模擬調(diào)幅與檢波電路（doc X頁）

1、目錄前言21.振幅調(diào)制與解調(diào)原理21.1普通調(diào)幅方式21.2雙邊帶調(diào)幅方式和單邊帶調(diào)幅方式52.調(diào)幅電路52.1普通調(diào)幅電路62.2 雙邊帶調(diào)制電路72.3 單邊帶調(diào)制電路73.檢波與檢波電路8小結(jié)10模擬調(diào)幅與檢波電路分析摘要:近年來，我國移動通信業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，己深入到社會生活的各個方面。面對移動用戶群的持續(xù)增長和新業(yè)務(wù)的層出不窮，移動通信體系要及時適應(yīng)甚至超前于市場需求的步伐。而作為移動通信的核心技術(shù)之一的調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實現(xiàn)高速高效的通信系統(tǒng)的重要保證。本論文主要是綜述現(xiàn)代通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)的基本技術(shù)和實現(xiàn)方法，并分別在時域和頻域討論振幅調(diào)制與解調(diào)的基本原理, 以及介紹分析有關(guān)電路組成。關(guān)鍵

2、詞：通信；調(diào)制；解調(diào)；電路 前言通信的主要目的是傳輸消息。消息的形式多種多樣，可以使符號、文字、語音、圖像等。各種不同消息可以分為兩類，即數(shù)字(離散)消息和模擬(連續(xù))消息。消息傳遞時，首先需要轉(zhuǎn)化成電信號。相應(yīng)電信號的形式也可分成兩類，即模擬信號和數(shù)字信號。同樣按新信道傳輸?shù)男盘栴愋停梢詫⑼ㄐ畔到y(tǒng)分成兩類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)中，常對消息進行兩種變換。首先，將消息便為原始電信號。由于原始電信號通常具有很低的頻率分量，一般不宜直接傳輸。第二種變換：將原始電信號(基帶信號)變?yōu)檫m合信道傳輸?shù)念l帶信號，在接收端再進行相反變換。這種變換和反變換通常稱為調(diào)制和解調(diào)。數(shù)字通信系統(tǒng)中

3、，雖然傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信息，但同樣少不了調(diào)制和解調(diào)(頻帶傳輸系統(tǒng))。可見，調(diào)制解調(diào)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中起著重要作用。調(diào)制的重要性體現(xiàn)在：將基帶信號變換成適合在信道中傳輸?shù)募赫{(diào)信號；實現(xiàn)信道的多路復用及改善系統(tǒng)抗噪聲性能。而解調(diào)的重要性體現(xiàn)在：如何從帶有噪聲干擾和畸變的信道輸出信號中，恢復還原原來基帶信號。1.振幅調(diào)制與解調(diào)原理 模擬調(diào)制系統(tǒng)中所采用的調(diào)制技術(shù)可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。最常用和最重要的調(diào)制方式使用正弦波作載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。幅度調(diào)制屬線性調(diào)制，已調(diào)信號的頻譜是基帶信號頻譜的平移及線性變換。已調(diào)信號有：調(diào)幅(am)、雙邊帶(dsb)、單邊帶(ssb)及殘留邊帶(vsb)。因此振幅調(diào)

4、制可分為普通調(diào)幅（am）、雙邊帶調(diào)幅(dsb-am)、單邊帶調(diào)幅(ssb-am)及殘留邊帶調(diào)幅(vsb-am)和正交調(diào)幅（qam）等方式。1.1普通調(diào)幅方式1. 普通調(diào)幅信號的數(shù)學表達式 普通調(diào)幅方式是用低頻調(diào)制信號去控制高頻正弦波（載波）的振幅，使其隨調(diào)制信號波形的變化而呈線性變化的。 設(shè)高頻載波的表達式為 調(diào)幅時，載波的頻率和相位不變，而振幅將隨著調(diào)制信號線性地變化。由于調(diào)制信號為零時調(diào)幅波的振幅應(yīng)等于載波振幅，則調(diào)幅波的振幅可寫作 式中，是一個與調(diào)幅電路有關(guān)的比例常數(shù)。因此，調(diào)幅波的數(shù)學表達式為 （1）輸入單頻調(diào)制信號： 且，則式中是受調(diào)后載波電壓振幅的最大變化量；稱為調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度，

5、它反映了載波振幅受調(diào)制信號控制的程度，與成正比。是高頻振蕩的振幅，它反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，稱為調(diào)幅波的包絡(luò)。在調(diào)制信號的一個周期內(nèi)，調(diào)制波的最大振幅，最小振幅，故有（2）輸入多頻調(diào)制信號 式中，則 2. 普通調(diào)幅信號的波形 如圖1所示，是的振幅，調(diào)幅波的包絡(luò)與調(diào)制信號的形狀完全一致，它反映調(diào)幅信號的包絡(luò)線的變化。由圖可見，在輸入調(diào)制信號的一個周期內(nèi)，調(diào)幅信號的最大振幅為，最小振幅為。 圖1 普通調(diào)幅電路的波形 圖2 過量調(diào)幅失真如果，則在某個時間間隔里，即。但是，由于振幅值恒大于零，故這時應(yīng)寫為圖2（a）給出了過量調(diào)制時的波形，由圖可以看出，此時其包絡(luò)已經(jīng)不能反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。而在實

6、際調(diào)幅器中，這段時間內(nèi)由于管子截止，使，即出現(xiàn)包絡(luò)部分中斷，如圖2（b）所示。顯然，時調(diào)幅波將產(chǎn)生失真，稱為過調(diào)幅失真，而稱為過調(diào)幅。因此，為了避免出現(xiàn)過調(diào)幅失真，應(yīng)使調(diào)幅系數(shù)。3.普通調(diào)幅信號的頻譜結(jié)構(gòu)和頻譜寬度若調(diào)制信號為單頻正弦信號，則上式表明，單頻正弦信號調(diào)制的調(diào)幅波是由三個頻率分量構(gòu)成的：第一項為載波分量；第二項的頻率為，稱為下邊頻分量，其振幅為1/2maum；第三項的頻率為，稱為上邊頻分量，其振幅為1/2maum。由此可畫出相應(yīng)的調(diào)幅波的頻譜，如圖3所示。由于，所以這三個頻率相距很近。由圖可以看出，上、下邊頻分量對稱地排列在載波分量的兩側(cè)。調(diào)幅波的頻譜寬度簡稱帶寬，用表示。顯然 圖

7、3 單頻信號調(diào)制時的頻譜 若調(diào)制信號為多頻信號，則 上式表明，多頻信號調(diào)制的調(diào)幅波的頻譜是由載波分量和n對對稱于載波分量的邊頻分量組成，這些邊頻分量組成兩個頻帶，其中頻率范圍為稱為上邊帶，稱為下邊帶，如圖4所示。圖4 多頻信號調(diào)制時的頻譜可見，上、下邊帶也對稱地排列在載波分量的兩側(cè)。由于最低調(diào)制頻率，最高調(diào)制頻率，故調(diào)幅波帶寬 因此，調(diào)幅電路的作用是在時域?qū)崿F(xiàn)和相乘，反映在波形上就是將不失真地搬移到高頻振蕩的振幅上，而在頻域則將的頻譜不失真地搬移到得兩邊。 1.2雙邊帶調(diào)幅方式和單邊帶調(diào)幅方式載波不包含待傳輸?shù)恼{(diào)制信號，而所要傳輸?shù)男盘枺ㄕ{(diào)制信號）只存在于邊頻功率中，因此從傳輸信息的角度看，調(diào)

8、幅波平均功率中真正有用的是邊頻功率，載波功率是沒有用的。當時，在中所占的比例最大，這時；而當時，。因此，有用的邊頻功率占整個調(diào)幅波平均功率的比例很小，發(fā)射極的效率很低。為了克服調(diào)幅波的上述缺點，在調(diào)幅系統(tǒng)中還采用了抑制載波的雙邊帶調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅。（1）雙邊帶調(diào)幅（dsb）既然載波分量不包含任何信息，又占整個調(diào)幅波平均功率的很大比重，因此在傳輸前把它抑制掉，就可以在不影響傳輸信息的條件下，大大節(jié)省發(fā)射機的發(fā)射功率。這種僅傳輸兩個邊帶的調(diào)幅方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，簡稱雙邊帶調(diào)幅，用dsb表示。單頻調(diào)制時雙邊帶調(diào)幅信號的數(shù)學表達式：多頻調(diào)制時雙邊帶調(diào)幅信號的數(shù)學表達式：雙邊帶調(diào)制仍為頻譜搬移

9、電路，其帶寬仍為。（2） 單邊帶調(diào)幅（ssb） 雙邊帶調(diào)幅信號的上邊帶或下邊帶都包含了調(diào)制信號的全部信息。因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜?，還可以進一步把其中的一個邊帶抑制掉。這種僅傳輸一個邊帶（上邊帶或下邊帶）的調(diào)幅方式稱為抑制載波的單邊帶調(diào)幅，簡稱單邊帶調(diào)幅，用ssb表示。 當調(diào)制信號為單頻時，單邊帶調(diào)幅信號的數(shù)學表達式： （上邊頻）或 （下邊頻） 當調(diào)制信號為多頻時，單邊帶調(diào)幅信號的數(shù)學表達式： （上邊帶）或 （下邊帶）單邊帶調(diào)制仍為頻譜搬移電路，其帶寬。單邊帶調(diào)制把am或dsb信號的帶寬壓縮一半，這對于提高短波波段的頻帶利用率具有重大現(xiàn)實意義。 2.調(diào)幅電路2.1普通調(diào)幅電路xy- a+ r

10、rr1. 模擬乘法器調(diào)幅電路由模擬乘法器和集成運放組成的普通調(diào)幅電路如圖5所示。 圖中，乘法器的輸出電壓，集成運放構(gòu)成相加器。若為單頻信號，為載波信號，則輸出電壓 圖5模擬乘法器普通調(diào)幅電路式中，。為保證不失真，要求。顯然，該電路的輸出信號為普通的調(diào)幅波。2.二極管平方律調(diào)幅電路 由于非線性器件具有相乘作用，因此可以用它構(gòu)成調(diào)幅電路，如圖6所示為二極管構(gòu)成的普通調(diào)幅電路。 圖6二極管平方律調(diào)幅電路原理圖其中，u為偏置電壓，使二極管的靜態(tài)工作點位于特性曲線的非線性較嚴重的區(qū)域；調(diào)制信號和載波相加后再和u疊加；l、c組成中心頻率為的帶通濾波器。若忽略輸出電壓的反作用，則二極管兩端電壓 則流過二極管

11、的電流 上式含有無限多個頻率成分，其一般表達式為：。該組合頻率中含有、的頻率成分，被中心頻率為、通帶寬度為的帶通濾波器選出，其它頻率被濾掉，則為普通調(diào)幅波。設(shè)l、c諧振回路的諧振電阻為，且的冪級數(shù)只取前三項，則 式中，。為了實現(xiàn)平方律調(diào)幅，器件必須工作在甲類非線性狀態(tài)，因此效率不高。2.2 雙邊帶調(diào)制電路1.二極管平衡調(diào)幅器 二極管平衡調(diào)幅器如圖7所示 圖7 二極管平衡調(diào)幅器其中、為兩個特性相同的二極管，從r兩端輸出，滿足。平衡調(diào)幅器可以看作是兩個平方律調(diào)幅器連接而成。 由此式可知，輸出中沒有載波分量。若用中心頻率為、通帶寬度為的帶通濾波器接在輸出端，則得到的只有的上、下邊頻分量，實現(xiàn)了雙邊帶

12、調(diào)幅。2.二極管環(huán)形調(diào)幅器二極管環(huán)形調(diào)幅器如圖8所示。圖中，4個特性相同的二極管首尾相接，組成一個環(huán)路，故稱為環(huán)形調(diào)幅器。環(huán)形調(diào)幅器與平衡調(diào)幅器相比，只多了兩個二極管，因此其工作原理大致相同，這里不再詳細介紹。 圖8 二極管環(huán)形調(diào)幅器2.3 單邊帶調(diào)制電路 由于雙邊帶調(diào)幅信號上、下邊帶都含有調(diào)制信號的全部信息，為節(jié)省發(fā)射功率，減小頻譜寬度只發(fā)射一個邊帶，這種只傳輸一個邊帶的調(diào)幅方式稱為單邊帶調(diào)幅，用ssb表示。1、濾波法單邊帶調(diào)制電路 圖9 濾波法單邊帶調(diào)幅器原理電路通過帶通濾波器濾除dsb 信號中的一個邊帶，就可以獲得ssb 信號，其原理圖如圖9所示?；驗V除法的關(guān)鍵是帶通濾波器。2. 相移法

13、單邊帶調(diào)制電路如圖10 相移法的關(guān)鍵是移相器，要求精確移相90且幅頻特性為常數(shù)。 圖10 相移法單邊帶調(diào)制電路原理圖 3.檢波與檢波電路 振幅解調(diào)(又稱檢波)是振幅調(diào)制的逆過程。它的作用是從已調(diào)制的高頻振蕩中恢復出原來的調(diào)制信號。從頻譜上看，檢波就是將幅度調(diào)制波中的邊帶信號不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近,因此，檢波器也屬于頻譜搬移電路。1.同步檢波器 同步檢波器又稱為相干檢波器，常由模擬乘法器和低通濾波器lpf組成。因此這種電路有時也稱為模擬相乘檢波器，其原理圖如圖11所示。xylpf 圖11 同步檢波器原理圖 設(shè)為單頻正弦信號調(diào)制的調(diào)幅波，而同步電壓。 （1）為普通調(diào)幅波則乘法器的輸

14、出電壓為 可見，中含有0、頻率分量，經(jīng)過lpf濾去、分量，再阻隔直流后，就得到式中，?？梢?，已恢復出了原調(diào)制信號。檢波器的傳輸系數(shù) （2）為雙邊帶調(diào)幅信號 若，分析得到，與的表達式與普通調(diào)幅波相同： （3）為單邊帶調(diào)幅信號 設(shè)為上邊帶調(diào)幅信號，即則檢波器的輸出為式中，。檢波器的電壓傳輸系數(shù)為 綜上所述，同步檢波器可用于各種調(diào)幅信號的檢波。用模擬乘法器f1596組成的同步檢波器如圖12所示。圖12 f1596組成的同步檢波器2.大信號包絡(luò)檢波 對于普通調(diào)幅波，可用包絡(luò)檢波器進行檢波。目前應(yīng)用最廣的是二極管包絡(luò)檢波器，其電路如圖13所示。圖13 二極管包絡(luò)檢波器 （1）輸入信號為高頻等幅信號設(shè)，且

15、c上沒有初始存儲電荷，即時，。這時，檢波電路的分析與半波整流、電容濾波電路的分析相似，即時，二極管導通，c被充電；時二極管截止，c放電。由于放電時間常數(shù)遠遠大于充電時間常數(shù)，因此充電快、放電慢，在很短的時間內(nèi)疚達到充放電的動態(tài)平衡。此后，便在平均值上下按頻率做鋸齒狀的小波動。如果放掉的電荷很少，則的鋸齒狀波動很小，一般可以忽略，的波形近似是的包絡(luò)。 （2）輸入信號為單頻調(diào)幅波設(shè)，此時檢波的過程與高頻等幅波輸入是很相似，不過隨著的幅度的增大或減小，也作相應(yīng)的變化。因此，將是與調(diào)幅波包絡(luò)相似的有鋸齒狀波動的電壓，忽略很短的過渡過程后，的波形如圖14所示。在一定條件下，的小鋸齒波動可以忽略，其波形就近似為的包絡(luò)。 圖14 輸入信號時的電壓波形為單頻調(diào)幅波小結(jié) 本論文主要研究和分析了振幅調(diào)制與解調(diào)，分析和探討了am波、dsb波、ssb波的產(chǎn)生以及解調(diào)。雖然各類調(diào)制方式都有其優(yōu)點和局限性，但它們始終都是圍繞通信的三項重要指標一有效性、可靠性和安全性進行不斷的優(yōu)化和改進的，在移動通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。移動通信己成為通信領(lǐng)域中