1、1,笫6章 調(diào)制與解調(diào),6.1 幅度調(diào)制 6.2 角度調(diào)制 6.3 數(shù)字信號的調(diào)制 6.4 自動頻率控制（AFC）,引言,2,引言,調(diào)制是一種非線性過程：載波被調(diào)制信號調(diào)制后將產(chǎn)生新的頻率分量，通常它們分布在載波頻率的兩邊， 并占有一定的頻帶，這就是已調(diào)制信號。,調(diào)制的必要性,調(diào)制與解調(diào)的位置,調(diào)制的分類,3,調(diào)制的一般框圖：,載波表達式：c(t)=A(t)cosw(t) t +(t),調(diào)制的分類,按載波信號不同：,按調(diào)制信號不同：,模擬調(diào)制：調(diào)制信號是連續(xù)變化的模擬信號 數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號是離散的數(shù)字信號,連續(xù)波調(diào)制：載波信號是連續(xù)波形 脈沖調(diào)制：載波信號是脈沖波形,按被調(diào)制載波參數(shù)不同：,

2、幅度調(diào)制：載波幅度隨調(diào)制信號變化 頻率調(diào)制：載波頻率隨調(diào)制信號變化 相位調(diào)制：載波相位隨調(diào)制信號變化,按頻譜的變化：,已調(diào)信號與輸入信號頻譜之間 呈線性搬移 已調(diào)信號與輸入信號頻譜之間呈非線性搬移,線性調(diào)制：,非線性調(diào)制：,5,緩沖級,倍頻器,放大級,調(diào)制器,高頻 功放,振蕩器,低頻 功放,低頻 放大,調(diào)幅發(fā)射機方框原理圖,6,超外差接收機方框原理圖,高頻 放大,混頻器,中頻 放大,解調(diào)器,低頻 放大,輸入 回路,自動 增益 控制,本地 振蕩器,7,幅度調(diào)制（AM）是指載波的幅度隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化，而其角頻率和初相位均為常數(shù)。 分類： 標準幅度調(diào)制（Standard AM） 雙邊帶幅度

3、調(diào)制（DSB AM） 單邊帶幅度調(diào)制（SSB AM） 殘留邊帶幅度調(diào)制（VSB AM） 正交幅度調(diào)制（QAM） 數(shù)字信號調(diào)幅（ASK）,6.1 幅度調(diào)制,8,1. 標準調(diào)幅波的基本特性,標準調(diào)幅波信號的性質(zhì)： 信號的數(shù)學(xué)表示式； 波形圖； 頻譜函數(shù)與頻譜圖； 信號所具有的功率及在各頻率分量之間的分配關(guān)系等。,6.1.1 標準 幅度調(diào)制,1. 標準調(diào)幅波信號的基本特性 2. 實現(xiàn)標準調(diào)幅的方法： 3. 標準調(diào)幅信號的解調(diào),9,（1）標準調(diào)幅波信號的數(shù)學(xué)表示式,假定調(diào)制信號為：,載波信號為：,進行標準調(diào)幅后已調(diào)信號的表示式為：,從定義角度,從畫波形角度,從調(diào)幅波產(chǎn)生,從頻譜角度,10,（2）標準調(diào)

4、幅波信號的波形與頻譜,單頻余弦波調(diào)幅信號的波形與頻譜,上邊頻,下邊頻,11,（2）標準調(diào)幅波信號的波形與頻譜（續(xù)1）,任意 調(diào)幅信號的波形與頻譜,上邊頻,下邊頻,上邊帶,下邊帶,12,（3）標準調(diào)幅波信號的功率分配關(guān)系,載波占有功率為：,兩個邊帶所占有的功率為：,調(diào)幅波所具有的總功率為：,13,已調(diào)信號的幅度隨調(diào)制信號而變化。因此，調(diào)幅信號幅度的包絡(luò)線近似為調(diào)制信號的波形(mA1)。只要能取出這個包絡(luò)信號就可實現(xiàn)解調(diào)。 調(diào)幅波的頻譜由兩部分組成： 一部分是未調(diào)載波的頻譜，另一部分是分別平移至c 處的調(diào)制信號的頻譜，幅度減半。 標準調(diào)幅信號所占的頻帶寬度為 2m，即它是調(diào)制信號頻帶寬度m的兩倍。

5、,幅度調(diào)制是一種非線性過程，它將調(diào)制信號的各頻率分量變換為載波頻率與這些頻率的和頻和差頻分量。 從形式上看都是將信號的頻譜在頻率軸上平移。因此，又稱幅度調(diào)制為線性調(diào)制。,（4）標準調(diào)幅波性質(zhì)的討論,14,（4）標準調(diào)幅波性質(zhì)的討論（續(xù)1）,調(diào)幅波中，欲傳送的信息包含在邊帶內(nèi)，載波分量并不包含送的信息。但它所占有的功率卻為總功率的一半以上。 因此，從有效地利用頻譜和發(fā)射機功率的角度考慮，標準幅度調(diào)制是有缺點的。,從傳遞信息的角度看，標準調(diào)幅信號所占的頻帶寬度中有一半是多余的，因此，這種調(diào)幅方式在頻率資源利用上是有缺點的。,15,2. 實現(xiàn)標準調(diào)幅的方法,它是由載波和載波與調(diào)制信號相乘的兩部分組成

6、。據(jù)此，可以得到實現(xiàn)標準調(diào)幅的兩種方案，如下圖所示。,16,低電平AM調(diào)制發(fā)射機,17,高電平AM調(diào)制發(fā)射機,18,調(diào)幅的方法按電平的高低可區(qū)分為高電平調(diào)制和低電平調(diào)制，前者是直接產(chǎn)生滿足發(fā)射機輸出功率要求的已調(diào)波；后者是在低功率電平上產(chǎn)生已調(diào)波，再經(jīng)過線性功率放大到所需的發(fā)射功率。 一般普通調(diào)幅發(fā)射機都采用高電平調(diào)制。它的優(yōu)點是不必采用效率低的線性功率放大器，從而有利于提高整機效率。高電平調(diào)制電路必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。 雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制通常都是低電平調(diào)制。調(diào)制電路的輸出功率和效率不是主要指標，調(diào)制電路的形式，非線性器件類型及工作狀態(tài)選擇不受輸出功率和效率的限制，因而具

7、有更大的靈活性，可以更好地提高調(diào)制線性和抑制載波輸出。,19,3. 標準調(diào)幅信號的解調(diào),調(diào)幅信號的解調(diào)就是從調(diào)幅信號中取出調(diào)制信號，它是調(diào)幅的逆過程。幅度解調(diào)器也叫檢波器。 標準調(diào)幅波的解調(diào)方法分為兩類： 相干解調(diào)：用同頻同相的本地載波與已調(diào)制信號相乘， 可用相乘器實現(xiàn)，本地載波的產(chǎn)生是難點； 非相干解調(diào)：利用非線性器件本身的非線性實現(xiàn)解調(diào)。 小信號平方律解調(diào)：通常用于功率指示； 平均包絡(luò)解調(diào)； 大信號峰值包絡(luò)解調(diào)。,20,（1）檢波器的技術(shù)指標,檢波效率：檢波效率是指檢波器輸出信號的幅度與輸入調(diào)幅信號中包絡(luò)的幅度之比。對于單頻正弦信號調(diào)幅，這時的檢波效率或稱為檢波器的傳輸系數(shù)為：,21,（1

8、）檢波器的技術(shù)指標（續(xù)1）,輸入阻抗：檢波電路是前級放大器的負載，它的輸入阻抗將影響前級的工作，需合理設(shè)計； 檢波失真：要求檢波器的輸出信號波形與輸入調(diào)幅信號的包絡(luò)之間只有時間延遲或幅度比例上的變化，而不出現(xiàn)新的頻率成分或改變原有各頻率分量間的相互關(guān)系，也即不出現(xiàn)非線性失真或線性失真； 諧波輸出： 檢波器的輸出信號中，除有用信號外，往往還包含有載波及其各次諧波分量，低通濾波器可以將其濾除。但在載波頻率較高時，這些分量可能通過空間輻射、寄生耦合或電源反饋到前級，影響電路工作的穩(wěn)定性。 在設(shè)計檢波器時，要盡量避免載波及其高次諧波出現(xiàn)。,22,（2）相干解調(diào),相干解調(diào)：相干解調(diào)方法的方框圖如下圖所示

9、。 它是將調(diào)幅信號與一本地載波信號相乘以得出調(diào)制信號分量； 這個本地載波信號是在接收設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的，并且與調(diào)幅信號中的載波相干，或者說是同步的； 所以這種解調(diào)方法又稱同步解調(diào)。,23,（2）相干解調(diào)（續(xù)1）,數(shù)學(xué)分析：,從上式可以看出，相角 將直接影響解調(diào)的輸出。極端情況下，如果 =/2，則將無解調(diào)輸出。 即：產(chǎn)生與載頻同頻同相的本地載波是相干解調(diào)的關(guān)鍵問題。,24,（2）相干解調(diào)（續(xù)2）,那么如何產(chǎn)生相干的本地載波？ 當輸入調(diào)幅波信號中含有較大幅度的載波信號時，用選擇性回路直接從調(diào)幅信號中濾出載波信號作為本地載波是可行的方案之一。 該方案缺點是Q值選擇的矛盾： Q值大，能有效濾除載波附近的頻譜

10、分量； 但Q值大，相頻特性陡，稍有偏離，就會產(chǎn)生很大的相移。,高質(zhì)量的解調(diào)電路通常采用鎖相環(huán)技術(shù)產(chǎn)生本地載波信號。 鎖相環(huán)可以跟蹤輸入載波信號頻率和相位的變化。 （第7章：鎖相環(huán)電路）。,25,（3）非相干解調(diào),利用非線性元件的非線性特性對調(diào)幅信號進行變換來實現(xiàn)調(diào)幅波的解調(diào)。 它不需要本地載波作為相干信號，稱之為非相干解調(diào)。,非相干解調(diào)方法： 小信號平方律解調(diào)； 平均包絡(luò)解調(diào) 大信號峰值包絡(luò)解調(diào)：,當載波頻率比調(diào)制信號的最高頻率高得很多時，調(diào)幅信號幅度的包絡(luò)線近似為調(diào)制信號的波形。因此，只要能取出這個包絡(luò)信號就可實現(xiàn)解調(diào)。 （要求 ，其中 是調(diào)制信號最高頻率。）,26,1、 小信號平方律解調(diào)器

11、,平方律檢波器電路原理：,平方律器件,低通濾波器,27,輸入信號為等幅正弦波時：,28,2、大信號峰值包絡(luò)解調(diào)器,檢波器電路： 最常用的峰值包絡(luò)解調(diào)器如右圖所示。,二極管無偏置電壓。,輸入信號 大。,二極管電流流通角很小。,元件參數(shù)滿足下列條件：,載波信號周期,調(diào)制信號周期,29,2、大信號峰值包絡(luò)解調(diào)器（續(xù)1）,工作過程：,30,2、大信號峰值包絡(luò)解調(diào)器（續(xù)2）,電路的技術(shù)指標：,電流流通角：,檢波效率：,輸入阻抗：,檢波失真：,波形失真。,討論： 負載電阻 RL 數(shù)值大，輸入阻抗大，電流流通角小，檢波效率高 但是，RL 數(shù)值大， RL CL數(shù)值過大，放電速度慢，會產(chǎn)生失真。,31,峰值包絡(luò)

12、解調(diào)器電路的對角切割失真（惰性失真）,現(xiàn)象：RL CL數(shù)值選擇過大，放電速度慢，二極管不導(dǎo)通。,黑線表示RL CL數(shù)值選擇過大，放電速度慢。,32,峰值包絡(luò)解調(diào)器電路的對角切割失真（續(xù)1）,為避免這種對角切割失真，要求RL CL的放電速度較調(diào)幅信號包絡(luò)下降速度快； 求出調(diào)幅信號包絡(luò)在 t0 時刻下降的速度，再求出在 t0 時刻 RL CL的放電的速度，并使包絡(luò)下降速率小于放電速率。 可求出關(guān)系式：,舉例：,標準幅度調(diào)制（SAM）小結(jié),標準調(diào)幅波信號的性質(zhì)： 信號的數(shù)學(xué)表示式 波形圖 頻譜函數(shù)與頻譜 各頻率分量之間的功率分配關(guān)系 實現(xiàn)標準調(diào)幅的方法： 低電平調(diào)幅 高電平調(diào)幅 標準調(diào)幅信號的解調(diào)：

13、 檢波器的技術(shù)指標：檢波效率、輸入阻抗、 檢波失真、諧波輸出 相干解調(diào)：產(chǎn)生和載頻信號同頻同相的本地載 波是相干解調(diào)的一個關(guān)鍵問題 非相干解調(diào)：大信號峰值包絡(luò)解調(diào)器,34,6.1.2 抑制載波調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅和 殘留邊帶調(diào)幅,SAM調(diào)幅波中，欲傳送的信息包含在邊帶內(nèi)，從傳輸信息的角度看，載波分量是多余的；載波分量占去了調(diào)幅波總功率的一半以上，這對充分利用發(fā)射機功率不利； 從傳輸信號的角度看，SAM調(diào)幅波所占的帶寬多一半是多余的，這對節(jié)省頻率資源不利。 由此，產(chǎn)生抑制載波調(diào)幅和單邊帶幅度調(diào)制。,35,6.1.2.1 抑制載波調(diào)幅DSB-AM或SC-AM,（1）抑制載波調(diào)幅信號的時域表示式 （2）

14、抑制載波調(diào)幅信號的頻域表示式 （3）抑制載波調(diào)幅信號的波形圖 （4）抑制載波調(diào)幅的調(diào)制和解調(diào)電路 （5）產(chǎn)生和載頻信號同頻同相本地載波,36,6.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)1）,（1）抑制載波調(diào)幅的時域表示式：,（2）抑制載波調(diào)幅的頻域表示式：,抑制載波調(diào)幅信號中不含固定的載波分量,37,6.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)2）,（3）抑制載波調(diào)幅信號的波形圖：,調(diào)制信號是正值時的已調(diào)波載波相位與調(diào)制信號是負值時的已調(diào)波載波相位是反相的 已調(diào)信號的幅度變化，其包絡(luò)不能反映調(diào)制信號的形狀,38,6.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)3）,抑制載波調(diào)幅信號中不含固定的載波分量，若調(diào)制信號的平均值不是零，會

15、產(chǎn)生“載漏”。 調(diào)制信號是正值時的已調(diào)波載波相位與調(diào)制信號是負值時的已調(diào)波載波相位是反相的。 已調(diào)信號的幅度仍隨調(diào)制信號變化，但其包絡(luò)不能反映調(diào)制信號的形狀。 由于抑制載波調(diào)幅信號的幅度包絡(luò)不反映調(diào)制信號的波形，因而也不能應(yīng)用峰值包絡(luò)檢波方法。所以，對這類調(diào)幅信號，只能使用同步解調(diào)方法。,上圖,39,6.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)4）,帶通濾波器,低通濾波器,（4）抑制載波調(diào)幅的調(diào)制和解調(diào)電路： 由于抑制載波調(diào)幅信號的幅度包絡(luò)不反映調(diào)制信號的波形，因而不能應(yīng)用峰值包絡(luò)檢波方法。只能使用同步解調(diào)方法。 同步解調(diào)的關(guān)鍵在于產(chǎn)生出和載波信號同頻同相的本地載波信號。,40,6.1.2.1 抑制載波調(diào)

16、幅（續(xù)5）,（5）產(chǎn)生和載頻信號同頻同相本地載波：,平方器,帶通濾波器,分頻器,41,6.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)6）,舉例 1：標準幅度調(diào)制和抑制載波調(diào)幅。,42,6.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)7）,用1496集成芯片構(gòu)成的調(diào)幅器電路,43,6.1.2.1 抑制載波調(diào)幅（續(xù)8）,載波信號入：,調(diào)制信號入：,輸出信號為：,討論：1.若1，4端和8，10端直流平衡，輸出是什么調(diào)幅波形？ 2.若8，10端直流平衡，如何得到標準調(diào)幅波形？,3.載漏是如何產(chǎn)生的？ 4.若1，4端平衡，而8，10端不平衡，輸出是什么波形？ 5.若相乘器兩輸入端均不平衡，輸出是什么波形？,44,習(xí)題十一：6-1，6

17、-3，6-4，6-5 CAD7：6-8，CAD8（補充）,CAD8（補充）：幅度調(diào)制器電路的軟件仿真 幅度調(diào)制是使高頻信號的振幅正比于一個低頻信號的瞬時值的過程，通常稱高頻信號為載波信號，低頻信號為調(diào)制信號，調(diào)幅器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號的裝置。 本實驗采用集成模擬相乘器1496來構(gòu)成調(diào)幅器，圖 (a)為1496集成片的內(nèi)部電路圖，它是一個四象限模擬相乘器的基本電路。由差動放大器T5、T6驅(qū)動雙差分放大器 T1 T4組成，T7、T8和T9是差動放大器T5、T6的恒流源。進行調(diào)幅時，載波信號加在雙差分放大器T1 T4的輸入端即引出腳、之間，調(diào)制信號加在差動放大器T5、T6的輸入端即和腳之間。,45,CA

18、D8 （續(xù)）,T5、T6 的兩發(fā)射極之間（即引出腳、之間）外 接1k電阻，以擴大調(diào)制信號的動態(tài)范圍。已調(diào)信號取 自雙差動放大器的兩集電極之間（即引出腳、(12)之 間）輸出。用1496集成片構(gòu)成的調(diào)幅器電路如圖(b)所 示，圖中W1 用來調(diào)節(jié)引出腳和之間的平衡， W2 用來調(diào)節(jié)、腳之間的平衡，三極管3DG6為射極跟 隨器，以提高調(diào)幅器帶負載的能力。 （1）根據(jù)圖 (a)和圖(b)畫出調(diào)幅器的電路圖； （2）實現(xiàn)全載波調(diào)幅（mA=0.3，mA=1.0）； （3）實現(xiàn)抑制載波調(diào)幅。 【提示】所加輸入信號請參考實驗講義。,46,圖（ a）1496集成片的內(nèi)部電路圖,12,載波信號入,調(diào)制信號入,14,5,返回,47,圖（b）用1496集成芯片構(gòu)成的調(diào)幅器電路,1496,返回,4