第五章电磁波PPT讲稿.ppt
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1、第五章电磁波第五章电磁波第1页,共66页,编辑于2022年,星期三将要传送的信息装载到某一高频将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。载频信号上去的过程。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.定义定义第2页,共66页,编辑于2022年,星期三2.调制的原因调制的原因4从切实可行的天线出发从切实可行的天线出发为使天线能有效地发送和接收电磁波,天线为使天线能有效地发送和接收电磁波,天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟,一般不宜短的几何尺寸必须和信号波长相比拟,一般不宜短于于1/4波长。波长。音频信号音频信号:20Hz20kHz波长:波长:15 15000 km天线长度天线
2、长度:3.75 3750km第3页,共66页,编辑于2022年,星期三2.调制的原因调制的原因4便于不同电台相同频段基带信号的同时接收便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移频谱搬移第4页,共66页,编辑于2022年,星期三 通信系统的基本组成电路:通信系统的基本组成电路:振幅调制、解调、混频、调频、鉴频等电路。振幅调制、解调、混频、调频、鉴频等电路。这些电路的共同特点是:这些电路的共同特点是:将输入信号进行频谱变将输入信号进行频谱变换,以获得所需要的频谱输出信号。故称之为频率换,以获得所需要的频谱输出信号。故称之为频率(频谱)变换电路。(频谱)变换电路。根据频谱变换的不同特点,频谱变换
3、电路有:根据频谱变换的不同特点,频谱变换电路有:第5页,共66页,编辑于2022年,星期三频谱搬移电路包括频谱搬移电路包括(Vestigial Sideband Amplitude Modulation)第6页,共66页,编辑于2022年,星期三一、调制一、调制调制的定义调制的定义:将需要传送的基带信号加载到高频信号上去的过程。基带信号基带信号:占有一定宽度的低频信号。调制的作用调制的作用:用高频信号做运载工具,实现多路有选择性的远距离通信。第一节第一节 概述概述数字调制数字调制调制分为调制分为幅度调制幅度调制(AM)频率调制频率调制(FM)相位调制相位调制(PM)幅度键控幅度键控(ASK)频
4、率键控频率键控(FSK)相位键控相位键控(PSK)模拟调制模拟调制调制的分类调制的分类:第7页,共66页,编辑于2022年,星期三2、普通调幅波的数学表示式、普通调幅波的数学表示式则普通调幅波的数学表示式为:其中 称为调幅指数(调幅度)调幅指数(调幅度)若载波信号:若载波信号:调制信号:调制信号:1、定义、定义:用需传送的信息(调制信号)去控制高频载波振荡电压的振幅,使其随调制信号 线性关线性关系系变化。二、普通调幅波(二、普通调幅波(AM波)的数学表示式、波形及其频谱波)的数学表示式、波形及其频谱单音频调制单音频调制第8页,共66页,编辑于2022年,星期三3、普通调幅波的波形、普通调幅波的
5、波形右图是单音频调制普通调幅波的波右图是单音频调制普通调幅波的波形图形图。从波形上可以看出:从波形上可以看出:调制信号调制信号载波信号载波信号已调波信号已调波信号已调波振幅的包络形状已调波振幅的包络形状与调制信号一样与调制信号一样则调幅指数则调幅指数第9页,共66页,编辑于2022年,星期三调幅指数调幅指数 当当ma1时,已调波振幅的包络形状与调制信号一时,已调波振幅的包络形状与调制信号一样不失真调幅。样不失真调幅。当当ma1时,将产生过量调制如下图所示。包络形时,将产生过量调制如下图所示。包络形状会产生严重失真,必须尽力避免状会产生严重失真,必须尽力避免 。包络失真包络失真第10页,共66页
6、,编辑于2022年,星期三单频调制的单频调制的AM波波的频谱:的频谱:4、普通调幅波的频谱、普通调幅波的频谱单频调制的普通调幅波的频谱单频调制的普通调幅波的频谱。由数学表示式可得单频调制的单频调制的AM波的波的频带宽度:频带宽度:第11页,共66页,编辑于2022年,星期三多音频调制的普通调幅波的频谱多音频调制的普通调幅波的频谱 多频调制的多频调制的AM波波的频带宽度:的频带宽度:第12页,共66页,编辑于2022年,星期三5、结论、结论调幅过程是一种线性频谱搬移过程将调制调幅过程是一种线性频谱搬移过程将调制信号的频谱由低频被搬移到载频附近,成信号的频谱由低频被搬移到载频附近,成为上、下边频带
7、。为上、下边频带。第13页,共66页,编辑于2022年,星期三三、普通调幅波的功率关系三、普通调幅波的功率关系 载波功率载波功率每一边频功率每一边频功率 调制一周内的平均总功率调制一周内的平均总功率将普通调幅波电压加在电阻将普通调幅波电压加在电阻R两端,电阻两端,电阻R上消上消耗的各频率分量对应的功率可表示为耗的各频率分量对应的功率可表示为1、普通调幅波中各频率分量之间的功率关系、普通调幅波中各频率分量之间的功率关系调幅波的输出功率随着调幅波的输出功率随着ma的增大而增大。的增大而增大。第14页,共66页,编辑于2022年,星期三当当ma1时,时,PoT(2/3)Po ;当当ma0.5时,时,
8、PoT(8/9)Po ;载波本身并不包含信号,但它的功率却占整个调幅载波本身并不包含信号,但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。波功率的绝大部分。从调幅波的频谱图可知,唯有它的上、下边带分量从调幅波的频谱图可知,唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构,而载波分量仅是起才实际地反映调制信号的频谱结构,而载波分量仅是起到频谱搬移的作用,不反映调制信号的变化规律。到频谱搬移的作用,不反映调制信号的变化规律。0第15页,共66页,编辑于2022年,星期三2、普通调幅波的特点、普通调幅波的特点普通调幅波中载波分量占有的功率较大,普通调幅波中载波分量占有的功率较大,而含有信息的上、下边频分
9、量占有的功率较而含有信息的上、下边频分量占有的功率较小。小。从能量观点看,普通调幅波进行传送,不从能量观点看,普通调幅波进行传送,不含信息的载波功率过大,是一种很大的浪费。含信息的载波功率过大,是一种很大的浪费。这是普通调幅波本身固有的。这是普通调幅波本身固有的。第16页,共66页,编辑于2022年,星期三双边带调幅的振幅,其包络随调制信号变化,双边带调幅的振幅,其包络随调制信号变化,但包络不能完全准确地反映调制信号变化规律。但包络不能完全准确地反映调制信号变化规律。双边带信号的载波相位在调制电压零交点突变双边带信号的载波相位在调制电压零交点突变 四、抑制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号四
10、、抑制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号1、抑制载波的双边带调幅波(、抑制载波的双边带调幅波(DSB)数学表示式数学表示式双边带调幅波的频谱双边带调幅波的频谱 波形特点波形特点即双边带调幅波的频带宽度双边带调幅波的频带宽度 第17页,共66页,编辑于2022年,星期三第18页,共66页,编辑于2022年,星期三2、单边带调幅波(、单边带调幅波(SSB)单频调制的单边带调幅波的频谱为单频调制的单边带调幅波的频谱为频谱频谱数学表示式数学表示式 特点特点 频带只有双边带调幅波的一半,其频带利用率高。全频带只有双边带调幅波的一半,其频带利用率高。全部功率都含有信息,功率有效利用率高。部功率都含有信息
11、,功率有效利用率高。频带宽度频带宽度第19页,共66页,编辑于2022年,星期三电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号单边带信号波形图波形图频谱图频谱图信号信号带宽带宽 三种振幅调制信号三种振幅调制信号第20页,共66页,编辑于2022年,星期三五、振幅调制电路的功能五、振幅调制电路的功能1、振幅调制电路的功能、振幅调制电路的功能是将输入的调制信号和载波信是将输入的调制信号和载波信号通过电路变换成高频调幅信号通过电路变换成高频调幅信号输出。号输出。2、功能的表示、功能的表示当载波为当载波为 调制信号为调制信号为时,三种振幅调制电路的功能时
12、,三种振幅调制电路的功能可以用频谱表示,如右图所示。可以用频谱表示,如右图所示。第21页,共66页,编辑于2022年,星期三六、振幅调制电路的分类及要求六、振幅调制电路的分类及要求1、分类:、分类:分低电平调幅和高电平调幅两大类分低电平调幅和高电平调幅两大类2、要求、要求低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制,低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制,输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的线性,减小不需要的频率分量的产生和提高滤的线性,减小不需要的频率分量的产生和提高滤波性能。波性能。高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要高电平调幅是直接产生满足
13、发射机输出功率要求的已调波。利用丙类高功放改变来实现调幅。求的已调波。利用丙类高功放改变来实现调幅。其优点是效率高。设计时必须兼顾输出功率、效其优点是效率高。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。率和调制线性的要求。第22页,共66页,编辑于2022年,星期三七、振幅调制电路的基本组成七、振幅调制电路的基本组成调幅电路需要产生新的频率分量调幅电路需要产生新的频率分量非线性器件是主要器件,其特性必须含有载波信非线性器件是主要器件,其特性必须含有载波信号和调制信号的乘积项。号和调制信号的乘积项。一般来说,振幅调制电路由输入回路、非线性器件和一般来说,振幅调制电路由输入回路、非线性器件和带通
14、滤波器三部分组成。带通滤波器三部分组成。输入回路的作用是将载波信号和调制信号直接耦合或输入回路的作用是将载波信号和调制信号直接耦合或相加后直接加到非线性器件上。非线性器件产生新的相加后直接加到非线性器件上。非线性器件产生新的频率分量。带通滤波器取出调幅波的频率成分,抑制频率分量。带通滤波器取出调幅波的频率成分,抑制不需要的频率成分。不需要的频率成分。第23页,共66页,编辑于2022年,星期三第二节第二节 低电平调幅电路低电平调幅电路一、单二极管开关状态调幅电路一、单二极管开关状态调幅电路 1、开关状态、开关状态 当二极管在两个不同频率电压下进行频率变换时,其中当二极管在两个不同频率电压下进行
15、频率变换时,其中一个电压振幅足够大,另一个电压振幅较小,二极管的一个电压振幅足够大,另一个电压振幅较小,二极管的导通或截止将完全受大振幅电压的控制,可以近似认为导通或截止将完全受大振幅电压的控制,可以近似认为二极管处于理想开关状态。二极管处于理想开关状态。第24页,共66页,编辑于2022年,星期三第二节第二节 低电平调幅电路低电平调幅电路2、电路原理、电路原理二极管的导通二极管的导通电阻电阻第25页,共66页,编辑于2022年,星期三经中心频率为经中心频率为 ,通频带略,通频带略大于大于 的带通滤波器取出的带通滤波器取出 的普通调幅波信号输出。的普通调幅波信号输出。流过二极管电流中含有流过二
16、极管电流中含有:直流、直流、3、通过带通滤波器选出调幅波、通过带通滤波器选出调幅波输出输出结论结论:单二极管开关状态调幅电路只能实现普通调幅波单二极管开关状态调幅电路只能实现普通调幅波(AM)第26页,共66页,编辑于2022年,星期三1、电路特点、电路特点图中变压器为理想变压器图中变压器为理想变压器:B1为为1:1;B2为为1:2 B3为为2:1载波信号载波信号 是大信号是大信号,调制信号调制信号 是小信号,是小信号,二极管二极管D1、D2均工作于受均工作于受uc(t)控制的开关状态。控制的开关状态。二、二极管平衡调幅电路二、二极管平衡调幅电路第27页,共66页,编辑于2022年,星期三2、
17、在无带通滤波器的条件下,流过二极管、在无带通滤波器的条件下,流过二极管D1、D2的电流为的电流为根据变压器根据变压器B3的同名端及假设的次级电流的流向。由于的同名端及假设的次级电流的流向。由于i1和和i2流过流过B3初初级方向相反,所以电流级方向相反,所以电流i为为第28页,共66页,编辑于2022年,星期三 由于由于i中包含中包含 ,等频率成分,等频率成分,经中心频率为经中心频率为 ,带宽略大于,带宽略大于 的带通滤波器取的带通滤波器取出出 的频率成分电流在负载的频率成分电流在负载 上建立双边带调上建立双边带调幅电压输出。幅电压输出。3、通过带通滤波器取出双边带调幅波、通过带通滤波器取出双边
18、带调幅波结论结论:双二极管开关状态调幅电路能实现平衡调双二极管开关状态调幅电路能实现平衡调幅幅,在负载上建立双边带调幅波的电压。在负载上建立双边带调幅波的电压。第29页,共66页,编辑于2022年,星期三多接了两只二极管多接了两只二极管D3和和D4,当当D1和和D2导通时,导通时,D3和和D4是截止的;是截止的;反之,反之,D1和和D2截止时,截止时,D3和和D4是导通的,即接入是导通的,即接入D3和和D4不影不影响响D1和和D2的工作。环形调制器可以看成是两个平衡调制器组的工作。环形调制器可以看成是两个平衡调制器组成。成。三、二极管环形调幅电路三、二极管环形调幅电路环形调制器环形调制器第30
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