振幅的调制与解调分解.pptx
为什么要调制？1)频谱线性搬移电路（线性变换）：将输入信号频谱沿频率轴进行线性的搬移，输出信号的频谱与输入信号的频谱成线性（振幅调制与解调电路、混频电路）。2)频谱非线性变换电路（非线性变换）：将输入信号频谱进行特定的非线性搬移，搬移后的频谱与输入信号的频率不成线性关系（频率、相位调制及其解调电路）。属于频谱（或频率）变换电路，按照频谱变换的不同属于频谱（或频率）变换电路，按照频谱变换的不同特点，频谱变换电路可分为两大特点，频谱变换电路可分为两大类：类：调制与解调调制与解调第1页/共72页5.1 概述5.2 振幅调制原理及特性5.3 调幅信号的解调5.4 振幅调制与解调电路第第5 5章章 振幅的调制与解调振幅的调制与解调第2页/共72页(1)调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参数的过程。信号定义：信号载波信号：（等幅）高频振荡信号正弦波 方波 三角波锯齿波调制信号：需要传输的信号（原始信号）语言图像密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）振幅调制解调（检波)属于频谱线性搬移电路(2)解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。5 51 1 概概述述第3页/共72页（5）相位调制：调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调 制信号线性变化。（6）解调方式：（4）频率调制：调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调制 信号线性变化。（3）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振 幅随调制信号线性变化。第4页/共72页(9)振幅调制分三种方式：(7)调制根据频谱变化的不同(8)按照所采用的载波波形区分连续波调制：单频正弦波或余弦波脉冲波调制连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度以是载波的幅度A A，频率，频率 或相位或相位。因而有调幅。因而有调幅(AM)(AM)、调频、调频(FM)(FM)和调相和调相(PM)(PM)三种方式。三种方式。普通调幅（普通调幅（AMAM）抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSBDSB）抑制载波的单边带调幅（抑制载波的单边带调幅（SSBSSB）第5页/共72页 （3）调制方式的功率有效性 通信系统中，通常把调制器和解调器组合在一起成为调制解调器（Modem）,调制解调器的性能指标：（P95）（2）抗噪声、抗干扰能力（1）调制方式的频带利用率在保证传输速率和质量的条件下，使用的带宽越小越好。系统在较低的输入信噪比、较大干扰和信道失真情况下得到较好的输出信号质量。对不同的调制方式要求不同的高频功率放大器放大已调信号。非线性放大器的效率大于线性放大器的效率。第6页/共72页5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性普通振幅调制AM抑制载波的双边带调制DSB抑制载波和一个边带的单边带调制SSB按照不同的频谱结构，振幅调制分三种方式：第7页/共72页设载波信号：调制信号：式中为比例常数即AM时域表达式：式中ma为调幅系数1.AM调幅波的定义5.2.1 5.2.1 标准振幅调制（标准振幅调制（AMAM）信号分析）信号分析定义：用调制信号控制载波信号的幅度，使载波信号幅度按照调制信号规律变化。第8页/共72页2、调幅信号波形 波形特点：（1）调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致;(2)调幅度ma反映了调幅的强弱程度，可以看出：一般ma值越大调幅越深：第9页/共72页因为调幅波包络的最大值和最小值为：包络振幅：第10页/共72页 相加器相加器 乘法器乘法器直流 乘法器乘法器 相加器相加器AM信号的产生原理框图可见要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。AmAm第11页/共72页（1）由单一频率信号调幅可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：3 3、调幅波的频谱和带宽、调幅波的频谱和带宽调制信号调制信号c载波载波调幅波调幅波c+上边频上边频c-下边频下边频载波分量（载波分量（）：不含传输信息）：不含传输信息下变频分量下变频分量 ：含传输信息：含传输信息上变频分量上变频分量 ：含传输信息：含传输信息带宽带宽P98由图可知由图可知第12页/共72页同样含有三部分频率成份(2)限带信号的调幅波（多音调制）第13页/共72页限带信号的调幅波频谱图c c限带限带信号信号 c c载波载波调幅波调幅波c c-max 下边频带下边频带c c+max上边频带上边频带max max 带宽带宽第14页/共72页4、调幅波的功率单音调制的调幅波在负载电阻RL（R=1）上的功率为：(1)最大功率：(2)最小功率：第15页/共72页(3)调制信号一周内的平均功率（R=1）：载波功率：总边频功率：在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。ma1第16页/共72页调幅波调幅波c+上边频上边频c-下边频下边频第17页/共72页已知已知调幅波表示式为：调幅波表示式为：试画出它的波形和频谱图，求出频带宽度试画出它的波形和频谱图，求出频带宽度。若已知若已知，试求载波功率、边频功试求载波功率、边频功率、率、调幅波的平均功率调幅波的平均功率。例题例题1 1：调幅波调幅波c+上边频上边频c-下边频下边频第18页/共72页调幅波的波形如图所示，其中调幅波的波形如图所示，其中、,试写出表达式试写出表达式？例题例题2 2第19页/共72页AM:包络振幅：小结作业作业 P P118118 5-3 5-3第20页/共72页AM:包络振幅：小结载波信号载波信号调制信号调制信号第21页/共72页调幅波调幅波c+上边频上边频c-下边频下边频调幅波的频谱和带宽调幅波的频谱和带宽第22页/共72页 例题：例题：一普通一普通AMAM调制器，载波频率调制器，载波频率 ，振幅，振幅为为20V20V，调制信号频率为，调制信号频率为 ，它使输出调幅，它使输出调幅波的包络振幅为波的包络振幅为7.5V7.5V。求：。求：(1)(1)上、下边频上、下边频 (2)(2)调幅系数调幅系数 m ma a (3)(3)包络振幅的最大、最小值包络振幅的最大、最小值 (4)(4)已调波表达式已调波表达式 (5)(5)当当R RL L=1=1时，求载波功率时，求载波功率P Pc c和边频功率和边频功率P PS S第23页/共72页在AM调制过程中，如果将载波分量抑制就形成抑制载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号直接相乘得到，即：调制信号为单一频率信号：5.2.2 5.2.2 双边带双边带(double sideband Modulation(double sideband Modulation DSB)DSB)调幅信号调幅信号、定义电路实现模型第24页/共72页 相加器相加器 乘法器乘法器直流 乘法器乘法器 相加器相加器AM信号的产生原理框图可见要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。AmAm第25页/共72页2.波形与频谱(1)DSB信号的包络正比于调制信号,但不同于调制信号的变化形状，因此包络不再反映调制信号的信息。(2)DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。(3)占用频带调制信号调制信号载波载波上边频上边频下边频c+(fc-F)c(fc-F)第26页/共72页练习练习5-45-5第27页/共72页单边带(SSB)信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的波形图为：5.2.3 5.2.3 单边带单边带(single sideband Modulation SSBsingle sideband Modulation SSB)信信号调幅号调幅1.SSB信号的性质 在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（SSB）调制系统。c c载波载波c c-max 下边频带信号下边频带信号 c c+max上边频带信号上边频带信号c c+maxc c-max 第28页/共72页SSB信号的表达式：SSB信号的频带压缩了一倍，功率的利用率提高了一倍。（上边带信号上边带信号）（下边带信号下边带信号）占用频带第29页/共72页第30页/共72页由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，如：2.2.单边带调幅信号的实现单边带调幅信号的实现上边带滤波器上边带滤波器下边带滤波器下边带滤波器乘法乘法 器器(1)滤波法 有两种基本的电路实现方法：滤波法、相移法难点：滤波器的设计难点：滤波器的设计(p101)第31页/共72页(2)(2)相移法相移法相移法产生单边带信号由两个相乘器、两个由两个相乘器、两个90900 0移相器和加法器组成。移相器和加法器组成。难点：载波和基带两个信号都需要难点：载波和基带两个信号都需要准确准确的的90900 0相移，相移，而且电路要求对称才能完全抵消。而且电路要求对称才能完全抵消。(p102)(p102)下边带下边带上边带上边带第32页/共72页第33页/共72页例题：例题：已知调幅信号频率范围为已知调幅信号频率范围为300Hz300Hz4KHz,4KHz,分别采用分别采用AMAM（调幅指数（调幅指数m ma a=0.3=0.3）、）、DSBDSB、SSBSSB三种调幅方式，三种调幅方式，如要求边带功率如要求边带功率P PS S为为10W10W，分别求出每种方式的，分别求出每种方式的频带宽度频带宽度BWBW、发射总功率、发射总功率P P及功率利用率及功率利用率 。其中：其中：=边带功率边带功率P PS S/总功率总功率P PR RL L=1=1第34页/共72页5.2.4残留边带调制(VSB)残留边带调制是介于残留边带调制是介于SSBSSB与与DSBDSB之间的一种调制方式，它既克之间的一种调制方式，它既克服了服了DSBDSB信号占用频带宽的缺点，又解决了信号占用频带宽的缺点，又解决了SSBSSB滤波器难以实滤波器难以实现的问题。现的问题。残留边带滤波器残留边带滤波器第35页/共72页残留部分上边带的滤波器特性残留部分下边带的滤波器特性残留边带滤波器的特性残留边带滤波器的特性：让一个边带的绝大部分通过，仅衰：让一个边带的绝大部分通过，仅衰减靠近减靠近 附近的一小部分信号，同时抑制另一个边带的绝大附近的一小部分信号，同时抑制另一个边带的绝大部分信号，只保留靠近部分信号，只保留靠近 附近的一小部分。附近的一小部分。第36页/共72页VSB信号频谱示意图在解调中，让残留的那部在解调中，让残留的那部分边带来补偿衰减的那部分边带来补偿衰减的那部分边带，解调后的输出信分边带，解调后的输出信号不会失真号不会失真。第37页/共72页VSBVSB滤波器的传输特性滤波器的传输特性互补对称特性互补对称特性第38页/共72页5.3 5.3 调幅信号的解调原理调幅信号的解调原理解调解调：从调幅信号中恢复出低频的调制信号，也称为检波。频域：频谱线性搬移。（高频低频）相干解调（同步检波）非相干解调（包络检波）第39页/共72页一、相干解调（同步检波）一、相干解调（同步检波）同步信号：与已调波的载波同频同相。A MDSBSSB同步信号同步信号第40页/共72页1 1、普通调幅波、普通调幅波AMAM信号相干解调信号相干解调经LPF和电容耦合（隔直）后：vAM第41页/共72页2 2、双边带、双边带DSBDSB信号相干解调信号相干解调LPF后：vDSB第42页/共72页3 3、单边带信号相干解调、单边带信号相干解调SSBSSBLPF后：结论：相干解调是一种优良的解调方式。关键是保证同步信号与已调波的载波信号同频同相，否则会失真。vSSB第43页/共72页二、非相干解调（包络检波）二、非相干解调（包络检波）适用于：输出电压直接反应输入高频信号包络变化的解调。特点：电路简单，不需要同步信号。双边带信号（双边带信号（DSBDSB）和单边带信号（）和单边带信号（SSBSSB）的包络没有）的包络没有反映调制信号的信息，但可以通过恰当的变换后再利用反映调制信号的信息，但可以通过恰当的变换后再利用包络检波器解调。包络检波器解调。第44页/共72页5.4.1 调幅信号的调制电路高电平调制电路，处在发射机末端高电平调制电路，处在发射机末端低电平调制电路低电平调制电路，处在发射机的前段，处在发射机的前段双边带调制双边带调制单边带调制单边带调制振幅调制电路是无线电发射机的重要组成部分。振幅调制电路是无线电发射机的重要组成部分。5.4 5.4 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路按功率按功率的高低的高低第45页/共72页在AM调制过程中，如果将载波分量抑制就形成抑制载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号直接相乘得到，即：调制信号为单一频率信号：DSB定义电路实现模型（P104）第46页/共72页解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。DSB调制振幅调制过程：AM调制SSB调制叠加型同步检波解调过程包络检波：同步检波：峰值包络检波平均包络检波 乘积型同步检波5.4.2 5.4.2 调幅信号的解调电路调幅信号的解调电路第47页/共72页相干解调（同步检波）相干解调（同步检波）同步信号：与已调波的载波同频同相。第48页/共72页同步信号的提取也称为载波提取。直接法：从已调信号中直接提取(AM)载波提取方法 间接法：对已调信号进行非线性处理后再 提取载波(DSB,SB)1 1、载波的提取、载波的提取平方环实现载波提取电路结构(p105)第49页/共72页2 包络检波电路 调幅波频谱调幅波频谱c+c-c输出信号频谱输出信号频谱 非线形电路非线形电路低通滤波器低通滤波器t调幅波调幅波包络检波输出包络检波输出t普通调幅波普通调幅波相干检波相干检波包络检波非相干解调包络检波非相干解调电路组成：非线性器件和低通滤波器(p106)。第50页/共72页（1）平方律检波（输入为小信号）小信号：幅度小于100mV，二极管的伏安特性用 幂级数逼近平方律检波电路保证二极管导通，加偏置电压2 2、工作原理、工作原理第51页/共72页（2）峰值包络检波（输入为大信号）大信号：幅度大于500mV，二极管的伏安特性用 两段折线检波电路第52页/共72页（2）峰值包络检波波形图输出电压是由直流和交流两部分组成。第53页/共72页（3 3）平均包络检波平均包络检波（4 4）并联型二极管包络检波）并联型二极管包络检波第54页/共72页3、包络检波器性能分析（1）检波效率（电压传输系数）指检波器的输出信号与输入信号的幅度之比。静态检波效率检波效率动态检波效率（2）输入阻抗（3）检波失真惰性失真惰性失真负峰切割失真负峰切割失真第55页/共72页（2）负峰切割失真在接收机中，检波器后接音频放大器（p113）。（1）惰性失真第56页/共72页（2）负峰切割失真第57页/共72页4、同步检波电路（相干解调）乘积型叠加型第58页/共72页叠加型同步检波电路合成为AM，通过包络检波器实现解调。第59页/共72页课后习题课后习题5-15-25-35-6解解：调制必须利用电子的非线性特性，这是因为实现频谱的搬移：调制必须利用电子的非线性特性，这是因为实现频谱的搬移 主要利用非线性器件的高次方项实现。信号的放大则必须要求主要利用非线性器件的高次方项实现。信号的放大则必须要求 器件工作在线性状态，输入、输出信号的频率不能变化，否则器件工作在线性状态，输入、输出信号的频率不能变化，否则 输出信号会出现失真。输出信号会出现失真。第60页/共72页第五章第五章习习题题一、填空题一、填空题1.1.二极管包络检波只适用于直接解调二极管包络检波只适用于直接解调_信信号，对于号，对于DSBDSB、SSBSSB信号解调则需采用信号解调则需采用_检检波电路。波电路。2 2调幅就是用调幅就是用 信号去控制信号去控制 ，使载，使载波的波的 随随 大小变化而变化大小变化而变化。普通调幅普通调幅AM同步同步调制调制载波信号载波信号振幅振幅调制信号的调制信号的第61页/共72页二.选择题1二极管峰值包络检波器适用于哪种调幅波的直接解调（）。A单边带调幅波 B抑制载波双边带调幅波C普通调幅波 D残留边带调幅波2某单频调制的普通调幅波的最大振幅为10v，最小振幅为6v，则调幅系数ma为（）。A0.6B0.4C0.25D0.13同步检波器要求同步信号与发送端载波（）。A频率相同、幅度相同 B相位相同、幅度相同 C频率相同、相位相同 D频率相同、相位相同、幅度相同第62页/共72页4属于频谱的线性搬移过程的有（）。A振幅调制 B频率调制 C相位调制 D角度解调5调幅波的信息包含在它的（）。A频率变化之中 B幅度变化之中 C相位变化之中6惰性失真和负峰切割失真是下列哪种检波器特有的失真（）。A小信号平方律检波器 B大信号包络检波器 C同步检波器 7在波形上它的包络与调制信号形状完全相同的是（）。AAM BDSB CSSB DVSB8大信号包络检波器只适用于直接解调以下哪种调幅波（）。AVSBBSSBCDSBDAM第63页/共72页9 9调幅的描述调幅的描述（）。A.用载波信号去控制调制信号的振幅，使调制信号的振幅按载波信号的规律发生变化。用载波信号去控制调制信号的振幅，使调制信号的振幅按载波信号的规律发生变化。B.用调制信号去控制载波信号的振幅，使调制信号的振幅按载波信号的规律发生变化。用调制信号去控制载波信号的振幅，使调制信号的振幅按载波信号的规律发生变化。C.用调制信号去控制载波信号的振幅，使载波信号的的振幅随调制信号的规律发生变用调制信号去控制载波信号的振幅，使载波信号的的振幅随调制信号的规律发生变化。化。10属于频谱的非线性搬移过程的有（）。A.振幅调制 B.调幅波的解调 C.混频 D.频率调制第64页/共72页1111用双踪示波器观察到下图所示的波形，此波形是哪种类型的调幅波（用双踪示波器观察到下图所示的波形，此波形是哪种类型的调幅波（）。）。AVSB BSSB CDSB DAM第65页/共72页1、一普通一普通AMAM调制器调制器，载波频率载波频率，振幅为振幅为20V，调制信号频率为调制信号频率为，它使输出调幅波的包络振幅为它使输出调幅波的包络振幅为7.5V。求求：(1)(1)上、下边频上、下边频；(2)(2)调幅系数调幅系数；(3)(3)包络振幅的最大、最小值包络振幅的最大、最小值；(4)(4)已调波表达式。已调波表达式。三、计算题三、计算题调幅波振幅调幅波振幅第66页/共72页2 2、两个已调波电压两个已调波电压判断判断 为何种已调波，分别为何种已调波，分别计算消耗在单位电阻上的边频功率、平均功计算消耗在单位电阻上的边频功率、平均功率及带宽率及带宽。第67页/共72页3、普通调幅普通调幅AMAM、双边带调幅、双边带调幅DSBDSB、单边带调、单边带调幅幅 SSBSSB的功率有效性、频带利用率及频的功率有效性、频带利用率及频带宽度的区别？带宽度的区别？第68页/共72页4 4、已知、已知已调波表示式为已调波表示式为试求出调幅系数、频带宽度，画出调幅波试求出调幅系数、频带宽度，画出调幅波的频的频 谱图。谱图。第69页/共72页1 1、在通信系统中为什么要进行调制及解调？模、在通信系统中为什么要进行调制及解调？模拟调制和解调各有哪些方法？拟调制和解调各有哪些方法？四、思考题2、什么是振幅调制？3、什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？4、为什么调幅系数在一般情况下不能大于1？信号载波信号：（等幅）高频振荡信号正弦波 方波 三角波锯齿波调制信号：需要传输的信号（原始信号）语言图像密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）第70页/共72页6、相干解调与非相干解调有什么区别？P1035、DSB信号与AM信号相比较，有哪些共同点和不同点？7、产生惰性失真的主要原因是什么？如何防止?P1118、产生负峰切割失真的主要原因是什么？如何 防止？P112-1139、检波器的主要性能指标有哪些？P110第71页/共72页感谢您的观看！第72页/共72页
