幅度调制与解调.ppt

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1、第六章幅度调制与解调,6.1 概 述6.2 普通调幅和解调的基本性质及电路分析6.3 双边带调幅和解调的基本性质及电路分析6.4*单边带调幅和解调的原理及实现方法6.5*残留边带调幅和解调的原理及实现方框6.6 信号目标与电路的形成,6.1 概 述,幅度调制也称为调幅，相应的解调称为检波。一般说来，调幅的实现在时域上可以理解为：通过代表信息的基带信号，即低频信号，去控制高频载波振幅来实现。,对时域的理解有利于区别调幅和调角的差异，但对于区分不同调幅的产物调幅波(也称已调波)则是不够的。至于各种调幅波的差异问题，最好从频域角度来考虑。解调的作用是从已调波中还原一个与原基带信号变化规律一致的电信号

2、。,6.2 普通调幅和解调的基本性质及电路分析,为便于讨论，我们设高频载波为vc(t)=Vcmcos(ct+0)式中，Vcm称为载波振幅，c为载波角频率，0为载波的初相，它们均为常数。同时，我们设基带信号为v(t)，通常也叫做调制信号，它代表需要传送的信息。,为了说明实际AM波满足式(6-2-5)的程度，我们定义一个无量纲的调制指数m，其定义如下：式中，a(t)max和a(t)min分别指a(t)的最大值和最小值。,无论m是否大于1我们都将式(6-2-2)的v(t)最大值连成的光滑曲线(如图6-2-1中所示的v(t)波形上的虚线)称为上包络，将v(t)最小值连成的光滑曲线称为下包络。,图6-2

3、-1调制指数对已调波的影响,为了与后几节要讲的其它调幅相区别，我们常将普通调幅波记为vAM(t)或iAM(t)。此外，在vAM(t)频谱中，常将大于-c小于-c+m以及大于c-m小于c的频谱分量一起称为下边带，把大于c和小于-c的频谱分量称为上边带。,从以上的分析可看出，AM波中存在不能反映调制信号变化的频率成分，这一成分所消耗的功率Pc比能反映调制信号变化的边频功率PSB还要大。因此，从节约能源，提高调幅波输出电路可靠性来讲，采用AM调制的通信系统不是理想的通信系统。,6.2.1 AM波调制电路分析调制电路按输出已调波功率的大小分为高电平振幅调制电路和低电平振幅调制电路两大类，如图6-2-3

4、所示。,图6-2-3大功率AM波形成分类,1.高电平调制技术高电平模拟调幅有直接的模拟调制方式和间接的数字调制方式两大类。它们的共同点是实现AM波，差别在于后者的性能指标明显高于前者。,如在直接的模拟调制时，采用的具体作法是：a)将功放的输入信号源用一等幅、等频的载波信号代替。b)将功放的直流电源用一个变化较缓的、受调制信号控制的电源来代替，代替的具体方法与选用的电路有关。,(1)直接的模拟调制电路这类电路大体有三种基本类型，它们分别是：基极调幅电路、集电极调幅电路以及D类调幅电路。C类基极调幅电路基极调幅原理电路如图6-2-4(d)所示，图中通过电容实现各种频率信号的相互隔离。,图6-2-4

5、 基极调幅,第一，由于此电路总是工作在欠压区，因此集电极效率不可能很高。第二，由图6-2-4(b)可知，当靠近过压区时，Iclm随vBB增加而增大的数值略为减缓，在vBB较小时，Iclm又会出现下降不足的情况。因此，在v(t)变化范围较大时，电路输出电压vo(t)的波形与理想AM波形是不可能一致的，这就是常说的调制非线性。,第三，由于调制信号是加于管子输入回路的，因此电路所需v(t)信号源的输出功率(常称调制功率)较小。C类集电极调幅电路集电极调幅原理电路如图6-2-5(a)所示。图中的C2对包括调制信号在内的交流信号起旁路作用；CC只对c附近及其以上频率的信号旁路，对则是开路；CB为交流旁路

6、电容。,图6-2-5 C类集电极调制,D类集电极调幅电路这种调幅的原理电路如图6-2-6所示。其中C1为交流旁路电容；C2对c分量短路，对和直流应看成是开路。,图6-2-6 D类集电极调制原理图,(2)*间接的数字调幅电路(DAM)数字调幅是近年来才出现的一种模拟调制技术，其主要优点在于它的整机效率可达到86%，其中高频功放的效率在90%左右，它的指标也有明显的优越性。图6-2-8(b)所示的波形是由多个同相PA输出波经叠加(或称合成)得到的，PA的个数不同，输出的幅度就不一样。,图6-2-8 数字调幅原理说明图,图6-2-9(a)所示是由两个PA构成的功率合成电路，它通过高频变压器耦合方式在

7、输出回路中形成串联的功率电源。,图6-2-9功率合成型调幅特性分析,2.低电平调幅电路(MC1596)低电平调幅是利用信号分析中的频谱位移理论实现的。具体说来是将a(t)与载波信号通过时域内的乘法器来实现的。(1)图(b)中所示的电阻R5为MC1596中VT7、VT8提供了处于放大状态的基极偏置，改变它的大小可使图(a)中所示的I0数值不同，其关系为,图6-2-10 AM调幅电路,(2)图(a)中所示的VT5和VT6应工作于小信号放大状态(其目的是为了尽量消除输出信号中与谐波有关的频率分量)，它的基极偏置由图(b)中所示的1、4端外接电阻提供，同时这些电阻也应保证VT7、VT8管处于放大区。(

8、3)图6-2-10(b)所示中采用了一个51的电阻为8脚提供直流通路。但由于51的阻值较小，其上的直流压降可忽略不计。,(4)若将式(6-2-25)和式(6-2-30)代入式(6-2-18)，可得出以下两个结论。第一，vo(t)与温度T有关。第二，vo(t)中含有与c谐波分量有关的项。,(5)由于调制AM波时，必需满足0m1，因此在实际电路中应根据式(6-2-25)等仔细调整50k电阻，以及其它有关电阻的阻值。(6)MC1596具有工作频率高(可达300MHz)，调制频率高(可达80MHz)，电路转换率SR大等优点，但也存在电路输出信号功率小的缺点。,6.2.2 AM波检波电路分析普通调幅波的

9、解调，即调制信号的恢复，可以从时域和频域的角度来考虑。通常把从时域出发构成的检波电路称为包络检波器，把从频域出发构成的检波电路称为同步检波。,1.同步检波电路若输入的AM波为vAM=Vm0(1+mcost)cosIt，载波提取电路的理想输出就应为VcosIt，即与vAM中的载波分量具有相同相位的等幅正弦波。我们称该正弦波为同步载波。,2.包络检波电路(二极管，三极管)包络检波是利用AM波在时域内包络变化能反映调制信号变化规律这一特点形成的检波，其相应的电路比同步检波电路简单。包络检波分为三极管包络检波和二极管包络检波两大类。,(2)滤波器特性由于二极管包络检波电路的输出大小要影响管子的导通，因

10、此，电路中RC的选取条件应与三极管集电极包络检波中的条件有所不同。从检波原理来看，二极管电路中的RC仍应起低通作用。因此，对输入频率1来说，C值取得越大越好，即,对调制信号频率来说，最常见的输出失真情况如图6-2-17(c)所示，这种类型的失真称为惰性失真。,图6-2-17 电压型包络检波波形,(3)检波器连接问题的特殊分析由于检波器总是复杂系统的一个环节，因此，我们还应考虑它对前级放大器的影响，以及后级放大器对检波器的影响问题。结合式(6-2-62)可知：只要不满足式(6-2-62)，就一定不满足式(6-2-67)。也就是说有负峰切割失真存在，就一定伴随着惰性失真。,6.3 双边带调幅和解调

11、的基本性质及电路分析,双边带调幅是在AM调幅基础上发展起来的，通常简记为DSB。DSB与AM波的主要差别是：DSB已调波中c频率分量的振幅较小，甚至完全不存在。为分析方便，我们将含有c频率分量的DSB波称为有载波的DSB波；无c分量的称为抑制载波的双边带调幅波，简记为DSB/SC。,第一，时域内，DSB波的包络不能反映调制信号的变化规律(见图6-2-1，m1的情况)。第二，频域内，有载波的DSB波频谱图与AM波类似，只是c分量的强度较弱。,6.3.1 DSB波调幅电路分析1.由MC1596构成的调制电路图6-3-1所示为采用MC1596实现DSB波的部分电路(C为耦合电容)，其余部分与图6-2

12、-10(b)所示的相同。,图6-3-1 DSB实现电路,2.二极管环形调制器的特殊分析图6-3-2(a)是利用二极管构成的环形调制器的原理图，图(b)为相应的实用电路图。现就图(a)分析如下。,图6-3-2 环形调制器,实用调制电路还可用多个场效应管，或多个三极管构成。其基本原理是通过多个非线性器件的特殊组合方式，以及工作点的合理设置来达到输出波中有用乘积项的幅度尽可能大，无用项的频率成分尽可能远离有用项，无用项的幅度尽可能小的目的。不过，实际乘法器的输出波中总是包含无用频率分量，这些分量可通过与乘法器相连接的带通滤波器来滤除。,3.数字调制电路(ASK)数字调制电路的基带信号为数字信号。由于

13、数字信号的取值有限，如二进制只有两种可能，因此，可以将二进制的数字信号看成为电路通断开关的控制信号，这样，可以将振荡器产生的载波信号通过通断开关电路来实现输出高频载波的有无，即输出调幅波(波形见图1-2-3(a)所示)。,6.3.2 DSB波的解调(包括有、无载频或导频的DSB波)由于DSB波的包络不能反映调制信号的变化，因而不能采用包络检波器解调。如果能设法恢复出同步载波，则可用图6-3-4所示的方案进行解调。,图6-3-4 解调DSB方框图1,在图6-3-5方案中，应特别注意载波的提取和乘法器两部分。其中乘法器应尽量避免输出波中出现与谐波有关的频率分量，也就是说应尽量采用理想乘法器，如二极

14、管环形电路、MC1596等性能较好的乘法器。,图6-3-5 解调DSB方框图2,6.4*单边带调幅和解调的原理及实现方法,单边带调幅简记为SSB。它利用双边带已调波的上、下边频均能反映原调制信号频谱结构的特点，设法形成只含一个边频成分的已调波，这就是单边带调幅。单边带调幅波对所含边带是上边带或是下边带没有限制。,第一，若原调制信号的最低频率min越小，则边带间隔越小，滤波器就越不容易实现。第二，2min/c的比值越大，滤波器越容易实现。第三，c越小，滤波器体积越大，成本越高。,实现SSB波的另一种方法是移相法(也是波形合成法)。它的主要特点是不用滤波器，但要用90的宽带移相网络。这时，在理想同

15、步解调下，得原调制信号为Acos(t+k+0)=Acos(t-k)+0。其中k可看成是延时，它不会引起波形失真；而0则是不需要的，它会引起波形的相位失真。,对于上述相位失真可采用两种方法来克服。第一，可采用设法使0=2n或0=(2n+1)的方法来解决。这时，解调后的输出为Acos(t-k)。第二，利用频差(c-)中，c越高，单位变化经移相网络移相后相移变化越小的特点。可见，在近似情况下，包络解调可以用于大载波的SSB信号解调。我们称这种SSB波为兼容的单边带信号，简记为SSB-LC。,6.5*残留边带调幅和解调的原理及实现方框,残留边带调幅可简记为VSB，它特别适用于低频分量丰富的调制信号。V

16、SB已调波的带宽介于DSB和SSB之间，实现方法常采用与单边带相似的滤波法。滤波器的频率特性H=H(j)如图6-5-1(b)中的虚线所示，图中实线为DSB信号的频谱FDSB=|FDSB(j)|。,图6-5-1 VSB实现,其中，滤波器均采用椭圆函数滤波器。高通滤波器由4个串联谐振网络组成，低通滤波器由4个并联谐振网络组成。全通群延时(参见思考题与练习题6-10)校正器采用6个有源可变群延时校正电路，来校正滤波器的相移不均匀性。,6.6 信号目标与电路的形成,第一，从目标信号与输入信号的时域波形出发，结合已知电路和信号分析的知识来完成相关功能电路。第二，从目标信号与输入信号的频谱分析出发，通过信号分析课程中的“频谱线性搬移的频移性质”，在电路实践中自觉地采用了乘法功能单元电路。,第三，从目标信号的数学恒等变换出发，在工程近似处理观点下，完成近似目标波形的功能电路，如“大载波条件下的SSB波包络近似检波”就是一例。根据这一原理，人们发现除了按信号的空分、频分和时分的常规信号识别方法外，还存在其它的针对信号规律得到的特种信号识别方法。,图中所谓正交是指正弦函数和余弦函数所对应相量是正交的，正交调幅是指利用两正交载波分别实现调幅的情况。上述方案的最大特点是：两个调制信号分别经乘法器得到的双边带调幅处于同一信道空间，并且它们存在的时间和频带范围也可能是相同的。,