振幅調制解調與混頻PPT學習教案

1、會計學1振幅調制解調與混頻振幅調制解調與混頻將要傳送的信息裝載到某一高頻將要傳送的信息裝載到某一高頻載頻信號上去的過程。載頻信號上去的過程。高頻振蕩高頻放大話筒聲音緩沖發(fā)射 天線倍頻調制音頻放大1.定義定義第2頁/共119頁2. 調制的原因調制的原因4從切實可行的天線出發(fā)從切實可行的天線出發(fā)為使天線能有效地發(fā)送和接收電磁波，天線的幾為使天線能有效地發(fā)送和接收電磁波，天線的幾何尺寸必須和信號波長相比擬，一般不宜短于何尺寸必須和信號波長相比擬，一般不宜短于1/4波長。波長。音頻信號音頻信號: 20Hz20kHz 波長：波長：15 15000 km天線長度天線長度: 3.75 3750km第3頁/共

2、119頁2. 調制的原因調制的原因4便于不同電臺相同頻段基帶信號的同時接收便于不同電臺相同頻段基帶信號的同時接收頻譜搬移頻譜搬移1c2c第4頁/共119頁2. 調制的原因調制的原因4可實現(xiàn)的回路帶寬可實現(xiàn)的回路帶寬基帶信號特點：頻率變化范圍很大?；鶐盘柼攸c：頻率變化范圍很大。QfBW0高頻窄帶信號高頻窄帶信號頻譜搬移頻譜搬移低頻（音頻）低頻（音頻）: 20Hz20kHz1000minmaxff高頻（射頻）高頻（射頻）:3minmaxffAM廣播信號廣播信號:535 1605kHz，BW=20kHz501k1000k200fBW2k10k200fBWlowhigh2020k10k1000k10

3、0k第5頁/共119頁3. 調制的方式和分類調制的方式和分類調幅調幅調相調相調制調制連續(xù)波調制連續(xù)波調制脈沖波調制脈沖波調制脈寬調制脈寬調制振幅調制振幅調制編碼調制編碼調制調頻調頻脈位調制脈位調制第6頁/共119頁End4. 調幅的方法調幅的方法平方律調幅平方律調幅斬波調幅斬波調幅調幅方法調幅方法低電平調幅低電平調幅高電平調幅高電平調幅集電極調幅集電極調幅基極調幅基極調幅第7頁/共119頁從振幅受調制的高頻信號中從振幅受調制的高頻信號中還原出原調制的信號。還原出原調制的信號。1.定義定義 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fo fs = fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F

4、第8頁/共119頁第9頁/共119頁第10頁/共119頁2. 組成組成第11頁/共119頁End3. 檢波的分類檢波的分類二極管檢波器二極管檢波器三極管檢波器三極管檢波器檢波檢波器件器件信號大小信號大小小信號檢波器小信號檢波器大信號檢波器大信號檢波器工作特點工作特點包絡檢波器包絡檢波器同步檢波器同步檢波器第12頁/共119頁 調制：用調制信號去控制載波某個參數(shù)（幅度、頻率、相位）的過程6.1 振幅調制 解調：是調制的逆過程，是將載于高頻振蕩信號上的調制信號恢復出來的過程 載波：未受調制的高頻振蕩信號，周期信號 調制信號：由原始消息轉變成的低頻或視頻信號 已調信號：受調制后的振蕩波，具有調制信號

5、的特征第13頁/共119頁 振幅調制：由調制信號去控制載波的振幅，使高頻振蕩的振幅與調制信號成線性關系，而其它參數(shù)不變 普通調幅AM:Amplitude Modulation 抑制載波的雙邊帶調制DSB-SC：Double SideBand Suppressed carrier 抑制載波的單邊帶調制SSB-SC Single SideBand Suppressed carrier第14頁/共119頁coscosCCcuUtuUt調制信號為單頻余弦波 載波 6.1.16.1.1振幅調制信號分析振幅調制信號分析 1. AM調幅波coscosCCcuUtuUt tUUtUCCm已調信號振幅 tUkU

6、aCcostUUkUCaCcos1tmUCcos1調制靈敏度調制度已調信號 ttUtucmAMcosttmUcCcoscos11)數(shù)學表達式第15頁/共119頁調制信號為連續(xù)頻譜信號 載波 coscosCCcuUtuUt ttmfUtucCAMcos1 tfu 已調信號11( )cos()( )1cos()cosnnnnAMCnnncnf tUtutUUtt11( )cos()( )1cos()cosnnnnAMCnnncnf tUtutUUtt ttUUkUtucCaCAMcoscos1第16頁/共119頁2）調幅波波形調制信號為單頻余弦波 tuAMttmUcCcoscos1Um0u(t)t

7、Ucmuc(t)uAM(t)UmaxUminUcm0包 絡tt0c00ccc(a)(b)0uAM(t)0t調制度調制度m1第17頁/共119頁11( )cos()( )1cos()cosnnnnAMCnnncnf tUtutUUtt調制信號為連續(xù)頻譜信號u(t)cmaxcmax0ttmaxminuAM(t)0ccmincminBW第18頁/共119頁關于關于信號與頻譜信號與頻譜tVtvcos)( tVtvccmccos)( tnVtvnnn cos)(m1max信號信號表達式表達式波波 形形單音調制波單音調制波載載 波波復音調制波復音調制波頻頻 譜譜第19頁/共119頁3）調幅波的頻譜 tuA

8、MttmUcCcoscos1U0F(a)fUc0(b)ffc10(c)ffcfc Ffc F2Fm/2m/2tUmtUmtUcCcCcC)cos(2)cos(2cos調幅過程實際是頻譜搬移過程，即將調制信號的頻譜搬移到載波附近，成為對稱排列的在載波頻率兩側的上下邊頻，幅度等于mUC/2帶寬為2F第20頁/共119頁11( )cos()( )1cos()cosnnnnAMCnnncnf tUtutUUttu(t)cmaxcmax0ttmaxminuAM(t)0ccmincminBW帶寬為2maxu(t)cmaxcmax0ttmaxminuAM(t)0ccmincminBW第21頁/共119頁uA

9、Mucu常數(shù)(a)uAMucu(b)4）產生原理框圖tUtUUkcCCacoscos1uAMucu ttmUtucCAMcoscos1tUtUktUcCacCcoscoscos第22頁/共119頁載波功率 上、下邊頻功率 邊頻功率最多占總輸出功率的1/3(當100%調制時，m=1)，即調幅波中至少有2/3的功率不含信息5）調幅波的功率在負載電阻RL上消耗的功率 tuAMttmUcCcoscos12222221221( )1(1cos)22(1cos)CCccLLAMcCLLcuUPdtRRutPdtUmtRRPmt2222221221( )1(1cos)22(1cos)CCccLLAMcCLL

10、cuUPdtRRutPdtUmtRRPmt2L2R21CmUP邊頻CCPmUm4R242L2AM信號平均功率 2122mPPPPCCav邊頻AM已調信號的包絡反映調制信號的變化規(guī)律 發(fā)射機的功率利用率不高6）AM調制的特點第23頁/共119頁2. 雙邊帶信號coscosCCcuUtuUt調制信號為單頻余弦波 1)數(shù)學表達式tUmtUmucCcCDSB)cos(2)cos(2ttmUcCcoscos調制信號為連續(xù)頻譜信號 tfu cDSButkfu第24頁/共119頁2）DSB波形u0(a)uCtuDSB(t)0t(b)(c)t001800U(t) U cost0coscoscos0coscos

11、costttUtttUuccDSBDSB波形在調制信號過零點處出現(xiàn)有180度的相位變化 DSB信號的包絡已不再反映調制信號的變化規(guī)律ttmUucCDSBcoscos調幅調相波調幅調相波第25頁/共119頁3）DSB的頻譜帶寬為2(a)(b)u(t)uc(t)0uDSB(t)00ttt000ccc第26頁/共119頁4）DSB的功率AM信號平均功率 CavPmPP222邊頻5）DSB的原理框圖uDSBucu6）DSB的主要特點由于抑制了載波成分，大大節(jié)省了發(fā)射機的發(fā)生功率包絡已不再反映調制信號的變化規(guī)律ttmUucCDSBcoscos第27頁/共119頁抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅(DS

12、B-SC)(DSB-SC)為了提高調幅信號的效率，就得抑制掉已調波中的載波分量。要抑制掉AM信號中的載波，只需在圖普通調幅中將直流分量A取掉，得到抑制載波的雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號(DSB)。 DSB信號的時域表示為 ttxtscDSBcos)()(當調制信號x(t)為確知信號時，DSB信號的頻譜為 2)(2)()(ccDSBXXs(2-9) (2- 8) 第28頁/共119頁圖 DSB信號的波形和頻譜(a) 調制信號； (b) 載波信號； (c) 已調波信號 第29頁/共119頁3. 單邊帶信號coscosCCcuUtuUt調制信號為單頻余弦波 1)數(shù)學表達式tUtUmuccCSSB)co

13、s()cos(2調制信號為連續(xù)頻譜信號 tftUtUmuccCSSB)cos()cos(2ttUttUuccSSBsinsincoscosttUttUuccSSBsinsincoscos ttfttfuccSSBsincos第30頁/共119頁已調信號2）SSB波形tUtUmuccCSSB)cos()cos(2tUtUmuccCSSB)cos()cos(2uSSB(t)0tfcFUuSSB(t)0tfc FUuSSB( t )0tfc FU第31頁/共119頁0F(a)f0(b)ffcfc F0(c)f3）SSB的頻譜第32頁/共119頁tUtUmuccCSSB)cos()cos(2tUtUm

14、uccCSSB)cos()cos(2uSSB(t)0tfcFUuSSB(t)0tfc FUuSSB( t )0tfc FU調頻！調頻！調幅？調幅？第33頁/共119頁12212121212121( )coscos112cos()cos()2211cos()cos() cos2211cos()cos()222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt 12212121212121( )coscos112cos()cos()2211cos()cos() cos2211cos()cos()222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt 12212121212121( )co

15、scos112cos()cos()2211cos()cos() cos2211cos()cos()222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt 12212121212121( )coscos112cos()cos()2211cos()cos() cos2211cos()cos()222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt 121cos()cos()424SSBccUUutt121cos()cos()424SSBccUUutt雙邊帶信號tttUuccDSB)(21cos)(21cos21cos2121212第34頁/共119頁u0(a)t12(21)12(12)

16、12(12)c12(21)t0uSSB(t)(b)SSB信號頻譜(c)等幅雙音調制信號頻譜ff00F1F2fc F1fc F2u0(a)t12(21)12(12)12(12)c12(21)t0uSSB(t)(b)SSB信號頻譜(c)等幅雙音調制信號頻譜ff00F1F2fc F1fc F212212121212121( )coscos112cos()cos()2211cos()cos() cos2211cos()cos()222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt 調幅調頻波調幅調頻波第35頁/共119頁0(a)cFDSB()cmcmF(c)2F(c)2ccmcm0(b)FSS

17、BU()cm0(c)FSSBL()cmcmcm帶寬為2m第36頁/共119頁4）SSB的功率AM信號平均功率 CavPmPP42邊頻5）SSB的原理框圖6）SSB的主要特點節(jié)省發(fā)射機的發(fā)生功率單邊帶已調信號的頻譜寬度被壓縮一般，帶寬利用率高uDSBucuf (t)H(j)f (t)100()H(j)22SSBuDSBu第37頁/共119頁4 模擬調制方式的性能比較模擬調制方式的性能比較 通過前面的分析，我們已經(jīng)了解和掌握了各種調制方式的特點和性能， 現(xiàn)從幾個方面綜合比較一下各自性能，如表6-1 所示。 第38頁/共119頁表表6 - 模擬調制方式的性能比較模擬調制方式的性能比較 第39頁/共1

18、19頁 總的來講，各調制方式抗噪聲性能關系是，SSB、DSB、VSB的抗噪聲性能較好，AM抗噪聲性能最差。 SSB信號的帶寬最窄，抗噪聲性能也較好，頻帶利用率最高，在短波無線電通信及頻分多路復用中應用較廣。 第40頁/共119頁 AM信號呈現(xiàn)抗噪聲性能最差，但它的電路實現(xiàn)是最簡單的，因而用于通信質量要求不高的場合，主要用在中波和短波的調幅廣播中。 DSB信號的優(yōu)點是功率利用率高，但帶寬與AM相同，接收要求同頻解調，設備較復雜，可用于點對點的專用通信中。 VSB調制部分抑制了發(fā)送邊帶，頻帶利用率較高，對包含有低頻和直流分量的基帶信號特別適合，因此，在商用電視廣播、 數(shù)傳、 傳真等系統(tǒng)中得到應用。

19、 第41頁/共119頁6.1.2 6.1.2 振幅調制電路振幅調制電路 1.AM1.AM調制電路調制電路高電平調制高電平調制功放和調制合二為一，調制后功放和調制合二為一，調制后不需再放大不需再放大 主要用于形成主要用于形成AM信號信號低電平調制低電平調制功放和調制分開，調制后功放和調制分開，調制后需放大需放大 主要用于形成主要用于形成 AM 、DSB、SSB信號信號1)1)高電平調制高電平調制高頻功放的高頻功放的調制特性調制特性基極調幅、集電極調幅、集電極基極調幅、集電極調幅、集電極-基極基極(或發(fā)射極或發(fā)射極)組合調幅。組合調幅。基本思想：基本思想：通過改變功放晶體管的某一電極的直流電壓以控

20、制集電極高頻電流的振幅通過改變功放晶體管的某一電極的直流電壓以控制集電極高頻電流的振幅第42頁/共119頁集電極調幅集電極調幅功放工作在功放工作在過壓狀態(tài)過壓狀態(tài)，集電極電流的基波分量，集電極電流的基波分量振幅振幅Ic1與集電極偏置電壓與集電極偏置電壓Ec成線性關系成線性關系集電極調制特性集電極調制特性第43頁/共119頁集電極調幅電路：集電極調幅電路：第44頁/共119頁基極調幅基極調幅基極調制特性基極調制特性功放工作在功放工作在欠壓狀態(tài)欠壓狀態(tài)，集電極電流的基波分量振幅，集電極電流的基波分量振幅Ic1與集電極偏置電壓與集電極偏置電壓Eb成線性關系成線性關系第45頁/共119頁第46頁/共1

21、19頁2) 2) 低電平調制低電平調制（1 1）二極管電路）二極管電路單二極管電路、平衡二極管電路單二極管電路、平衡二極管電路單二極管電路：單二極管電路：集電極濾波回路：中心頻率為集電極濾波回路：中心頻率為wc，帶寬為，帶寬為22( )()DDDDig t ug Kt u第47頁/共119頁tUgtUtttgiccDcccDDcoscos5cos543cos34cos4 tURgttURguccLDcLDocoscoscos4二極管平衡電路：二極管平衡電路：集電極濾波回路：中心頻率為集電極濾波回路：中心頻率為wc，帶寬為，帶寬為2若將若將uC加至加至u1，u加到加到u2：cDDuutKgi)(

22、2濾波后的輸出電壓：濾波后的輸出電壓：第48頁/共119頁0(1)tanh()2BAoeTuuiIEV若將若將uC加至加至uA，u加到加到uB：m=U/Ee，x=UCVT集電極濾波回路：中心頻率為集電極濾波回路：中心頻率為fc，帶寬為，帶寬為2F，諧振阻抗為，諧振阻抗為RL, 01( )(1cos)cosoLcuI Rxmtt濾波后的輸出電壓：濾波后的輸出電壓：單差分對：單差分對：第49頁/共119頁差分對差分對AMAM調制器的輸出波形：調制器的輸出波形：01( )(1cos)cosoLcuI Rxmtt0tu載波信號載波信號第50頁/共119頁雙差分對電路：雙差分對電路：利用模擬乘法器產生利

23、用模擬乘法器產生AMAM信號信號UA，UBUs ， m1=Urcosct第87頁/共119頁檢波輸出：檢波輸出：平衡同步檢波電路平衡同步檢波電路 減小輸出電壓的非線性失真減小輸出電壓的非線性失真uo2=KdUr(1-mcost)上檢波器輸出：上檢波器輸出：下檢波器輸出：下檢波器輸出：則總的輸出：則總的輸出：uo=uo1-uo2=2KdUrmcost第88頁/共119頁3 3同步恢復載波的產生同步恢復載波的產生雙邊帶：雙邊帶：可從已調信號取出可從已調信號取出取平方：取平方：二分頻：二分頻：可獲同步信號可獲同步信號 c單邊帶單邊帶：（1）若發(fā)射導頻信號，可通過窄帶濾波器從接收信號中取若發(fā)射導頻信號

24、，可通過窄帶濾波器從接收信號中取 出，放大后作為出，放大后作為恢復載波恢復載波（2）若不發(fā)射導頻信號，接收端只能采用）若不發(fā)射導頻信號，接收端只能采用高穩(wěn)定度晶體振蕩高穩(wěn)定度晶體振蕩 器產生器產生指定的指定的恢復載波恢復載波AM波：波：通過限幅器去除包絡變化，得到等幅載波信號通過限幅器去除包絡變化，得到等幅載波信號ttuktucaScos)()(ttuktuacS2cos)()(222取取2w分量：分量：ttUkttuktuaa2cos12cos14cos)()(222222ccS第89頁/共119頁6.3.1 6.3.1 混頻的概述混頻的概述 1 1混頻器的功能混頻器的功能 在通信接收機中在

25、通信接收機中, , 將將不同載頻不同載頻的的高頻已調波高頻已調波信號變換為同一個信號變換為同一個固定載頻固定載頻( (中頻中頻) )的的高頻已調波信號高頻已調波信號, , 而保持其而保持其調制規(guī)律調制規(guī)律不變。不變。第90頁/共119頁無線通信接收設備：無線通信接收設備：初步初步選選擇放大擇放大主主選擇選擇放大放大 （1 1）混頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，）混頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大器的放大器的增益增益可做得可做得很高很高而不自激，電路工作穩(wěn)定；經(jīng)中頻放大后，輸入到檢波器而不自激，電路工作穩(wěn)定；經(jīng)中頻放大后，輸入到檢波器的信號可以達到伏特數(shù)量級，有助于提

26、高接收機的的信號可以達到伏特數(shù)量級，有助于提高接收機的靈敏度靈敏度。采用混頻器后，接收機的性能將得到提高：采用混頻器后，接收機的性能將得到提高： （2 2）接收機在很寬的頻率范圍內濾波性能不能做得很好，而對于某一）接收機在很寬的頻率范圍內濾波性能不能做得很好，而對于某一固定固定頻率選擇性頻率選擇性可以做得很好?？梢宰龅煤芎?。第91頁/共119頁fI=fL+fcfIfc 向向上上變頻，輸出變頻，輸出高中頻高中頻fI=fL- fc 或 fI=fC- fL第92頁/共119頁三種頻譜線性搬移功能比較：三種頻譜線性搬移功能比較：調制：調制：混頻：混頻： 解調：解調：高頻高頻已調波信號已調波信號搬移到搬

27、移到低頻段低頻段低頻低頻調制信號調制信號搬移到搬移到高頻段高頻段高頻高頻已調波信號已調波信號搬移到另一個搬移到另一個高頻段高頻段第93頁/共119頁超外差式廣播接收機中超外差式廣播接收機中: :中頻為中頻為465kHz的普通的普通調幅調幅信號信號載頻載頻535 kHz1605kHz中波中波波段各電臺普通波段各電臺普通調幅波調幅波載頻載頻88 MHz108MHz的各的各調頻調頻臺信號臺信號中頻為中頻為10.7MHz的的調頻調頻信號信號48.5MHz 958MHz各頻道信號各頻道信號中頻為中頻為38 MHz的的視頻視頻信號信號廣播電視接收機中：AM收音機:FM收音機:第94頁/共119頁2 2混頻

28、器的工作原理混頻器的工作原理已調信號已調信號us： us=Uscostcosct本振電壓本振電壓uL：uL=ULcosLt若取中頻若取中頻 fI=fL-fc或或 fI=fC- fL ，經(jīng)，經(jīng)帶通濾波器帶通濾波器取出所需邊帶，得取出所需邊帶，得中頻電壓：中頻電壓：組成框圖組成框圖 ：第95頁/共119頁頻域頻域混頻過程：混頻過程：FS()us的傅立葉變換的傅立葉變換 FL()uL的傅立葉變換的傅立葉變換本振為單一頻率信號，其頻譜為：本振為單一頻率信號，其頻譜為：輸入信號為己調波，則輸出頻譜輸入信號為己調波，則輸出頻譜Fo() ：)()(*)(21)(*)(21)(LLsLsoFFFF)()(21

29、LLFF第96頁/共119頁本振頻譜：本振頻譜：已調波頻譜：已調波頻譜：輸出中頻信號頻譜：輸出中頻信號頻譜：)()(21)(LLoFFF Fs()第97頁/共119頁按按本振電壓本振電壓提供方式不同分為兩種：提供方式不同分為兩種：混頻器、變頻器混頻器、變頻器混頻器混頻器：由：由單獨單獨的振蕩器提供的振蕩器提供本振電壓本振電壓變頻器變頻器本振本振和和混頻混頻功能由功能由一個非線性器件一個非線性器件完成完成六端六端網(wǎng)絡網(wǎng)絡四端四端網(wǎng)絡網(wǎng)絡第98頁/共119頁1 1晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 晶體三極管頻晶體三極管頻譜搬移電路譜搬移電路ui=usUsUs,大信號工作大信號工作第107頁/共11

30、9頁（1 1）單差分對混頻器線路：）單差分對混頻器線路： 3 3其它混頻電路其它混頻電路第108頁/共119頁TseLeeTseLeeoVuRuREVuRuREti22tanh)(TcseLLeeoVttURtUREti2coscoscos)(第109頁/共119頁（2）模擬乘法器混頻器：模擬乘法器混頻器：第110頁/共119頁204coscoscos)(TVtttUUItiLcLso第111頁/共119頁已調制信號：已調制信號：us= Uc(t)cosctUc(t)= Ucm(1+macost)本振電壓本振電壓uL=ULcos Lt LC回路調諧在中頻：回路調諧在中頻：I= L- -c通頻帶通頻帶B=2，諧振阻抗為，諧振阻抗為RLuGS=UGSQ+us- -uL= UGSQ+Uc(t)cos ct - -ULcos Lt 2)off(GSDSSD)1(GSUuIi UGS（off）FET管的夾斷電壓管的夾斷電壓IDSS漏極飽和電流漏極飽和電流（3 3）FE