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1、第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调第第5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 5.1 概述概述5.2 振幅调制信号分析振幅调制信号分析5.3 振幅调制方法振幅调制方法5.4 振幅调制电路振幅调制电路5.5 振幅解调方法振幅解调方法5.6 振幅解调电路振幅解调电路第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调5.1 5.1 概述概述 5.1.1 5.1.1 连续波模拟调制连续波模拟调制 连续波模拟调制的载波是连续的等幅高频正弦波，用uC表示 uC=UCmcos(Ct+)将调制信号u寄载在载波上的方法有三种：振幅调制振幅调制，简称调幅调幅(AM)。频率调制频率调制，简称调频调频(FM)。相位
2、调制相位调制，简称调相调相(PM)。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.1 载波、调制信号和已调波的波形 (a)载波；(b)调制信号；(c)已调波 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.2 调频波波形图 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 5.1.2 5.1.2 脉冲调制脉冲调制 脉冲调制的载波是脉冲序列信号。它又分成两种，一种是脉冲模拟调制，另一种是脉冲数字调制。脉冲模拟调制是利用脉冲序列信号对调制信号进行采样，得到一个时间上离散的调制信号；之后用各离散时刻调制信号的采样值去控制脉冲序列信号的参量。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.3 各种
3、脉冲模拟调制波形 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 由于描述一个脉冲序列信号的基本参量有脉冲幅度、脉冲宽度和相邻脉冲的间隔，因此，脉冲模拟调制又可分成为脉冲幅度调制(PAM)、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲相位调制(PPM)、脉冲频率调制(PFM)。它们分别如图5.3所示。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.3 各种脉冲模拟调制波形 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 脉冲数字调制简称PCM调制。这种调制方式的系统框图如图5.4所示。由图可见，这种调制方式是将时间上和取值上都是连续的模拟信号经过采样变成时间上离散的信号；再通过量化变成取值上离散的数字信号。对这
4、种数字信号进行编码处理就变成脉冲数字调制信号，把这种脉冲数字序列信号简称为PCM信号。通过信道传输，在接收端通过解码和重现滤波器，恢复形成原来的模拟调制信号。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.4 脉冲数字调制系统框图第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 脉冲调制信号的传输方式有两种。一种是直接将脉冲调制信号送入信道进行传输，这种方式叫基基带带传传输输。这种传输方式适用于短距离通信。另一种是载波传输载波传输。载波传输是两次调制方式。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调5.2 5.2 振幅调制信号分析振幅调制信号分析 5.2.1 普通调幅波(AM)为了便于分析，首先
5、假设调制信号是一个单一频率的余弦信号u=Umcost。载波uC=UCmcosCt，载波的角频率c。普通调幅波的表示式为 uAM=Um0(1+macost)cosCt(5.2-1)其中 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 K为比例常数，ma为调幅度。普通调幅波时域波形如5.1所示。由图可见，已调波振幅变化的包络与调制信号的变化规律相同，这就说明调制信号已被寄载在已调波的幅度上了。调幅度ma通常都小于1，最大等于1。若ma大于1，已调波振幅变化的包络就不同于调制信号，这是不允许的。根据式(5.21)可以画出形成普通调幅波的框图，如图5.5所示。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调
6、图5.1 载波、调制信号和已调波的波形 (a)载波；(b)调制信号；(c)已调波 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调AM波波形第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 把普通调幅波的表示式展开，可以得到普通调幅波的各个频谱分量。式(5.21)的展开式为 上式中包含有三个频率成分，即载波频率C、载波与调制信号的和频C+、差频C-。调制信号u、载波uC和已调波uAM的频谱如图5.6所示。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.6 AM调制的频谱关系第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 普通调幅波中各个频率成分所占有的能量大小可根据帕塞瓦尔公式求得。已调波UAM在单位
7、电阻上消耗的平均功率Pav应当等于各个频率成分所消耗的平均功率之和，即等于载波功率PC和边频功率PSB之和(5.22)(5.23)载波功率 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 边带功率PSB等于上边频功率PSB上与下边频功率PSB下之和。PSB上与PSB下相等，且(5.24)(5.25)边频功率等于 所以，已调波在单位电阻上消耗的平均功率(5.26)第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.5 普通调幅波形成框图实现方法：第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 上面分析的调制信号u是单一频率的信号，实际上调制信号都是由多频率成分组成的。如语音信号的频率主要集中在3003
8、400Hz范围，所以广播电台播送这样的语音信号，已调波的带宽等于6800Hz，相邻两个电台载波频率的间隔必须大于6800Hz，通常取为10kHz。多频调制情况下，调制信号的通用表示式为(5.27)第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 其中，f(t)是u归一化的变化规律表示式，A是幅值。相应的已调波uAM时域波形如图5.7所示，其频谱如图5.8所示。由于调制信号占有一定的频带，所以载波频率两边的频谱分别叫做上边带和下边带。已调波的带宽BAM=2max。上、下边带包含的信息是相同的，从信息传送的角度出发，只传送一个边带信息就可以了。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.7 多频
9、调制的AM调幅波 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.8 多频调制M信号频谱第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调性能特点：性能特点：1、抗干扰能力差。2、频谱和功率利用率低。3、解调简单。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 5.2.2 5.2.2 双边带调制双边带调制(DSB)(DSB)双边带调制是仅传送上、下边带而抑制载波的一种调制方式。双边带信号可以直接通过调制信号与载波信号相乘的方法得到，如图5.9所示。双边带信号的表示式为 uDSB=KuuC (5.28)K为常数。uDSB的时域波形如图5.10所示，频谱如图5.11所示。由此两图可见，双边带信号时域波形
10、的包络不同于调制信号的变化规律。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.9 DSB信号形成框图第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.10 DSB调制信号波形图 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 图5.11 DSB调制信号的频谱第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 5.2.3 5.2.3 单边带调制单边带调制(SSB)(SSB)单边带调制是仅传送一个边带的调制方法。只传送上边带信号叫上边带调制，只传送下边带信号叫下边带调制。若调制信号为单一频率信号时，上边带调制信号表达式为 uSSB(t)=Um0cos(C+)t (5.29)下边带调制信号表达式为 uS
11、SB(t)=Um0cos(C-)t (5.210)第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 时域波形和频域的频谱分别如图5.12和5.13所示。从图中可看出，单边带信号的包络不再反映调制信号的变化规律，但与调制信号幅度的包络形状相同。单边带信号的频率随调制信号频率的不同而不同，也就是说，调制信号频率信息已寄载到已调波的频率之中了。因此可以说单边带调制是振幅和频率都随调制信号改变的调制方式，所以它的抗干扰性能优于AM调制。第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.12 单频调制SSB信号波形图 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.13 单频调制SSB信号的频谱第第5 5
12、章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 单边带信号的产生方法有两种。一种是滤波法，如图5.14所示。这种方法首先是将载波信号与调制信号相乘，之后用带通滤波器取出一个边带，抑制掉另一个边带。这种方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，实现起来就越困难。因此往往要在载频比较低的情况下经过几次滤波取出单边带信号。之后再将载波频率提高到要求的数值。另一种方法叫相移法。这种方法可以直接由单边带信号的表示式得到，如单一频率调制的下边带信号的展开式为第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.14 滤波法框图 第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 第一项是载波与调制信号相乘项，第二项是调制信号的正交信号与载波的正交信号的乘积项，两项相加得下边带信号，如图5.15所示。当调制信号u(t)=Af(t)时，单边带信号的表示式可以写成(5.211)第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.15 相移法框图第第5 5章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图5.16 残留边带调制的频谱