通信原理知识-调制与解调课件

9.1.1 振幅振幅调制制简述述9.1.2 检波波简述述A9.1 概述9.1.1 振幅调制简述9.1.2 将要将要传送的信息装送的信息装载到某一高到某一高频载频信号上去的信号上去的过程。程。高频振荡高频放大话筒声音缓冲发射 天线倍频调制音频放大1.定定义A9.1.1 振幅调制简述将要传送的信息装载到某一高频高2.调制的原因制的原因4从切从切实可行的天可行的天线出出发为使天使天线能有效地能有效地发送和接收送和接收电磁波，天磁波，天线的几何的几何尺寸必尺寸必须和信号波和信号波长相比相比拟，一般不宜短于，一般不宜短于1/4波波长。音音频信号信号:20Hz20kHz 波波长：15 15000 km天天线长度度:3.75 3750kmA2.调制的原因从切实可行的天线出发为使天线能有效地发2.调制的原因制的原因4便于不同便于不同电台相同台相同频段基段基带信号的同信号的同时接收接收频谱搬移搬移A2.调制的原因便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频2.调制的原因制的原因4可可实现的回路的回路带宽基基带信号特点：信号特点：频率率变化范化范围很大。很大。高高频窄窄带信号信号频谱搬移搬移低低频（音（音频）:20Hz20kHz高高频（射（射频）:AM广播信号广播信号:535 1605kHz，BW=20kHzlowhigh2020k10k1000k100kA2.调制的原因可实现的回路带宽基带信号特点：频率变化范3.调制的方式和分制的方式和分类调幅幅调相相调制制连续波波调制制脉冲波脉冲波调制制脉脉宽调制制振幅振幅调制制编码调制制调频脉位脉位调制制A3.调制的方式和分类调幅调相调制连续波调制脉冲波调制脉End4.调幅的方法幅的方法平方律平方律调幅幅斩波波调幅幅调幅方法幅方法低低电平平调幅幅高高电平平调幅幅集集电极极调幅幅基极基极调幅幅AEnd4.调幅的方法平方律调幅斩波调幅调幅方法低电平调从振幅受从振幅受调制的高制的高频信号中信号中还原出原原出原调制的信号。制的信号。1.定定义A9.1.2 检波简述从振幅受调制的高频信号中1.定义A图图 9.1.1 9.1.1 检检波器的波器的波器的波器的输输入入入入输输出波形出波形出波形出波形A图 9.1.1 检波器的输入输出波形9.1.2 图图 9.1.2 9.1.2 检检波器波器波器波器检检波前后的波前后的波前后的波前后的频谱频谱A图 9.1.2 检波器检波前后的频谱9.1.2 图图 9.1.3 9.1.3 检检波器的波器的波器的波器的组组成部分成部分成部分成部分2.组成成A图 9.1.3 检波器的组成部分9.1.2 检波End3.检波的分波的分类二极管二极管检波器波器三极管三极管检波器波器检波波器件器件信号大小信号大小小信号小信号检波器波器大信号大信号检波器波器工作特点工作特点包包络检波器波器同步同步检波器波器AEnd3.检波的分类二极管检波器三极管检波器检波器件信9.2.1 调幅波的数学表示式与幅波的数学表示式与频谱9.2.2 调幅波中的功率关系幅波中的功率关系A9.2 调幅波的性质9.2.1 调幅波的数学表示式与1.普通普通调幅波的数学表示式幅波的数学表示式首先首先讨论单音音调制的制的调幅波。幅波。载波信号：波信号：调制信号：制信号：调幅信号（已幅信号（已调波）：波）：由于由于调 幅信号的振幅与幅信号的振幅与调制信号成制信号成线性关系，即有：性关系，即有：，式中，式中为比例常数比例常数即：即：式中式中ma为调制度制度，常用百分比数表示。常用百分比数表示。A9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱1.普通调幅波 波形特点：波形特点：(1)调调幅波的振幅（包幅波的振幅（包络）变化化规律与律与调制信号波形一致制信号波形一致(2)调幅度幅度ma反映了反映了调幅的幅的强弱度弱度 A 波形特点：9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱AA9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱A图图 9.2.2 9.2.2 由非正弦波由非正弦波由非正弦波由非正弦波调调制所得到的制所得到的制所得到的制所得到的调调幅波幅波幅波幅波A9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱图 9.2.2 2.普通普通调幅波的幅波的频谱（1）由）由单一一频率信号率信号调 幅幅 调制信号0载波调幅波0+上边频0-下边频A2.普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调 幅 信号信号带宽0(2)限限带信号的信号的调幅波幅波max调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0+max上边带0-max下边带EndA信号带宽0(2)限带信号的调幅波max调幅波ma 如果将普通如果将普通调幅波幅波输送功率至送功率至电阻阻R上，上，则载波与两个波与两个边频将分将分别得出如下的功率：得出如下的功率：0载波功率波功率:上上边频或下或下边频:在在调幅信号一周期内，幅信号一周期内，AMAM信号的平均信号的平均输出功率是出功率是A9.2.2 调幅波中的功率关系 如果将普通调幅波输送当当ma1时，PoT(2/3)Po ；当当ma0.5时，PoT(8/9)Po ；载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的幅波功率的绝大部分。大部分。从从调幅波的幅波的频谱图可知，唯有它的上、下可知，唯有它的上、下边带分量才分量才实际地地反映反映调制信号的制信号的频谱结构，而构，而载波分量波分量仅是起到是起到频谱搬移的作用，搬移的作用，不反映不反映调制信号的制信号的变化化规律。律。End0A当ma1时，PoT(2/3)Po ；当ma0.5时电压表达式表达式普通普通调幅波幅波载波被抑制双波被抑制双边带调幅波幅波单边带信号信号波形波形图频谱图信号信号带宽 三种振幅三种振幅调制信号制信号A电压普通调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号波形图频谱图信9.8.1 集集电极极调幅幅9.8.2 基极基极调幅幅A9.8 高电平调幅9.8.1 集电极调幅9.8.2 高高电平平调幅幅电路能路能同同时实现调制和功率放大制和功率放大，即用，即用调制制信号信号v v去控制去控制谐振功率放大器的振功率放大器的输出信号的幅度出信号的幅度V Vcmcm来来实现调幅的。幅的。临界界过压欠欠压VCC（t）临界界过压欠欠压V BB(t)A9.8 高电平调幅 高电平调幅电路能同时实现集电极调幅电路A集电极调幅电路9.8.1 集电极调幅AiCiC1临界界过压欠欠压VCC（t）AiCiC1临界过压欠压VCC（t）9.8.1 集电极调幅A基极调幅电路A9.8.2 基极调幅基极调幅电路AEndiCvAM（t）临界界过压欠欠压V BB(t)AEndiCvAM（t）临界过压欠压V BB(t)9.8.2 9.3.1 工作原理工作原理9.3.2 平衡平衡调幅器幅器A9.3 平方律调幅9.3.1 工作原理9.3.2 调幅波的共同之幅波的共同之处都是在都是在调幅前后幅前后产生了新的生了新的频率分量，也率分量，也就是就是说都需要都需要用非用非线性器件来完成性器件来完成频率率变换。这里将里将调制信号制信号v v与与载波信号波信号v v0 0相加后，同相加后，同时加入非加入非线性性器件，然后通器件，然后通过中心中心频率率为0 0的的带通通滤波器取出波器取出输出出电压v vo o中中的的调幅波成分。幅波成分。图图 9.3.1 9.3.1 非非非非线线性性性性调调幅方框幅方框幅方框幅方框图图A9.3.1 工作原理 调幅波的共同之处都是在调幅0A09.3.1 工作原理A0End 如果静如果静态工作点和工作点和输入信号入信号变换范范围选择合适，非合适，非线性器性器件工作在件工作在满足平方律的区段。足平方律的区段。A0End 如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，0平衡平衡调幅幅电路路如果要如果要获得抑制得抑制载波的双波的双边带信号，信号，观察察输出出电流表示流表示式式总的的输出出电流流总的的输出出电压A0平衡调幅电路9.3.2 平衡调幅器如果要获得抑制End图图 9.3.2 9.3.2 串串串串联联双二极管平衡双二极管平衡双二极管平衡双二极管平衡调调幅器幅器幅器幅器简简化化化化电电路路路路AEnd图 9.3.2 串联双二极管平衡调幅器简化电路9.4.1 工作原理工作原理9.4.2 实现斩波波调幅的两种幅的两种电路路A9.4 斩波调幅9.4.1 工作原理9.4.2 图图 9.4.1 9.4.1 斩斩波波波波调调幅器方框幅器方框幅器方框幅器方框图图A9.4.1 工作原理图 9.4.1 斩波调幅器图图 9.4.2 9.4.2 斩斩波波波波调调幅器工作幅器工作幅器工作幅器工作图图解解解解A图 9.4.2 斩波调幅器工作图解9.4.1 图图 9.4.3 9.4.3 平衡平衡平衡平衡斩斩波波波波调调幅及其幅及其幅及其幅及其图图解解解解A图 9.4.3 平衡斩波调幅及其图解9.4.1 图图 9.4.4 9.4.4 二极管二极管二极管二极管电桥斩电桥斩波波波波调调幅幅幅幅电电路路路路A9.4.2 实现斩波调幅的两种电路图 9.4.4 End图图 9.4.5 9.4.5 环环形形形形调调幅器幅器幅器幅器电电路路路路AEnd图 9.4.5 环形调幅器电路9.4.2 电压表达式表达式普通普通调幅波幅波载波被抑制双波被抑制双边带调幅波幅波单边带信号信号波形波形图频谱图信号信号带宽 三种振幅三种振幅调制信号制信号A电压普通调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号波形图频谱图信9.6.1 单边带通信的通信的优缺点缺点9.6.2 产生生单边带信号的方法信号的方法A9.6 单边带信号的产生9.6.1 单边带通信的优缺u使所容使所容纳的的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利道数目增加一倍，大大提高短波波段利用率。用率。u单边带制能制能获得更好的通信效果。得更好的通信效果。u单边带制的制的选择性衰落性衰落现象要象要轻得多。得多。u要求收、要求收、发设备的的频率率稳定度高，定度高，设备复复杂，技，技术要要求高。求高。A9.6.1 单边带通信的优缺点使所容纳的频道数目增加一调幅波0+上边频0-下边频1.滤波器法波器法图图 9.6.1 9.6.1 滤滤波器法原理方框波器法原理方框波器法原理方框波器法原理方框图图A调幅波0+上边频0-下边频9.6.2 产生单边图图 9.6.2 9.6.2 滤滤波器法波器法波器法波器法单边带发单边带发射机方框射机方框射机方框射机方框图图 必必须强调指出，指出，提高提高单边带的的载波波频率决不能用倍率决不能用倍频的的方法。方法。因因为倍倍频后，音后，音频频率率也跟着成倍增加，使原来的也跟着成倍增加，使原来的调制信号制信号变了了样，产生生严重的失真。重的失真。这是是绝对不允不允许的。的。A图 9.6.2 滤波器法单边带发射机方框图 必上、下上、下边带之之间的的频率率间距等于距等于调制信号最低制信号最低频率率F Fminmin的的2 2倍，故倍，故滤波波时相相对带宽2 Fmin/f2 Fmin/fc c要很小，要很小，这样的的滤波器制作很困波器制作很困难。A上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率Fmin的2倍，图图 9.6.3 9.6.3 单边带发单边带发射机方框射机方框射机方框射机方框图举图举例例例例A图 9.6.3 单边带发射机方框图举例9.6.2 A9.6.2 产生单边带信号的方法AA9.6.2 产生单边带信号的方法A图图 9.6.3 9.6.3 单边带发单边带发射机方框射机方框射机方框射机方框图举图举例例例例A图 9.6.3 单边带发射机方框图举例9.6.2 2.相移法相移法如何得到如何得到单一一频率分量率分量A2.相移法9.6.2 产生单边带信号的方法如何得到2.相移法相移法图图 9.6.4 9.6.4 相移法相移法相移法相移法单边带调单边带调制器方框制器方框制器方框制器方框图图A2.相移法图 9.6.4 相移法单边带调制器方框电压f/HzA电压f/Hz移相法的主要缺点AA移相法的改进A3.第三种方法第三种方法修正的移相修正的移相滤波法波法图图 9.6.5 9.6.5 产产生生生生单边带单边带信号的第三种方法信号的第三种方法信号的第三种方法信号的第三种方法A3.第三种方法修正的移相滤波法图 9.6.5 End图图 9.7.1 9.7.1 各种各种各种各种调调幅制式的幅制式的幅制式的幅制式的频谱频谱示意示意示意示意图图AEnd图 9.7.1 各种调幅制式的频谱示意图9.79.9.1 包包络检波器的工作原理波器的工作原理9.9.2 包包络检波器的波器的质量指量指标A9.9 包络检波9.9.1 包络检波器的工作原理9.非非线性性 电路路低通低通滤 波器波器从已从已调波中波中检出包出包络信息信息，只适用于，只适用于AMAM信号信号 输入入 AM信号信号检出包出包络信息信息A9.9.1 包络检波器的工作原理非线性 电路低通从已调EndVDCC+vWRL+充电放电iDvi串联型二极管包络检波器AEndVDCC+vWRL+充电放电iDvi串联型二 下面下面讨论这种种检波器的几个主要波器的几个主要质量指量指标：电压传输系数系数（检波效率）、波效率）、输入入电阻和失真。阻和失真。1)电压传输系数系数(检波效率波效率)定定义：A9.9.2 包络检波器的质量指标 下面讨论1)电压传输系数系数(检波效率波效率)vDi D-vCVim 用用分分析析高高频功功放放的的折折线近似分析法可以近似分析法可以证明明其其中中，是是二二极极管管电流流通通角角，为检波波器器负载电阻阻，d为检波器内阻。波器内阻。A1)电压传输系数(检波效率)vDi D-vCVim 2)等效等效输入入电阻阻 考考虑到到包包络检波波电路路一一般般作作为谐振振回回路路的的负载，它它势必必影响回路影响回路选频特性（特性（Q），下面分析其等效），下面分析其等效电阻阻 其其中中，Vim是是输入入高高频电压振振幅幅，Iim是是输入入高高频电流流振振幅。幅。A2)等效输入电阻 考虑到包络检波电路一般作为End图图 1.2.11 1.2.11 1.2.11 1.2.11 超外差式接收机方框超外差式接收机方框超外差式接收机方框超外差式接收机方框图图AEnd1.2.3 无线电信号的接收图 1.2.11 2)等效等效输入入电阻阻 如果忽略二极管如果忽略二极管导通通电阻上的阻上的损耗功率，耗功率，则由能量守恒的由能量守恒的原原则，输入到入到检波器的高波器的高频功率，功率，应全部全部转换为输出端出端负载电阻上消耗的功率（注意阻上消耗的功率（注意为直流）直流）即有即有，而，而A2)等效输入电阻 如果忽略二极管导通电阻上的3)失真失真 产生的失真主要有：生的失真主要有：惰性失真；惰性失真；负峰切割失真；峰切割失真；非非线性失真；性失真；频率失真。率失真。如如果果检波波电路路的的时间常常数数RC太太大大，当当调幅幅波波包包络朝朝较低低值变化化时，电容容上上的的电荷荷来来不不及及释放放以以跟跟踪踪其其变化化，所造成的失真称作所造成的失真称作惰性失真惰性失真。惰性失真惰性失真(对角角线切割失真切割失真)A3)失真 产生的失真主要有：惰性失真；惰性失真惰性失真(对角角线切割失真切割失真)调幅波包幅波包络 如如图所所示示，在在某某一一点点，如如果果电容容两两端端电压的的放放电速速度度小小于于包包络的的下下降降速速度度，就就可可能能发生惰性失真。生惰性失真。包包络变化率化率电容放容放电A 惰性失真(对角线切割失真)调幅波包络 如图 惰性失真惰性失真(对角角线切割失真切割失真)放放电速率速率假定此假定此时调幅波包幅波包络包包络变化率化率电容放容放电为避免失真避免失真A 惰性失真(对角线切割失真)放电速率假定此时9.9.2 惰性失真惰性失真(对角角线切割失真切割失真)实际上上，调制制波波往往往往是是由由多多个个频率率成成分分组成成，即即=minmax。为了保了保证不不产生失真，必生失真，必须满足足A 惰性失真(对角线切割失真)实际上，调制波考考虑了耦合了耦合电容容C Cc c和低放和低放输入入电阻阻R RL L后的后的检波波电路路负峰切割失真峰切割失真(底底边切割失真切割失真)隔隔直直电容容Cc数数值很很大大，可可认为它它对调制制频率率交交流流短短路路，电路路 达达 到到 稳 态 时，其其 两两 端端 电 压VCVim。失失真真最最可可能能在在包包络的的负半半周周发生生。假假定定二二极极管管截截止止，Cc将将通通过R和和RL缓慢慢放放电，相相对于于高高频载波波一一个个周周期期内内，其其电压VCVim将在将在R和和RL上分上分压。直流。直流负载电阻阻R上的上的电压为A考虑了耦合电容Cc和低放负峰切割失真(底边切割失真)考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路负峰切割失真峰切割失真(底底边切割失真切割失真)V i m（1-m）V i mV RV RV RV RV RV RA考虑了耦合电容Cc和低放负峰切割失真(底边切割失真)V i考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路负峰切割失真峰切割失真(底底边切割失真切割失真)要避免二极管截止要避免二极管截止发生，包生，包络幅度瞬幅度瞬时值必必须满足足交、直流交、直流负载电阻越阻越悬殊，殊，ma越大，越容易越大，越容易发生生该失真。失真。A考虑了耦合电容Cc和低放负峰切割失真(底边切割失真)要避考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 非非线性失真性失真这种失真是由种失真是由检波二极管伏安特性曲波二极管伏安特性曲线的的非非线性性所引起的。所引起的。如如果果负载电阻阻R选得得足足够大大，则检波波管管非非线性性特特性性影影响响越小，它所引起的非越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。性失真即可以忽略。A考虑了耦合电容Cc和低放 非线性失真这种失真是由检波二极考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 频率失真率失真 如如左左图所所示示，检波波器器中中存存在在检波波电容容C和和隔隔直直电容容Cc两两个个电容容。检波波电容容C用用于于跟跟踪踪调幅幅波波包包络变化化，隔隔直直电容容Cc用用于于去去除除载波波分分量量对应的直流的直流输出。出。对调制制频率率=minmax，要要求求检波波电容容C对高高频载波波短短路路但但不能不能对低低频调制波旁路，隔直制波旁路，隔直电容容Cc对低低频调制波短路。制波短路。EndA考虑了耦合电容Cc和低放 频率失真 如左图 同步同步检波器用于波器用于对载波被抑止的双波被抑止的双边带或或单边带信号信号进行行解解调。它的特点是必它的特点是必须外加一个外加一个频率和相位率和相位都与被抑止的都与被抑止的载波波相同的相同的电压。同步。同步检波的名称即由此而来。波的名称即由此而来。图图 9.10.1 9.10.1 同步同步同步同步检检波器方框波器方框波器方框波器方框图图A9.10 同步检波 同步检波器用于对载波 载波信号相位波信号相位对检波波结果的影响果的影响1.1.乘乘积检波器波器乘积检波电路低通滤波器 v1V0iv0乘积检波器A 载波信号相位对检波结果的影响1.乘积检波器乘积图图 9.10.2 9.10.2 输输入双入双入双入双边带边带信号信号信号信号时时乘乘乘乘积检积检波器波器波器波器的有关波形和的有关波形和的有关波形和的有关波形和频谱频谱A图 9.10.2 输入双边带信号时乘积检波器9.10AAAA2.2.叠加型同步叠加型同步检波器波器包 络检波器v1v0vWvA2.叠加型同步检波器包 络检波器v1v0vWv9.10 A9.10 同步检波AA9.10 同步检波Ap 本地本地载波与波与输入信号入信号载波波相位相同而相位相同而频率不同率不同对检波波结 果的影响果的影响p 本地本地载波与波与输入信号入信号载波波频率相同而相位不同率相同而相位不同对检波波结 果的影响果的影响A 本地载波与输入信号载波相位相同而频率不同对检波结 图图 9.11.1 9.11.1 单边带单边带接收机方框接收机方框接收机方框接收机方框图图A9.11 单边带信号的接收图 9.11.1 单单边带接收有如下的特点接收有如下的特点u接收机的本振接收机的本振频率与率与发射机的射机的频率率严格保持一致。格保持一致。u对接收机的接收机的线性要求高。性要求高。u检波器不能用包波器不能用包络检波器，而波器，而应采用同步采用同步检波器。波器。A单边带接收有如下的特点9.11 单边带信号的接收接收机