模拟调幅与检波电路（doc X页） .doc

目录前言21.振幅调制与解调原理21.1普通调幅方式21.2双边带调幅方式和单边带调幅方式52.调幅电路52.1普通调幅电路62.2 双边带调制电路72.3 单边带调制电路73.检波与检波电路8小结10模拟调幅与检波电路分析摘要:近年来，我国移动通信业务迅猛发展，己深入到社会生活的各个方面。面对移动用户群的持续增长和新业务的层出不穷，移动通信体系要及时适应甚至超前于市场需求的步伐。而作为移动通信的核心技术之一的调制解调技术是实现高速高效的通信系统的重要保证。本论文主要是综述现代通信系统调制解调的基本技术和实现方法，并分别在时域和频域讨论振幅调制与解调的基本原理, 以及介绍分析有关电路组成。关键词：通信；调制；解调；电路 前言通信的主要目的是传输消息。消息的形式多种多样，可以使符号、文字、语音、图像等。各种不同消息可以分为两类，即数字(离散)消息和模拟(连续)消息。消息传递时，首先需要转化成电信号。相应电信号的形式也可分成两类，即模拟信号和数字信号。同样按新信道传输的信号类型，可以将通信系统分成两类：模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统中，常对消息进行两种变换。首先，将消息便为原始电信号。由于原始电信号通常具有很低的频率分量，一般不宜直接传输。第二种变换：将原始电信号(基带信号)变为适合信道传输的频带信号，在接收端再进行相反变换。这种变换和反变换通常称为调制和解调。数字通信系统中，虽然传输的是数据信息，但同样少不了调制和解调(频带传输系统)。可见，调制解调在现代通信系统中起着重要作用。调制的重要性体现在：将基带信号变换成适合在信道中传输的己调信号；实现信道的多路复用及改善系统抗噪声性能。而解调的重要性体现在：如何从带有噪声干扰和畸变的信道输出信号中，恢复还原原来基带信号。1.振幅调制与解调原理 模拟调制系统中所采用的调制技术可分为线性调制和非线性调制。最常用和最重要的调制方式使用正弦波作载波的幅度调制和角度调制。幅度调制属线性调制，已调信号的频谱是基带信号频谱的平移及线性变换。已调信号有：调幅(AM)、双边带(DSB)、单边带(SSB)及残留边带(VSB)。因此振幅调制可分为普通调幅（AM）、双边带调幅(DSB-AM)、单边带调幅(SSB-AM)及残留边带调幅(VSB-AM)和正交调幅（QAM）等方式。1.1普通调幅方式1. 普通调幅信号的数学表达式 普通调幅方式是用低频调制信号去控制高频正弦波（载波）的振幅，使其随调制信号波形的变化而呈线性变化的。 设高频载波的表达式为 调幅时，载波的频率和相位不变，而振幅将随着调制信号线性地变化。由于调制信号为零时调幅波的振幅应等于载波振幅，则调幅波的振幅可写作 式中，是一个与调幅电路有关的比例常数。因此，调幅波的数学表达式为 （1）输入单频调制信号： 且，则式中是受调后载波电压振幅的最大变化量；称为调幅系数或调幅度，它反映了载波振幅受调制信号控制的程度，与成正比。是高频振荡的振幅，它反映了调制信号的变化规律，称为调幅波的包络。在调制信号的一个周期内，调制波的最大振幅，最小振幅，故有（2）输入多频调制信号 式中，则 2. 普通调幅信号的波形 如图1所示，是的振幅，调幅波的包络与调制信号的形状完全一致，它反映调幅信号的包络线的变化。由图可见，在输入调制信号的一个周期内，调幅信号的最大振幅为，最小振幅为。 图1 普通调幅电路的波形 图2 过量调幅失真如果，则在某个时间间隔里，即。但是，由于振幅值恒大于零，故这时应写为图2（a）给出了过量调制时的波形，由图可以看出，此时其包络已经不能反映调制信号的变化规律。而在实际调幅器中，这段时间内由于管子截止，使，即出现包络部分中断，如图2（b）所示。显然，时调幅波将产生失真，称为过调幅失真，而称为过调幅。因此，为了避免出现过调幅失真，应使调幅系数。3.普通调幅信号的频谱结构和频谱宽度若调制信号为单频正弦信号，则上式表明，单频正弦信号调制的调幅波是由三个频率分量构成的：第一项为载波分量；第二项的频率为，称为下边频分量，其振幅为1/2maUm；第三项的频率为，称为上边频分量，其振幅为1/2maUm。由此可画出相应的调幅波的频谱，如图3所示。由于，所以这三个频率相距很近。由图可以看出，上、下边频分量对称地排列在载波分量的两侧。调幅波的频谱宽度简称带宽，用表示。显然 图3 单频信号调制时的频谱 若调制信号为多频信号，则 上式表明，多频信号调制的调幅波的频谱是由载波分量和n对对称于载波分量的边频分量组成，这些边频分量组成两个频带，其中频率范围为称为上边带，称为下边带，如图4所示。图4 多频信号调制时的频谱可见，上、下边带也对称地排列在载波分量的两侧。由于最低调制频率，最高调制频率，故调幅波带宽 因此，调幅电路的作用是在时域实现和相乘，反映在波形上就是将不失真地搬移到高频振荡的振幅上，而在频域则将的频谱不失真地搬移到得两边。 1.2双边带调幅方式和单边带调幅方式载波不包含待传输的调制信号，而所要传输的信号（调制信号）只存在于边频功率中，因此从传输信息的角度看，调幅波平均功率中真正有用的是边频功率，载波功率是没有用的。当时，在中所占的比例最大，这时；而当时，。因此，有用的边频功率占整个调幅波平均功率的比例很小，发射极的效率很低。为了克服调幅波的上述缺点，在调幅系统中还采用了抑制载波的双边带调幅、单边带调幅。（1）双边带调幅（DSB）既然载波分量不包含任何信息，又占整个调幅波平均功率的很大比重，因此在传输前把它抑制掉，就可以在不影响传输信息的条件下，大大节省发射机的发射功率。这种仅传输两个边带的调幅方式称为抑制载波的双边带调幅，简称双边带调幅，用DSB表示。单频调制时双边带调幅信号的数学表达式：多频调制时双边带调幅信号的数学表达式：双边带调制仍为频谱搬移电路，其带宽仍为。（2） 单边带调幅（SSB） 双边带调幅信号的上边带或下边带都包含了调制信号的全部信息。因此，从信息传输的角度来看，还可以进一步把其中的一个边带抑制掉。这种仅传输一个边带（上边带或下边带）的调幅方式称为抑制载波的单边带调幅，简称单边带调幅，用SSB表示。 当调制信号为单频时，单边带调幅信号的数学表达式： （上边频）或 （下边频） 当调制信号为多频时，单边带调幅信号的数学表达式： （上边带）或 （下边带）单边带调制仍为频谱搬移电路，其带宽。单边带调制把AM或DSB信号的带宽压缩一半，这对于提高短波波段的频带利用率具有重大现实意义。 2.调幅电路2.1普通调幅电路XY- A+ RRR1. 模拟乘法器调幅电路由模拟乘法器和集成运放组成的普通调幅电路如图5所示。 图中，乘法器的输出电压，集成运放构成相加器。若为单频信号，为载波信号，则输出电压 图5模拟乘法器普通调幅电路式中，。为保证不失真，要求。显然，该电路的输出信号为普通的调幅波。112.二极管平方律调幅电路 由于非线性器件具有相乘作用，因此可以用它构成调幅电路，如图6所示为二极管构成的普通调幅电路。 图6二极管平方律调幅电路原理图其中，U为偏置电压，使二极管的静态工作点位于特性曲线的非线性较严重的区域；调制信号和载波相加后再和U叠加；L、C组成中心频率为的带通滤波器。若忽略输出电压的反作用，则二极管两端电压 则流过二极管的电流 上式含有无限多个频率成分，其一般表达式为：。该组合频率中含有、的频率成分，被中心频率为、通带宽度为的带通滤波器选出，其它频率被滤掉，则为普通调幅波。设L、C谐振回路的谐振电阻为，且的幂级数只取前三项，则 式中，。为了实现平方律调幅，器件必须工作在甲类非线性状态，因此效率不高。2.2 双边带调制电路1.二极管平衡调幅器 二极管平衡调幅器如图7所示 图7 二极管平衡调幅器其中、为两个特性相同的二极管，从R两端输出，满足。平衡调幅器可以看作是两个平方律调幅器连接而成。 由此式可知，输出中没有载波分量。若用中心频率为、通带宽度为的带通滤波器接在输出端，则得到的只有的上、下边频分量，实现了双边带调幅。2.二极管环形调幅器二极管环形调幅器如图8所示。图中，4个特性相同的二极管首尾相接，组成一个环路，故称为环形调幅器。环形调幅器与平衡调幅器相比，只多了两个二极管，因此其工作原理大致相同，这里不再详细介绍。 图8 二极管环形调幅器2.3 单边带调制电路 由于双边带调幅信号上、下边带都含有调制信号的全部信息，为节省发射功率，减小频谱宽度只发射一个边带，这种只传输一个边带的调幅方式称为单边带调幅，用SSB表示。1、滤波法单边带调制电路 图9 滤波法单边带调幅器原理电路通过带通滤波器滤除DSB 信号中的一个边带，就可以获得SSB 信号，其原理图如图9所示。或滤除法的关键是带通滤波器。2. 相移法单边带调制电路如图10 相移法的关键是移相器，要求精确移相90°且幅频特性为常数。 图10 相移法单边带调制电路原理图 3.检波与检波电路 振幅解调(又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于频谱搬移电路。1.同步检波器 同步检波器又称为相干检波器，常由模拟乘法器和低通滤波器LPF组成。因此这种电路有时也称为模拟相乘检波器，其原理图如图11所示。XYLPF 图11 同步检波器原理图 设为单频正弦信号调制的调幅波，而同步电压。 （1）为普通调幅波则乘法器的输出电压为 可见，中含有0、频率分量，经过LPF滤去、分量，再阻隔直流后，就得到式中，。可见，已恢复出了原调制信号。检波器的传输系数 （2）为双边带调幅信号 若，分析得到，与的表达式与普通调幅波相同： （3）为单边带调幅信号 设为上边带调幅信号，即则检波器的输出为式中，。检波器的电压传输系数为 综上所述，同步检波器可用于各种调幅信号的检波。用模拟乘法器F1596组成的同步检波器如图12所示。图12 F1596组成的同步检波器2.大信号包络检波 对于普通调幅波，可用包络检波器进行检波。目前应用最广的是二极管包络检波器，其电路如图13所示。图13 二极管包络检波器 （1）输入信号为高频等幅信号设，且C上没有初始存储电荷，即时，。这时，检波电路的分析与半波整流、电容滤波电路的分析相似，即时，二极管导通，C被充电；时二极管截止，C放电。由于放电时间常数远远大于充电时间常数，因此充电快、放电慢，在很短的时间内疚达到充放电的动态平衡。此后，便在平均值上下按频率做锯齿状的小波动。如果放掉的电荷很少，则的锯齿状波动很小，一般可以忽略，的波形近似是的包络。 （2）输入信号为单频调幅波设，此时检波的过程与高频等幅波输入是很相似，不过随着的幅度的增大或减小，也作相应的变化。因此，将是与调幅波包络相似的有锯齿状波动的电压，忽略很短的过渡过程后，的波形如图14所示。在一定条件下，的小锯齿波动可以忽略，其波形就近似为的包络。 图14 输入信号时的电压波形为单频调幅波小结 本论文主要研究和分析了振幅调制与解调，分析和探讨了AM波、DSB波、SSB波的产生以及解调。虽然各类调制方式都有其优点和局限性，但它们始终都是围绕通信的三项重要指标一有效性、可靠性和安全性进行不断的优化和改进的，在移动通信系统中起着至关重要的作用。移动通信己成为通信领域中最具活力、最具发展前途的一种通信方式。未来通信的更高要求成为其演进的原动力，与之相关的各类通信技术也成为人们研究的热点，值得我们密切关注和学习。参考文献1沈镇元、聂志泉、赵雪荷通信系统原理西安：西安电子科技大学，199310152曹志刚等现代通信原理北京：清华大学出版社，1992801203高如云、陆曼茹、张企民、孙万蓉通信电子线路，第二版。西安：鲜电子科技大学出版社，200298-2804孙肖子、田根登、徐少莹、李要伟现代电子线路和实验简明教程北京：高等教育出版杜，200410-50