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1、模电调制及解调模电调制及解调本讲稿第一页，共八十四页调制：调制：用携有消息的信息信号去控制或改变一个高频振用携有消息的信息信号去控制或改变一个高频振荡信号的某些参数的过程，称为调制。荡信号的某些参数的过程，称为调制。11.1调制的概念调制的概念调制信号：信息信号调制信号：信息信号u(t)，载波：高频振荡信号载波：高频振荡信号uc(t)，已调信号：调制后含有发送信息的信号已调信号：调制后含有发送信息的信号u(t)。常用名词：常用名词：解调：解调：是调制的逆过程，即从已调信号中还原出有用信息信号的是调制的逆过程，即从已调信号中还原出有用信息信号的过程。过程。本讲稿第二页，共八十四页调制调制模拟调制

2、：调制信号为模拟信号。模拟调制：调制信号为模拟信号。数字调制：调制信号为数字信号。数字调制：调制信号为数字信号。（调制波形式不同）（调制波形式不同）调制调制连续波调制：载波为正弦波信号。连续波调制：载波为正弦波信号。脉冲调制：载波为脉冲信号。脉冲调制：载波为脉冲信号。（载波形式不同）（载波形式不同）调制的分类调制的分类本讲稿第三页，共八十四页幅度调制（调幅幅度调制（调幅AM）:用信息信号控制载波信号的振幅。用信息信号控制载波信号的振幅。频率调制（调频频率调制（调频FM）:用信息信号控制载波信号的频率。用信息信号控制载波信号的频率。相位调制（调相相位调制（调相PM）:用信息信号控制载波信号的相位

3、。用信息信号控制载波信号的相位。连续波调制的分类：连续波调制的分类：本讲稿第四页，共八十四页11.2连续波幅度调制连续波幅度调制幅度调制有四种幅度调制有四种：标准幅度调制（标准幅度调制（StandardAM）；）；双边带幅度调制（双边带幅度调制（DSBAM）；）；单边带幅度调制（单边带幅度调制（SSBAM）；）；残留边带幅度调制（残留边带幅度调制（VSBAM）。）。本讲稿第五页，共八十四页 11.2.1标准调幅标准调幅图图11.1AM调制调制(a)载波；载波；(b)调制信号；调制信号；(c)已调波已调波特点：特点：载波的幅度随调制信号变载波的幅度随调制信号变化而变化。化而变化。包络：最大幅度点

4、的连线。包络：最大幅度点的连线。本讲稿第六页，共八十四页设调制信号为：设调制信号为：载载波信号波信号为为：已已调调波表达式波表达式为为：标准调幅波数学表达式：标准调幅波数学表达式：本讲稿第七页，共八十四页称称“调幅指数调幅指数”或或“调幅度调幅度”。调幅指数调幅指数ma越大，幅度变化越剧烈。越大，幅度变化越剧烈。ma=0时，时，没有调幅没有调幅，为原载波。，为原载波。ma=1时，时，Um=Ucm,幅度在幅度在02Ucm之间变化，为之间变化，为100%的调幅的调幅。ma1时，时，UmUcm,过调幅过调幅，包络信号失真。，包络信号失真。为了保证已调波的包络反映调制信号的变化，必须使：为了保证已调波

5、的包络反映调制信号的变化，必须使：0ma1本讲稿第八页，共八十四页示波器测量示波器测量ma的方法的方法UmmaxUmminUmmax=UCm(1+ma)Ummin=UCm(1-ma)本讲稿第九页，共八十四页标准调幅波的频谱标准调幅波的频谱三个频率成分：三个频率成分：载频：载频：C上边频：上边频：C+下边频：下边频：C本讲稿第十页，共八十四页图图5.6AM调制的频谱关系调制的频谱关系带宽：带宽：BW=2UCmUCmUCm上下边频包含调制信号频率，表明携带调制信号特性，上下边频包含调制信号频率，表明携带调制信号特性，而载波分量与调制信号无关而载波分量与调制信号无关本讲稿第十一页，共八十四页 上上面

6、面分分析析的的调调制制信信号号u是是单单一一频频率率的的信信号号，实实际际上上调调制制信信号号都都是是由由多多频频率率成成分分组组成成的的。如如语语音音信信号号的的频率主要集中在频率主要集中在3003400Hz范围。范围。多频率信号的标准调幅多频率信号的标准调幅本讲稿第十二页，共八十四页图图11.4多频调制多频调制M信号频谱信号频谱BWAM=2max广播电台播送广播电台播送语音信号，语音信号，AM已调波的带宽已调波的带宽等于等于6800Hz，相邻两个电台相邻两个电台载波频率的间载波频率的间隔必须大于隔必须大于6800Hz，通常，通常取为取为10kHz。本讲稿第十三页，共八十四页调幅过程调幅过程

7、实质上实质上是一种频谱线性搬移。经过调制是一种频谱线性搬移。经过调制后，已调信号的频谱由低频处搬移到载频附近，形成后，已调信号的频谱由低频处搬移到载频附近，形成上下边带。上下边带。总总结结本讲稿第十四页，共八十四页帕帕塞塞瓦瓦尔尔公公式式：已已调调波波UAM在在单单位位电电阻阻上上消消耗耗的的平平均均功功率率Pav应应当当等等于于各各个个频频率率成成分分所所消消耗耗的的平平均均功率之和，即等于载波功率功率之和，即等于载波功率PC和边频功率和边频功率PSB之和之和载波功率：载波功率：AM波各频率功率的分布波各频率功率的分布本讲稿第十五页，共八十四页边带功率边带功率PSB等于上边频功率等于上边频功

8、率PSB上上与下边频功率与下边频功率PSB下下之和。之和。上上PSB与下与下PSB相等，有相等，有UCmUCmUCm本讲稿第十六页，共八十四页 总的边频功率等于：总的边频功率等于：所以，已调波在单位电阻上消耗的平均功率所以，已调波在单位电阻上消耗的平均功率 边频功率与总功率之比：边频功率与总功率之比：当当ma=1时，比值达到最大值时，比值达到最大值0.33。AM调制很不经济。调制很不经济。本讲稿第十七页，共八十四页普通调幅波形成框图一普通调幅波形成框图一uAM=KMUcm cos ct Um cost+Ucm cos ct=Ucm(1+macost)cos ctma=KM Um实现实现AM的方

9、案的方案本讲稿第十八页，共八十四页普通调幅波形成框图二普通调幅波形成框图二u(t)UCmuAM(t)+CosCt本讲稿第十九页，共八十四页uC(t)uAM(t)KMRp R R R UD u 本讲稿第二十页，共八十四页 11.2.2双边带调幅双边带调幅(DSB)双边带调制是传送上、下边带而抑制载波的双边带调制是传送上、下边带而抑制载波的一种调制方式。一种调制方式。图图11.6DSB调制实现框图调制实现框图uDSB=KuuC=KUmUCmCostCosCt本讲稿第二十一页，共八十四页u t uDSB 0 0 180度相位突变度相位突变 t图图11.8DSB已调波时域波形已调波时域波形本讲稿第二十

10、二页，共八十四页DSB调幅波的频谱调幅波的频谱W0w Um w 0 C+CCBW=2本讲稿第二十三页，共八十四页多频调制信号多频调制信号DSB的频谱的频谱本讲稿第二十四页，共八十四页 11.2.3单边带调幅单边带调幅(SSB)单边带调制是仅传送一个边带的调制方法。单边带调制是仅传送一个边带的调制方法。滤波法滤波法本讲稿第二十五页，共八十四页图图11.10单频调制单频调制SSB信号的频谱信号的频谱本讲稿第二十六页，共八十四页上边带调制上边带调制：只传送上边带信号：只传送上边带信号时域数学表达式时域数学表达式：时域数学表达式时域数学表达式：下边带调制下边带调制：只传送下边带信号：只传送下边带信号本

11、讲稿第二十七页，共八十四页图图11.11单频调制单频调制SSB信号波形图信号波形图Um本讲稿第二十八页，共八十四页相移法相移法上述滤波法要求滤波器过渡带很陡，当调制信号中的上述滤波法要求滤波器过渡带很陡，当调制信号中的低频分量越丰富时，滤波器的过渡带要求越窄，实现低频分量越丰富时，滤波器的过渡带要求越窄，实现起来就越困难。另一种方法叫相移法起来就越困难。另一种方法叫相移法本讲稿第二十九页，共八十四页图图11.12相移法实现相移法实现SSB框图框图本讲稿第三十页，共八十四页残留边带调制的频谱残留边带调制的频谱本讲稿第三十一页，共八十四页11.3角度调制的基本概念角度调制的基本概念无无论论是是调调

12、频频或或调调相相，都都使使得得载载波波的的总总相相角角发发生生变变化，因此两者统称为角度调制。化，因此两者统称为角度调制。载载波波信信号号的的频频率率和和相相位位随随调调制制信信号号变变化化的的调调制制分分别别称称为为频频率率调调制制(FM)和和相相位位调调制制(PM)，简简称称调调频频和调相。和调相。调调频频：电电报报通通信信、调调频频广广播播、无无线线电电视视、模模拟拟通通信信系系统统调相：数字通信的相移键控。调相：数字通信的相移键控。本讲稿第三十二页，共八十四页调制信号：调制信号：u(t)载波：载波：uC(t)=UCmcosCt调频信号调频信号uFM(t)的瞬时角频率的瞬时角频率(t)不

13、再是常不再是常数数C,而是随调制信号的变化而变化：而是随调制信号的变化而变化：调频波的数学表达式调频波的数学表达式(t)=C+kfu(t)C：中心频率：中心频率kf：调频比例常数：调频比例常数kfu(t)=：频率偏移：频率偏移本讲稿第三十三页，共八十四页调频信号调频信号uFM(t)的瞬时相位的瞬时相位(t)时域调频信号的一般表达式：时域调频信号的一般表达式：本讲稿第三十四页，共八十四页设调制信号：设调制信号：u(t)=Umcost瞬时角频率：瞬时角频率：(t)=C+kfu(t)=C+kfumcost最大频偏：最大频偏：m=kfum本讲稿第三十五页，共八十四页调频指数调频指数总结：调频信号的基本

14、参量是振幅总结：调频信号的基本参量是振幅UCm(恒定的恒定的)、载、载波中心频率波中心频率C、最大频偏、最大频偏m和调频指数和调频指数mf。调频比。调频比例常数例常数kf是由电路决定的一个常数。是由电路决定的一个常数。本讲稿第三十六页，共八十四页调相波的数学表达式：调相波的数学表达式：调制信号：调制信号：u(t)载波：载波：uC(t)=UCmcosCt调相信号调相信号uPM(t)的瞬时相位的瞬时相位(t)不再是不再是C t,而是而是随调制信号的变化而变化：随调制信号的变化而变化：(t)=Ct+kpu(t)kp：调相比例常数：调相比例常数kpu(t)=(t)：相位偏移：相位偏移本讲稿第三十七页，

15、共八十四页时域调相信号的一般表达式：时域调相信号的一般表达式：设调制信号：设调制信号：u(t)=Umcost瞬时相位：瞬时相位：(t)=Ct+kpu(t)=Ct+kpumcost(t)调相指数：调相指数：mP=kpum=m(最大相偏最大相偏)本讲稿第三十八页，共八十四页瞬时角频率瞬时角频率称为最大频偏称为最大频偏本讲稿第三十九页，共八十四页图图11.13调频和调相信号波形调频和调相信号波形调相信号的频率随调制信号的导数变化调相信号的频率随调制信号的导数变化而变化。而变化。本讲稿第四十页，共八十四页调频与调相的联系与区别调频与调相的联系与区别无论是调频或调相，调制指数都是最大频偏和无论是调频或调

16、相，调制指数都是最大频偏和调制频率之比。调制频率之比。本讲稿第四十一页，共八十四页无论是调相波还是调频波，都同时存在着频偏和相无论是调相波还是调频波，都同时存在着频偏和相偏，但是因为调相波是以相位的变化直接反映调制信号，偏，但是因为调相波是以相位的变化直接反映调制信号，所以其最大相移与调制信号的振幅成正比，所以其最大相移与调制信号的振幅成正比，而调频信号是以频率的变化直接反映调制信号，所而调频信号是以频率的变化直接反映调制信号，所以其最大频偏与调制信号的振幅成正比。以其最大频偏与调制信号的振幅成正比。最大相偏：最大相偏：m=mP=kpum最大频偏：最大频偏：m=mf=kfum本讲稿第四十二页，

17、共八十四页把把小小于于未未调调制制的的载载波波幅幅度度UCm的的百百分分之之一一的的各各边边频分量忽略不计来确定调频信号的带宽。频分量忽略不计来确定调频信号的带宽。调频波的有效带宽估算调频波的有效带宽估算目前，广泛应用的调频信号带宽的目前，广泛应用的调频信号带宽的计算计算公式是卡森公式是卡森公式公式当当mf1时，时，BW=2m宽带调频宽带调频本讲稿第四十三页，共八十四页调角波的有效带宽估算调角波的有效带宽估算当当m1时，时，BW=2m宽带调角宽带调角采用调频信号的分析方法，同样可以得到调相信号采用调频信号的分析方法，同样可以得到调相信号的频谱，它与调频信号频谱的差异仅仅是各边频分量的相的频谱，

18、它与调频信号频谱的差异仅仅是各边频分量的相移不同。带宽的计算仍可采用卡森公式：移不同。带宽的计算仍可采用卡森公式：本讲稿第四十四页，共八十四页调频和调幅的对比调频和调幅的对比1、调幅系统：有用信息蕴藏在幅度之中，易受外界干扰，、调幅系统：有用信息蕴藏在幅度之中，易受外界干扰，信噪比低。信噪比低。调频系统：有用信息蕴藏在频率之中（波形的疏密变化），调频系统：有用信息蕴藏在频率之中（波形的疏密变化），不易受外界干扰，信噪比高。不易受外界干扰，信噪比高。2、调幅系统：窄带系统，、调幅系统：窄带系统，BW2。调频系统：宽带系统，调频系统：宽带系统，BW较大。较大。3、调幅系统：、调幅系统：ma0时时，

19、二二极极管管导导通通，信信源源us通通过过二二极极管管对对电电容容C充充电电，充充电电的的时时常常数数约约等等于于RDC。由由于于二二极极管管导导通通电电阻阻RD很很小小，因因此此电电容容上上的的电电压压迅迅速速达达到到信信源电压源电压us的幅值。当的幅值。当uD0时时，二二极极管管截截止止，电电容容C通通过过电电阻阻R放放电电。放放大大常常数数RC，由由于于RL较较大大，因因此此C放放电电不不会会紧紧随随载载波波变换，而是缓慢的按指数规律变化。变换，而是缓慢的按指数规律变化。当然，当然，R也不能过大，否则出现惰性失真。也不能过大，否则出现惰性失真。本讲稿第五十九页，共八十四页图图2.21惰性

20、失真惰性失真RC的取值范围：的取值范围：本讲稿第六十页，共八十四页从频谱的角度分析从频谱的角度分析标准调幅波中含有载频和边频分量，通过二标准调幅波中含有载频和边频分量，通过二极管的非线性作用，产生极管的非线性作用，产生和和许许多高次多高次谐谐波波,RC产产生生低通低通滤滤波器，波器，滤滤除高次分量，留下除高次分量，留下频率，完成解调频率，完成解调工作。工作。本讲稿第六十一页，共八十四页同步检波同步检波对对于于DSB,SSB等等不不能能采采用用包包络络检检波波器器，而而采采用用同步检波的方法来实现。同步检波的方法来实现。原原理理：在在频频域域，只只要要将将调调制制后后的的频频谱谱搬搬移移回回来来

21、，因因此可以利用乘法器实现解调：此可以利用乘法器实现解调：图图11.22乘积型同步检波器框图乘积型同步检波器框图本讲稿第六十二页，共八十四页设：信源是一个双边带信号设：信源是一个双边带信号us=UsmcostcosCt本地载波是一个与调制信号的载波同频同相的信号本地载波是一个与调制信号的载波同频同相的信号u1=U1mcosCt 两个信号相乘两个信号相乘 通过低通滤波器滤除高频，得到的低频信号就通过低通滤波器滤除高频，得到的低频信号就是调制信号。检波的输出是调制信号。检波的输出 其其中中，kd=(kMkF)/2，kM是是乘乘法法器器的的增增益益，kF是是低低通滤波器的增益。通滤波器的增益。本讲稿

22、第六十三页，共八十四页本地载波必须严格同步（同频同相）本地载波必须严格同步（同频同相）若本地载波不同步：若本地载波不同步：通过通过LPF后：后：产生了频偏和相偏。频偏为产生了频偏和相偏。频偏为20HZ时，就会察觉声音不自时，就会察觉声音不自然，偏然，偏200HZ，语音可懂率明显下降。，语音可懂率明显下降。本讲稿第六十四页，共八十四页11.7.2调角波的解调调角波的解调调相波和调频波不能直接使用包络检波器来解调相波和调频波不能直接使用包络检波器来解调相波和调频波，必须采用相位检波器（鉴相器）和调相波和调频波，必须采用相位检波器（鉴相器）和频率检波器（鉴频器），但是包络检波器可以作为某频率检波器（

23、鉴频器），但是包络检波器可以作为某些鉴相器或鉴频器的一个组成部分，而鉴相器又可以些鉴相器或鉴频器的一个组成部分，而鉴相器又可以作为某些鉴频器的一个组成部分作为某些鉴频器的一个组成部分本讲稿第六十五页，共八十四页 1.鉴相原理鉴相原理调相信号的解调叫做相位检波，简称鉴相。调相信号的解调叫做相位检波，简称鉴相。它是将调相信号的相位它是将调相信号的相位Ct+mpf(t)与载波的相位与载波的相位Ct相减，取出它们的相位差相减，取出它们的相位差mpf(t)，并反映到输出，并反映到输出电压上，从而实现相位检波。鉴相器可以看成相位电压上，从而实现相位检波。鉴相器可以看成相位/电压变换器电压变换器本讲稿第六十

24、六页，共八十四页乘积型模拟鉴相器乘积型模拟鉴相器为了能够正确地鉴别两个输入信号相位的超前和滞后关为了能够正确地鉴别两个输入信号相位的超前和滞后关系，两个输入信号必须有系，两个输入信号必须有/2的固定相差。的固定相差。乘积型模拟鉴相器乘积型模拟鉴相器LuM本讲稿第六十七页，共八十四页LuM本讲稿第六十八页，共八十四页利用三角函数展开：利用三角函数展开：通过低通滤波器：通过低通滤波器：其中：其中：当当本讲稿第六十九页，共八十四页图图11.23正弦鉴相特性正弦鉴相特性线性范围一般为线性范围一般为。当。当|e|大于大于/2时，时，uo与与 e是多是多值关系，即对于同一个输出电压值关系，即对于同一个输出

25、电压uo存在多个存在多个 e，因此，因此不能正确实现鉴相，所以不能正确实现鉴相，所以/2为具有正弦鉴相特性为具有正弦鉴相特性的鉴相器的最大鉴相范围。的鉴相器的最大鉴相范围。本讲稿第七十页，共八十四页 此此外外，为为了了衡衡量量输输出出电电压压uo对对误误差差相相位位e的的灵灵敏敏程程度度，还还要要定定义义一一个个参参量量叫叫鉴鉴相相灵灵敏敏度度或或鉴鉴相相跨跨导导，用用Sp表示。它的定义是表示。它的定义是乘积型鉴相的乘积型鉴相的本讲稿第七十一页，共八十四页叠加型模拟鉴相器叠加型模拟鉴相器为了正确判别两个信号的相位超前与滞后，输入的两个信为了正确判别两个信号的相位超前与滞后，输入的两个信号间要有

26、固定的号间要有固定的/2相差。相差。LuM+本讲稿第七十二页，共八十四页LuM+本讲稿第七十三页，共八十四页因为：因为：运用近似公式运用近似公式：如果：如果：则则:LuM+本讲稿第七十四页，共八十四页AM波的幅度表达式，所以后接包络检波器对该波的幅度表达式，所以后接包络检波器对该和信号进行幅度检波并滤去直流得到解调信号和信号进行幅度检波并滤去直流得到解调信号本讲稿第七十五页，共八十四页 二、鉴频原理二、鉴频原理调调频频信信号号解解调调又又称称为为频频率率检检波波，简简称称鉴鉴频频。它它是是把把调调频频信信号号的的频频率率(t)=C+(t)与与载载波波频频率率C比比较较，得得到频差到频差(t)=

27、mf(t)，从而实现频率检波。，从而实现频率检波。频率检波框图频率检波框图本讲稿第七十六页，共八十四页 利用线性网络变换方法可实现频率检波利用线性网络变换方法可实现频率检波,有两种形式：有两种形式：(1)将将调调频频信信号号通通过过一一个个幅幅频频特特性性为为线线性性的的线线性性网网络络，使使它它变变成成调调频频/调调幅幅信信号号，其其振振幅幅的的变变化化正正比比于于频频率率的的变变化化；之后再用包络检波的方法取出调制信号。之后再用包络检波的方法取出调制信号。框图框图本讲稿第七十七页，共八十四页图图11.25斜率鉴频框图及频率振幅转换斜率鉴频框图及频率振幅转换(a)框图；框图；(b)频率振幅转

28、换频率振幅转换本讲稿第七十八页，共八十四页 输入的调频信号输入的调频信号线性变换网络的幅频特性线性变换网络的幅频特性 k0为幅频特性的斜率。在满足似稳态的条件下，线为幅频特性的斜率。在满足似稳态的条件下，线性变换网络的输出可近似认为是稳态响应，其表示式为性变换网络的输出可近似认为是稳态响应，其表示式为本讲稿第七十九页，共八十四页 由由此此可可见见，通通过过频频幅幅变变换换网网络络将将调调频频信信号号的的频频率率的的变化转换到振幅变化上来，变化转换到振幅变化上来，频幅变换频幅变换网络网络包络检波包络检波图图11.16用频幅变换网络构成的频率检波框图用频幅变换网络构成的频率检波框图本讲稿第八十页，

29、共八十四页图图11.27用用LC并联回路做线性幅频特性网络并联回路做线性幅频特性网络本讲稿第八十一页，共八十四页 (2)把把调调频频信信号号通通过过线线性性相相频频特特性性网网络络，使使其其变变换换成成调调频频/调调相相信信号号；附附加加的的相相位位变变化化正正比比于于频频率率变变化化，之之后后通通过过相相位位检检波波方方法法实实现现频频率率检检波波，把把这这种种方方法法叫叫做做相相位位鉴频法。鉴频法。若相位检波电路具有线性鉴相特性时，输出电压若相位检波电路具有线性鉴相特性时，输出电压本讲稿第八十二页，共八十四页相位鉴频框图及频率相位转换相位鉴频框图及频率相位转换(a)原理框图；原理框图；(b

30、)相频特性和幅频特性相频特性和幅频特性t本讲稿第八十三页，共八十四页 描述各种鉴频方法质量好坏的指标主要有：描述各种鉴频方法质量好坏的指标主要有：鉴鉴频频特特性性、鉴鉴频频范范围围、鉴鉴频频灵灵敏敏度度(或或鉴鉴频频跨跨导导)。鉴鉴频频特特性性是是输输出出电电压压uo与与输输入入信信号号频频差差之之间间的的关关系系曲曲线线。鉴鉴频频范范围围同同样样可可分分成成线线性性鉴鉴频频范范围围和和最最大大鉴鉴频频范范围围。鉴鉴频频特特性性线线性性越越好好，线线性性鉴鉴频频范范围围越越宽宽，这这种种鉴鉴频频方方法法越好。越好。鉴鉴频频灵灵敏敏度度Sf是是描描述述输输出出电电压压uo对对频频差差的的灵灵敏敏程程度。它的定义是度。它的定义是(8.812)本讲稿第八十四页，共八十四页