第九章 调制与解调

第九章 调制与解调了解调制与解调的概念与相关技术指标； 重点掌握调幅波、调角波的数学表达式与频谱 分析,以及功率关系；掌握平方律调幅器、平 衡调幅器、变频二极管调频的基本工作原理； 了解高电平调幅的两种调制方法；重点掌握包 络检波器、相位鉴频器的工作原理。2016/1/9

9.1通信

概述有线通信-双线对电缆、同轴电缆、光纤等地面波地波

无线通信-自由空间天波

空间波

1、天线理论-实际天线尺寸与电信号波长可以比拟时，电信号 才能以电磁波形式有效辐射，即天线辐射功率、效率较高。 声音-20-20000Hz 1KHz-300km 2、发射、接收采用天线和选频网络。 3、发射声音信号，发射机工作于同一频率。 有线通信要将各路语音信号搬移到不同频率，实现多路复用。 2

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调制解调器调制过程是用被传送的低频信号去控制高频振荡器，使高频振荡 的输出信号的参数(振幅、频率、相位)相应于低频信号变化而变

化。从而实现低频信号搬移到高频段，被高频信号携带传播。 频谱搬移电路: 频率变换前后，信 号的频谱结构不变， 只是将信号频谱无 失真在频率轴上搬 移，具有这种特性 的电路称之为频谱 搬移电路。2016/1/9

在模拟系统里, 按照载波波形的不同, 可分为脉冲调制和连续 波调制两种方式。 连续波调制以单频正弦波为载波，受控参数可以是载 波的幅度A,频率 或相位 。因而有调幅(AM)、调频(FM)

和调相(PM)三种方式。脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲高

度、脉冲频率、脉冲宽度或脉冲位置。相应地，就有脉冲调幅(PAM,包括脉冲编码调制PCM),脉冲调频(PFM), 脉冲调宽(PWM)和脉冲调位(PPM)。 4

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解调是调制的逆过程，即从高频载波上把低频信号接收下来 并恢复的过程。

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9.2 调幅波的性质振幅调制就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅， 使载波的振幅随调制信号成正比地变化。 普通调幅波(AM调制) 调幅波 抑制载波的双边带调幅波(DSB/SC-AM) 抑制载波的单边带调幅波(SSB/SC-AM) 通常调制要传送的信号波形是复杂的，但无论多么复杂 的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为分析方 便，一般把调制信号看成一简谐信号。2016/1/9

1、普通调幅波-表达式与波形假定调制信号 v V cos t,用它对载波 v V0 cos 0t进行调幅，理想 情况下，已调幅波的振 幅为： V (t ) V0 k V cos t k 为比例常数。 因此，已调波瞬时表示 为： v(t ) V (t ) cos 0t= V0 k V cos t cos 0t =V0 1 ma cos t cos 0t ma 调幅指数或调幅度 (ma 1)。

ma K QV Vo

是调幅波的主要参数之一，表示载波电压振幅受

调制信号控制后改变的程度,一般0<ma≤1。

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a b V0 k V V0 k V k V ma a b V0 k V V0 k V V0当时ma =1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。 若ma >1,AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调 制。

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波形图当载波频率 o 调制信号频率 ,0<ma≤1,可画出和 已调幅波形分别如下图所示。调幅波是一个载波振幅按照调

制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。

1 ( Vmax Vmin ) V V V V o min 2 ma max o Vo Vo Vo2016/1/9

2、调幅波的频谱和带宽

v( t ) V0 1 ma cos Ωt cos ω0t V0 cos ω0t maV0 cos Ωt cos ω0t1 V0 cos ω0t 1 m V cos ω Ω t a 0 0 2 2 maV0 cos ω0 Ω t

上边频

下边频

已调波v(t )=V0 1 m1 cos 1t+m2 cos 2t+... cos 0t

若v V1 cos 1t+V2 cos 2t+... ,用它对载波 v V0 cos 0t调幅1 =V0 cos 0t+ 1 m V cos t + 0 1 2 1 0 2 m1V0 cos 0- 1 t

1 +1 m V cos t + 2 0 0 2 2 2 m2V0 cos 0- 2 t

+...2016/1/9

V 0

V00 11 2

0m a2 1 2

m a

0

0 0 0

调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，即将调制信号的频谱 搬移到载波附近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边

频，幅度均等于 1 2 maV02016/1/9

f (t)

振 幅t (a )

0

0

300 3 400 (a) 振 幅

f/Hz

u A M(t) 包络 未调制

0

t

0

fc-3 400 (b)

fc

fc+3 400

f/Hz

单音信号经调制后，已调波占据的频带宽度B=2 或B=2F ( =2 F),多音频的调制信号，已调信号的频带宽度等于调 制信号最高频率的两倍。2016/1/9

(b )

3、调幅波的功率如果将调幅波电压加于 负载电阻RL 上，则负载吸收功率等 于各项 正弦分量单独作用时的 功率之和。 1 V0 载波分量功率： PoT 2 RL 下边频功率： P( 0 ) 上边频功率： P( 0 )2

1 2 RL

maV0 2 2

1 2 RL

1 ma V0 1 2 ma PoT 8 RL 4 1 ma V0 1 2 ma PoT 8 RL 42 2

2

2

maV0 2 2

调幅波平均输出功率为 ：Po PoT P( 0 ) P( 0 ) ma 2 PoT 1 2 ma≤1,所以边频功率之和最多占总输出功率的1/32016/1/9

9.3 平方律调幅

v

+

vi 非线性 vo器件

v

v(t ) 带通 滤波器2

非线性器件特性： vo a0 a1vi a2 vi vi v v V0 cos 0t V cos t

则：vo a0 a1 V0 cos 0t V cos t a2 V0 cos 0t V cos t

a0 a1V0 cos 0t a1V cos t a2 V0 cos2 0t 2V0 cos 0tV cos t V cos2 t2 2

2

1 a2 1 V cos 2 t V V cos( ) t V V cos( ) t 0 0 0 0 0 0 2 2 V cos 2 t 2 2

a0 a1V0 cos 0t a1V cos t a

1 2 2

V

2

0

V 1 2

2

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经带通滤波后，输出电 压： v(t ) a1V0 cos 0t a2V0V cos( 0 )t cos( 0 )t =a1V0 cos 0t+2a2V0V cos 0t cos t 2 a2 =a1V0 1+ a V cos t cos 0t=a1V0 1+ma cos t cos 0t 1 Vmax Vmin 2 a2 调幅度：ma V = a1 V0 非正弦调制时，定义调 幅度为: Vmax V0 峰值调幅度m上= V02016/1/9

V0 Vmin 谷值调幅度m下= V015

抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利 用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。 抑制载波的双边带调幅波(DSB-AM),其数学表达式为1 1 VDSB ( t ) ma Vo cos( o ) t ma Vo cos( o ) t 2 2

VDSB ( t ) Vo cos t cos o t

其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两 倍，即

BWDSB 2Qmax16

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平衡调幅器-抑制载波双边带调幅+ v - + v -

+ D1 v1

i 1i 2D2

R

v

-

voR

v2 2

2

i1 b0 b1v1 b2 v1

i2 b0 b1v2 b2 v2

其中: v1=v v V0 cos 0t V cos t vo i1 i2 R 2 R b1v 2b2 vv v2=v v V0 cos 0t V cos t

2 R b1V cos t b2V0V cos( 0 )t b2V0V cos( 0 )t 2016/1/9

9.6 单边带信号产生

1 V0 载波分量功率： PoT 2 RL 下边频功率：P( 0 ) 上边频功率：P( 0 )

2

1 2 RL

maV0 2 2

1 2 RL

1 ma V0 1 2 ma PoT 8 RL 4 1 ma V0 1 2 ma PoT 8 RL 4 ma 2 PoT 1 2 2 2

2

2

maV0 2 2

调幅波平均输出功率为 ：Po PoT P( 0 ) P( 0 )

普通调幅

抑制载波双边带调幅

单边带调幅 1、波段利用率高。

2、节约发射功率。2016/1/9

单边带调幅波 上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也 可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。 其表达式为： V( t ) ma Vo cos( o ) t 或V( t ) 1 ma Vo cos( o ) t 21 2

其频带宽度为：BWSSB Qmax

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单边带信号产生方法1、滤波器法V 0

V00 11 2

0m a2 1 2

m a

0

0 0 0

载波被抑制双边带信号 乘法器 平衡调幅器2016/1/9

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mo71.html