所示。第五章振幅调制与解调图5.2.13 调幅信号(a)us1的频谱；(b)us2的波形第五章振幅调制与解调5.2.4 残留边带调幅信号残留边带调幅信号虽然单边带调幅信号的功率利用率和频带利用率最高，但是实现时，滤波法对带通滤波器的要求较高，相移法对移相器的要求较高。另外，对单边带调幅信号同步检波时需要产生与载波同频同相的本振信号，实现起来也比较困难。所以，单边带调幅信号的发射机和接收机的设计和制作难度都比较大，残留边带调制则比较好地解决了上述问题。第五章振幅调制与解调残留边带调制在普通调幅信号uAM的基础上，通过斜切滤波器得到残留边带调幅信号uVSB。uVSB包括一个完整的边带、载频分量和另一个边带的一部分。解调时，uVSB的频谱被搬移到低频频段，斜切滤波器使负频率分量的振幅正好填补完整对应的正频率分量的振幅，从而获得与调制信号u完全一样的频谱，如图5.2.14所示。第五章振幅调制与解调图5.2.14 残留边带调制和解调的频谱搬移第五章振幅调制与解调 5.3 振幅调制原理振幅调制原理图5.2.1

《《射频电路基础》课件第五章.ppt》由会员m****u分享，可在线阅读，更多相关《《射频电路基础》课件第五章.ppt》请在八斗文库上搜索。