第5章-振幅的调制与解调分解优秀PPT.ppt
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1、高高频频电电路路为什么要调制?为什么要调制?1)1)频频谱谱线线性性搬搬移移电电路路(线线性性变变换换):将将输输入入信信号号频频谱谱沿沿频频率率轴轴进进行行线线性性的的搬搬移移,输输出出信信号号的的频频谱谱与与输输入入信信号号的的频频谱谱成成线性(振幅调制与解调电路、混频电路)。线性(振幅调制与解调电路、混频电路)。2)2)频谱非线性变换电路(非线性变换)频谱非线性变换电路(非线性变换):将输入信号频谱进: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)。线性关系(频率、相位调制及其
2、解调电路)。属于频谱(或频率)变换电路,依据频谱变换的不同属于频谱(或频率)变换电路,依据频谱变换的不同特点,频谱变换电路可分为两大类:特点,频谱变换电路可分为两大类:调制与解调调制与解调5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性5.3 5.3 调调幅幅信号的解调信号的解调5.4 5.4 振幅调制与解调电路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(1)调制:用调制信号去限制载波信号的某一个参数的过程。调制:用调制信号去限制载波信号的某一个参数的过程。信号定义信号定义:信号信号 载波信号:(等幅)高频振荡信号载波信号:(等幅)高频振荡信
3、号 正弦波正弦波 方波方波 三角波三角波 锯齿波锯齿波调制信号:须要传输的信号(原始信号)调制信号:须要传输的信号(原始信号)语言语言图像图像 密码密码已调信号(已调波):经过调制后的高频信号(已调信号(已调波):经过调制后的高频信号(射频信号射频信号)振幅调制振幅调制解调(检波解调(检波)属于属于 频谱线性搬移电路频谱线性搬移电路(2)(2)解调:调制的逆过程,即从已调波中复原原调制信号的过程。解调:调制的逆过程,即从已调波中复原原调制信号的过程。5 51 1 概述概述(5)相位调制:调制信号限制载波相位,使已调波的相位随调)相位调制:调制信号限制载波相位,使已调波的相位随调制信号线性变更。
4、制信号线性变更。(6 6)解调方式)解调方式:(4 4)频率调制:调制信号限制载波频率,使已调波的频率随调制)频率调制:调制信号限制载波频率,使已调波的频率随调制 信号线性变更。信号线性变更。(3 3)振幅调制:由调制信号去限制载波振幅,使已调信号的振)振幅调制:由调制信号去限制载波振幅,使已调信号的振 幅随调制信号线性变更。幅随调制信号线性变更。(9(9)振幅调制分三种方式:振幅调制分三种方式:(7)(7)调制依据频谱变更的不同调制依据频谱变更的不同(8)(8)依据所接受的载波波形区分依据所接受的载波波形区分连续波调制连续波调制:单频正弦波或余弦波:单频正弦波或余弦波脉冲波调制脉冲波调制连续
5、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。一般调幅(一般调幅(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)(3 3)调制方式的功率有效性)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(成为调制解调器(
6、Modem),调制解调器的性能指调制解调器的性能指标标:(P95)(2 2)抗噪声、抗干扰实力)抗噪声、抗干扰实力(1 1)调制方式的频带利用率)调制方式的频带利用率在保证传输速率和质量的条件下,运用的带宽越小越好。在保证传输速率和质量的条件下,运用的带宽越小越好。系统在较低的输入信噪比、较大干扰和信道失真状况下得系统在较低的输入信噪比、较大干扰和信道失真状况下得到较好的输出信号质量。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。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。非线性放大器的效率大于线性放大器的效率。5
7、.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性一般振幅调制一般振幅调制AM抑制载波的双边带调制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抑制载波和一个边带的单边带调制SSB依据不同的频谱结构,振幅调制分三种方式:依据不同的频谱结构,振幅调制分三种方式:设载波信号设载波信号:调制信号调制信号:式中式中为比例常数为比例常数即即AMAM时域表达式:时域表达式:式中式中m ma a为调幅系数为调幅系数1.AM1.AM调幅波的定义调幅波的定义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:用调制信号限制载波信号的幅度,使载波信号幅度按定义:用调制信
8、号限制载波信号的幅度,使载波信号幅度按照调制信号规律变更。照调制信号规律变更。2 2、调幅信号波形、调幅信号波形 波形特点:波形特点:(1 1)调幅波的振幅)调幅波的振幅(包络)变更规律(包络)变更规律 与调制信号波与调制信号波形一样形一样;(2)(2)调幅度调幅度mama反映反映了调幅的强弱程度,了调幅的强弱程度,可以看出:可以看出:一般一般m ma a值越大调幅越深值越大调幅越深:因为调幅波包络的最大值和最小值为:因为调幅波包络的最大值和最小值为:包络振幅:包络振幅:相加器相加器乘法器乘法器直流直流 乘法器乘法器相加器相加器AMAM信号的产生原理框图信号的产生原理框图可见可见要完成要完成A
9、MAM调制,其核心部分是实现调制信号与载波调制,其核心部分是实现调制信号与载波相乘相乘。AmAm(1 1)由单一频率信号调幅)由单一频率信号调幅可见可见,调幅波并不是一个简洁的正弦波,包含有三个频率重量:调幅波并不是一个简洁的正弦波,包含有三个频率重量: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-下边频下边频载波重量(载波重量():不含传输信息):不含传输信息下变频重量下变频重量:含传输信息:含传输信息上变频重量上变频重量:含传输信息:含传输信息带宽带宽P98由图可知由图可知同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份(2)(2)限带
10、信号的调幅波(多音调制)限带信号的调幅波(多音调制)限带限带信号的调幅波频谱图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maxmax带宽带宽4 4、调幅波的功率、调幅波的功率单音调制的调幅波在负载电阻单音调制的调幅波在负载电阻RL(R=1)上的功率为:上的功率为:(1)(1)最大功率:最大功率:(2)(2)最小功率:最小功率:(3)(3)调制信号一周内的平均功率(调制信号一周内的平均功率(R=1R=1):载波功率载波功率:总边频功率:总边频功率:在一般调幅波信号中,有用信息只携带在边频带内,而载波在一般调幅波
11、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,因而调幅波的功率奢侈大,效率低。大部分,因而调幅波的功率奢侈大,效率低。ma1调幅波调幅波c+上边频上边频c-下边频下边频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、边频功率、试求载波功率、边频功率、调幅波的调幅波的平均功率平均功率。例题例题1 1:调幅波调幅波c+上边频上边频c-下边频下边频调幅波的波形如图所示,其中调幅波的波形如图所示,其中、,
12、试写出表达式试写出表达式?例题例题2 2AM:包络振幅:包络振幅:小小结结作业作业 P P118118 5-3 5-3AM:包络振幅:包络振幅:小小结结载波信号载波信号调制信号调制信号调幅波调幅波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 例题:例题:一一般一一般AMAM调制器,载波频率调制器,载波频率 ,振幅为,振幅为20V20V,调制信号频率为,调制信号频率为 ,它使输出调幅波的包络,它使输出调幅波的包络振幅为振幅为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 ma ma (3)(3)包络振幅的最大、最小值包络振幅的最
13、大、最小值 (4)(4)已调波表达式已调波表达式 (5)(5)当当RL=1RL=1时,求载波功率时,求载波功率PcPc和边频功率和边频功率PSPS在在AM调调制制过过程程中中,假假如如将将载载波波重重量量抑抑制制就就形形成成抑抑制制载载波波的的双双边边带带信信号号,简简称称双双边边带带信信号号,它它可可以以用用载载波波和和调调制制信信号号干干脆相乘得到,即:脆相乘得到,即:调制信号为单一频率信号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 DSB)(double sideband Modulation DSB)调幅信号调幅信
14、号、定义、定义电路实现模型电路实现模型相加器相加器乘法器乘法器直流直流 乘法器乘法器相加器相加器AMAM信号的产生原理框图信号的产生原理框图可见可见要完成要完成AMAM调制,其核心部分是实现调制信号与载波调制,其核心部分是实现调制信号与载波相乘相乘。AmAm2.2.波形与频谱波形与频谱(1)DSB(1)DSB信号的包络正比于调制信号信号的包络正比于调制信号,但不同于调制信号的变更形态,因此包但不同于调制信号的变更形态,因此包络不再反映调制信号的信息。络不再反映调制信号的信息。(2)DSB(2)DSB波波的的频频谱谱成成份份中中抑抑制制了了载载波波重重量量,全全部部功功率率为为边边带带占占有有,
15、功功率率利利用率高于用率高于AMAM波。波。(3)(3)占用频带占用频带 调制信号调制信号载波载波上边频上边频下边频下边频c+(fc-F)c(fc-F)练习练习5-45-5单单边边带带(SSB)(SSB)信信号号是是由由双双边边带带调调幅幅信信号号中中取取出出其其中中的的任任一一个个边边带部分,即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的波形图为: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)信号调幅信号调幅1.SSB1.SSB信号
16、的性质信号的性质 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,常接受单边带(功率和带宽效率,常接受单边带(SSBSSB)调制系统。)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-maxSSBSSB信号的表达式:信号的表达式:SSBSSB信号的频带压缩了一倍,功率的利用率提高了一倍。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)占用频带占用频带由由DSBDSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成,信
17、号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成,如: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)(1)滤波法滤波法 有两种基本的电路实现方法:有两种基本的电路实现方法:滤波法、相移法滤波法、相移法难点:滤波器的设计难点:滤波器的设计(p101)(2)(2)相移法相移法相移法产生单边带信号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须要精确的难点:载波和基带两个信号都须要精确的900900相移,相移,而且电路要求对称才能完全抵消。而且电路要
18、求对称才能完全抵消。(p102)(p102)下边带下边带上边带上边带例题: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,分别接受分别接受AMAM(调幅指数(调幅指数ma=0.3ma=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PSPS为为10W10W,分别求出每种方式的频,分别求出每种方式的频带宽度带宽度BWBW、放射总功率、放射总功率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=15.2.4残留边带调制残留边带调制(VSB)残留边
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