高频 chap5
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实现有效地发射，有选择地接收; 频谱变换; 实
现信道复用;提高抗干扰能力
2、调制的目的是什么？
二、调制的分类
按调制信号的类型分为：
1.
模拟调制——调制信号是连续变化的模拟量，如话音 与图像信号。 数字调制——调制信号是数字化编码符号或脉冲编码 波形。
2.
按载波信号的类型分：
1.
连续波调制——载波信号为连续波形，通常以正弦波 作为载波。
2.
5.2 调幅信号分析
一、普通调幅波（ Amplitude Modulation- AM）
载波的幅度随调制信号的变化规律而变化。
1、AM信号的数学表示式
2、频谱
3、功率
4、性质
通常调制要传送的信号波形比较复杂，但无论多么复
杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。一
般把调制信号看成一简谐信号。
调幅波实际上是占有某一个频率范围，这个范围称 为频带。总的频带宽度为最高调制频率的两倍。
3、普通调幅波的功率
uAM 1 1 U cm cos c t maU cm cos c t maU cm cosc t 2 2
边频功率随ma POT 的增大而增加。 当ma =1时，边 频功率最大，此时 上、下边频分量的功率分别为： 上、下边频功率之 2 2 2 2 1m 1 1 ma Uc m ma P1 P2 a U c m PO T 和为载波功率的一 2 2 4 半。 RL 8 RL 发信端发送的功 AM一个周期内的平均总功率： 率被不携带信息的 2 ma 载波占去了很大的 P POT P1 P2 (1 )POT 2 比例——不经济。
第五章
振幅调制电路
无线电广播发送系统框图
振荡器产生等幅的高频正弦信号，经过倍频器后，即成 为载波频率信号；然后，载波频率信号被基带信号调制， 产生高频已调信号，再经功率放大器放大，作为射频信号 发送到空间。
5.1 概述
1、什么是调制？
调制：就是使基带（调制）信号控制载波的某个 （或几个）参数，使这一（或几个）参数按照基带 信号的变化规律而变化的过程。 调制后所得到的信号称为已调信号或频带信号。
1、AM信号的数学表示式
U m cos 2F t • 载波信号为： uc ( t ) U cm cos c t
•调制信号为： u ( t ) U m cos t • 进行标准调幅后的调幅波振幅为：
U m U AM (t ) U cm kaU m cos t U cm (1 ka cos t ) U cm (1 ma cos t ) U cm
DSB信号的幅度仍随调制信号变化。但包络不能反映调制信 号的形状。不能用峰值包络检波方法，而只能使用同步解调 （相干解调）方法。 DSB信号的高频相位在调制信号零点处反相180º。在调制信
号正半周内，已调波的高频与原载频同相；在调制信号负半
周内，已调波的高频与原载频反相。DSB信号的相位反映了 调制信号的极性——调幅又调相。 双边带调幅信号中不含固定的载波分量，功率利用率比AM高。 但所占带宽仍为调制信号最高频率的两倍。
AM信号的频谱图
u AM ( t ) U cm cos c t 1 1 maU cm cos c t maU cm cos c t 2 2
调幅过程就是在频 谱上将低频调制信号 对称搬移到高频载波 分量两侧的过程。
B 2F
*在调幅波中，要传 送的信息包含在边 频分量中。
小信号
u1(t) = U1mcosω1t
振幅足够大的信号 u2(t)，控制二极管
二极管的开关作用
定义开关函数
1 , u2 (t) > 0 K(ωt) = 0 , u2 (t) < 0
1 [u1(t) + u 2 (t)], u 2 (t) > 0 i = rd + R L 0 , u 2 (t) < 0
ma =
波形特点： 1、调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一致 2、调幅度ma反映了调幅的强弱程度
百度文库
Umax - Umin Umax + Umin
ma 1 a
m值越大调幅越深：
ma 0时 ma 1时 m 1时 a
未调幅
最 大 调 幅百 分 之 百 ( ) 过 调 幅, 包 络 失 真实 际 电 路 中 必 须 避 免 ,
二、抑制载波的双边带调幅（DSB） 1、数学表达式
u AM (t) = Ucm (1+ macosΩt)cosωc t
u DSB = UΩmcosΩt •Ucmcosωc t 1 = UΩmUcm cos ωc + Ω t + cos ωc - Ω t 2
DSB波形图
2u Ω (t) i = i1 - i 2 = K(ωc t) rd + 2R L 2U Ωm cosΩt 1 2 2 = + cosωc t cos3ωc t + L rd + 2R L 2 π 3π U Ωm = rd + 2R L 2 2 cosΩt + π cos(ωc + Ω)t + π cos(ωc - Ω)t
（2）多频调制
u AM (t ) U cm (1 ma1 cos 1t ma 2 cos 2t ) cos ct
= U cm cosωc t
载频分量 上 下 边 频 分 量
m a1 m a1 + U cm cos ωc + Ω1 t + U cm cos ωc - Ω1 t 2 2 m m + a2 U cm cos ωc + Ω 2 t + a2 U cm cos ωc - Ω 2 t 2 2 … m ak m ak + U cm cos ωc + Ωk t + U cm cos ωc - Ωk t 2 2
Poav m2 = 1+ a 2 0.42 POT = 1+ 2 50W = 54W
1 m a U c m 2V 2 m a 0.4V U c m 10V
有效频带宽度
B 2Fmax 2 10 3 Hz 2kHz
u DSB = UΩmcosΩt •Ucmcosωc t 1 = UΩmUcm cos ωc + Ω t + cos ωc - Ω t 2
2、DSB信号频谱
1 UΩmUcm cos ωc + Ω t + cos ωc - Ω t 2
3、DSB的性质
高电平调幅电路
高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的 已调波。
六、振幅调制电路组成
输入回路
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 实现产生新的频率 取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率成分
非线性器件
带通滤波器
第二节 低电平调幅电路
一、单二极管开关状态调幅电路
• 标准调幅后的表达式为：
uAM U AM (t ) cos c t U cm (1 ma cos t ) cos c t
k a U m ma U cm
为调幅系数
ka为比例常数
AM的实现模型
uΩ(t) = UΩmcosΩt u 调制 信号
载波 uc (t)= Ucmcosωc t
2、AM信号的频谱
（1）单频调制
u AM (t ) U cm (1 ma cos t ) cos ct
1 1 U cm cos c t maU cm cos c t maU cm cos c t 2 2
载波
上边频分量
下边频分量
调幅波组成：三个不同频率的余弦波——未调幅 的载波；载波频率与调制频率之和（上边频）；载 波频率与调制频率之差（下边频）
三、抑制载波的单边带调幅（SSB）
只发射含有信息的一个边带 —传输信息的最佳调幅方式，但实现这种调幅方式的调
制和解调技术较复杂。单边带调幅信号既无载波分量，其包络 也不反映调制信号的波形。因此，只能用同步解调方法。
1 uSSBH AU mU cm cos c t 2 1 uSSBL AU mU cm cos c t 2 •可从双边带信号中用不同方法得到单边带信号：
如果ω2是载频，ω1是信号频率Ω，用中心频率为ωc， 通频带宽度略大于2Ω的带通滤波器作为负载，负 载上得到的输出电压将只包含ωc 、 ωc ±Ω三个频 率成分。 单二极管开关状态调幅电路，只能实现普通调幅波 的调幅 。
二、二极管平衡调幅电路 1、电路结构： 上半部分与下半部分电路对称。
2、工作原理分析： 1 i1 = K(ωc t)[u c (t) + u Ω (t)] rd + 2R L 1 i2 = K(ωc t)[u c (t) - u Ω (t)] rd + 2R L
uc
x Axy y
+
带通滤波
uAM
Ucm (1+ ma cosΩt)cosωc t
调幅信号波形
uAM = Ucm (1+ macosΩt)cosωc t
u U cost
uc = Ucmcosωc t
Umax Ucm (1 ma )
U cm
Umin Ucm (1 ma )
2.
脉冲调制——载波信号是脉冲波形序列。
按调制器的不同功能分：
1. 2. 3.
幅度调制——AM。
频率调制——FM，FSK。
相位调制——PM，PSK。
按调制器的传输函数分：
1.
线性调制——已调信号的频谱与调制信号频谱是线性的频谱
位移关系。如各种幅度调制。 非线性调制——已调信号的频谱与调制信号频谱没有线性关 系，即调制后派生出大量不同于调制信号的新的频率成份。 如调频（FM），调相（PM）。
• 滤波法
•移相法
例2
已知一个AM广播电台输出功率是50KW，采用单 频余弦信号进行调制，调制幅度为0.707。
a)
b)
计算调制效率和载波功率； 如果天线用50Ω电阻负载表示，求载波信号的峰 值。
解
a)
Poav POT a 0.2 Poav
m ma 0.707 a 0.2 2 2 ma
频谱成分
× 1m cosω1 t + U 2m cosω2 t) (U
u1 和u2的频率成分ω1和ω2。 u1 和u2的和频和差频ω2+ω1和ω2－ω1。 u1 的频率和u2的各奇次谐波频率的和频和差频， 即(2n一1)ω2±ω1。 u2的偶次谐波频率。 直流成分
普通调制波的得到
2 a
POT (1 a ) Poav 40 KW
b) POT
U = = 40KW Ucm = 2RPOT = 2KV 2R
2 cm
四、 振幅调制电路的功能
输人的调制信号和载波信 号通过电路变换成高频调 幅信号输出 。
五、振幅调制电路的分类及要求
低电平调幅电路
低电平调幅是先在低功率电平级进行振幅调制，然 后再经过高频功率放大器放大到所需要的发射功率。
1 i= K(ωt)[u1(t) + u 2 (t)] rd + R L
开关的控制信号及开关函数
1 2 K(ω2 t) = + cosω2 t 2 π 2 2 cos3ω2 t + cos5ω2 t - 3π 5π
1 1 2 2 2 i= + cosω2 t - cos3ω2 t + cos5ω2 t - rd + RL 2 π 3π 5π
已知如图的载频为1000KHz的 调幅波频谱图。 写出它的电压表达式，并计算它 在负载为1Ω时的平均总功率及 有效频带宽度。
例1
解：电压表达式
u(t) 10 1 0.4cos2π103 t cos2π106 t V 2 1 U cm = 50W 平均总功率 POT = 2 RL
载波功率为：
1 U 2m c 2 RL
4、普通调幅波的性质
已调信号的幅度随调制信号而变化。调幅信号幅度的 包络线近似为调制信号的波形。 调幅波的频谱由两部分组成：载波的频谱、平移至载 波的±Ω处的调制信号的频谱。 AM信号所占的频带宽度为2Ω，即为调制信号频带宽 度两倍。 •标准调幅信号所占的频带宽度中有一半是多余的。 •调幅波中传送的信息包含在边带内，而不包含传送信息的 载波分量所占有的功率却为总功率的一半以上。
现信道复用;提高抗干扰能力
2、调制的目的是什么？
二、调制的分类
按调制信号的类型分为：
1.
模拟调制——调制信号是连续变化的模拟量，如话音 与图像信号。 数字调制——调制信号是数字化编码符号或脉冲编码 波形。
2.
按载波信号的类型分：
1.
连续波调制——载波信号为连续波形，通常以正弦波 作为载波。
2.
5.2 调幅信号分析
一、普通调幅波（ Amplitude Modulation- AM）
载波的幅度随调制信号的变化规律而变化。
1、AM信号的数学表示式
2、频谱
3、功率
4、性质
通常调制要传送的信号波形比较复杂，但无论多么复
杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。一
般把调制信号看成一简谐信号。
调幅波实际上是占有某一个频率范围，这个范围称 为频带。总的频带宽度为最高调制频率的两倍。
3、普通调幅波的功率
uAM 1 1 U cm cos c t maU cm cos c t maU cm cosc t 2 2
边频功率随ma POT 的增大而增加。 当ma =1时，边 频功率最大，此时 上、下边频分量的功率分别为： 上、下边频功率之 2 2 2 2 1m 1 1 ma Uc m ma P1 P2 a U c m PO T 和为载波功率的一 2 2 4 半。 RL 8 RL 发信端发送的功 AM一个周期内的平均总功率： 率被不携带信息的 2 ma 载波占去了很大的 P POT P1 P2 (1 )POT 2 比例——不经济。
第五章
振幅调制电路
无线电广播发送系统框图
振荡器产生等幅的高频正弦信号，经过倍频器后，即成 为载波频率信号；然后，载波频率信号被基带信号调制， 产生高频已调信号，再经功率放大器放大，作为射频信号 发送到空间。
5.1 概述
1、什么是调制？
调制：就是使基带（调制）信号控制载波的某个 （或几个）参数，使这一（或几个）参数按照基带 信号的变化规律而变化的过程。 调制后所得到的信号称为已调信号或频带信号。
1、AM信号的数学表示式
U m cos 2F t • 载波信号为： uc ( t ) U cm cos c t
•调制信号为： u ( t ) U m cos t • 进行标准调幅后的调幅波振幅为：
U m U AM (t ) U cm kaU m cos t U cm (1 ka cos t ) U cm (1 ma cos t ) U cm
DSB信号的幅度仍随调制信号变化。但包络不能反映调制信 号的形状。不能用峰值包络检波方法，而只能使用同步解调 （相干解调）方法。 DSB信号的高频相位在调制信号零点处反相180º。在调制信
号正半周内，已调波的高频与原载频同相；在调制信号负半
周内，已调波的高频与原载频反相。DSB信号的相位反映了 调制信号的极性——调幅又调相。 双边带调幅信号中不含固定的载波分量，功率利用率比AM高。 但所占带宽仍为调制信号最高频率的两倍。
AM信号的频谱图
u AM ( t ) U cm cos c t 1 1 maU cm cos c t maU cm cos c t 2 2
调幅过程就是在频 谱上将低频调制信号 对称搬移到高频载波 分量两侧的过程。
B 2F
*在调幅波中，要传 送的信息包含在边 频分量中。
小信号
u1(t) = U1mcosω1t
振幅足够大的信号 u2(t)，控制二极管
二极管的开关作用
定义开关函数
1 , u2 (t) > 0 K(ωt) = 0 , u2 (t) < 0
1 [u1(t) + u 2 (t)], u 2 (t) > 0 i = rd + R L 0 , u 2 (t) < 0
ma =
波形特点： 1、调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一致 2、调幅度ma反映了调幅的强弱程度
百度文库
Umax - Umin Umax + Umin
ma 1 a
m值越大调幅越深：
ma 0时 ma 1时 m 1时 a
未调幅
最 大 调 幅百 分 之 百 ( ) 过 调 幅, 包 络 失 真实 际 电 路 中 必 须 避 免 ,
二、抑制载波的双边带调幅（DSB） 1、数学表达式
u AM (t) = Ucm (1+ macosΩt)cosωc t
u DSB = UΩmcosΩt •Ucmcosωc t 1 = UΩmUcm cos ωc + Ω t + cos ωc - Ω t 2
DSB波形图
2u Ω (t) i = i1 - i 2 = K(ωc t) rd + 2R L 2U Ωm cosΩt 1 2 2 = + cosωc t cos3ωc t + L rd + 2R L 2 π 3π U Ωm = rd + 2R L 2 2 cosΩt + π cos(ωc + Ω)t + π cos(ωc - Ω)t
（2）多频调制
u AM (t ) U cm (1 ma1 cos 1t ma 2 cos 2t ) cos ct
= U cm cosωc t
载频分量 上 下 边 频 分 量
m a1 m a1 + U cm cos ωc + Ω1 t + U cm cos ωc - Ω1 t 2 2 m m + a2 U cm cos ωc + Ω 2 t + a2 U cm cos ωc - Ω 2 t 2 2 … m ak m ak + U cm cos ωc + Ωk t + U cm cos ωc - Ωk t 2 2
Poav m2 = 1+ a 2 0.42 POT = 1+ 2 50W = 54W
1 m a U c m 2V 2 m a 0.4V U c m 10V
有效频带宽度
B 2Fmax 2 10 3 Hz 2kHz
u DSB = UΩmcosΩt •Ucmcosωc t 1 = UΩmUcm cos ωc + Ω t + cos ωc - Ω t 2
2、DSB信号频谱
1 UΩmUcm cos ωc + Ω t + cos ωc - Ω t 2
3、DSB的性质
高电平调幅电路
高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的 已调波。
六、振幅调制电路组成
输入回路
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 实现产生新的频率 取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率成分
非线性器件
带通滤波器
第二节 低电平调幅电路
一、单二极管开关状态调幅电路
• 标准调幅后的表达式为：
uAM U AM (t ) cos c t U cm (1 ma cos t ) cos c t
k a U m ma U cm
为调幅系数
ka为比例常数
AM的实现模型
uΩ(t) = UΩmcosΩt u 调制 信号
载波 uc (t)= Ucmcosωc t
2、AM信号的频谱
（1）单频调制
u AM (t ) U cm (1 ma cos t ) cos ct
1 1 U cm cos c t maU cm cos c t maU cm cos c t 2 2
载波
上边频分量
下边频分量
调幅波组成：三个不同频率的余弦波——未调幅 的载波；载波频率与调制频率之和（上边频）；载 波频率与调制频率之差（下边频）
三、抑制载波的单边带调幅（SSB）
只发射含有信息的一个边带 —传输信息的最佳调幅方式，但实现这种调幅方式的调
制和解调技术较复杂。单边带调幅信号既无载波分量，其包络 也不反映调制信号的波形。因此，只能用同步解调方法。
1 uSSBH AU mU cm cos c t 2 1 uSSBL AU mU cm cos c t 2 •可从双边带信号中用不同方法得到单边带信号：
如果ω2是载频，ω1是信号频率Ω，用中心频率为ωc， 通频带宽度略大于2Ω的带通滤波器作为负载，负 载上得到的输出电压将只包含ωc 、 ωc ±Ω三个频 率成分。 单二极管开关状态调幅电路，只能实现普通调幅波 的调幅 。
二、二极管平衡调幅电路 1、电路结构： 上半部分与下半部分电路对称。
2、工作原理分析： 1 i1 = K(ωc t)[u c (t) + u Ω (t)] rd + 2R L 1 i2 = K(ωc t)[u c (t) - u Ω (t)] rd + 2R L
uc
x Axy y
+
带通滤波
uAM
Ucm (1+ ma cosΩt)cosωc t
调幅信号波形
uAM = Ucm (1+ macosΩt)cosωc t
u U cost
uc = Ucmcosωc t
Umax Ucm (1 ma )
U cm
Umin Ucm (1 ma )
2.
脉冲调制——载波信号是脉冲波形序列。
按调制器的不同功能分：
1. 2. 3.
幅度调制——AM。
频率调制——FM，FSK。
相位调制——PM，PSK。
按调制器的传输函数分：
1.
线性调制——已调信号的频谱与调制信号频谱是线性的频谱
位移关系。如各种幅度调制。 非线性调制——已调信号的频谱与调制信号频谱没有线性关 系，即调制后派生出大量不同于调制信号的新的频率成份。 如调频（FM），调相（PM）。
• 滤波法
•移相法
例2
已知一个AM广播电台输出功率是50KW，采用单 频余弦信号进行调制，调制幅度为0.707。
a)
b)
计算调制效率和载波功率； 如果天线用50Ω电阻负载表示，求载波信号的峰 值。
解
a)
Poav POT a 0.2 Poav
m ma 0.707 a 0.2 2 2 ma
频谱成分
× 1m cosω1 t + U 2m cosω2 t) (U
u1 和u2的频率成分ω1和ω2。 u1 和u2的和频和差频ω2+ω1和ω2－ω1。 u1 的频率和u2的各奇次谐波频率的和频和差频， 即(2n一1)ω2±ω1。 u2的偶次谐波频率。 直流成分
普通调制波的得到
2 a
POT (1 a ) Poav 40 KW
b) POT
U = = 40KW Ucm = 2RPOT = 2KV 2R
2 cm
四、 振幅调制电路的功能
输人的调制信号和载波信 号通过电路变换成高频调 幅信号输出 。
五、振幅调制电路的分类及要求
低电平调幅电路
低电平调幅是先在低功率电平级进行振幅调制，然 后再经过高频功率放大器放大到所需要的发射功率。
1 i= K(ωt)[u1(t) + u 2 (t)] rd + R L
开关的控制信号及开关函数
1 2 K(ω2 t) = + cosω2 t 2 π 2 2 cos3ω2 t + cos5ω2 t - 3π 5π
1 1 2 2 2 i= + cosω2 t - cos3ω2 t + cos5ω2 t - rd + RL 2 π 3π 5π
已知如图的载频为1000KHz的 调幅波频谱图。 写出它的电压表达式，并计算它 在负载为1Ω时的平均总功率及 有效频带宽度。
例1
解：电压表达式
u(t) 10 1 0.4cos2π103 t cos2π106 t V 2 1 U cm = 50W 平均总功率 POT = 2 RL
载波功率为：
1 U 2m c 2 RL
4、普通调幅波的性质
已调信号的幅度随调制信号而变化。调幅信号幅度的 包络线近似为调制信号的波形。 调幅波的频谱由两部分组成：载波的频谱、平移至载 波的±Ω处的调制信号的频谱。 AM信号所占的频带宽度为2Ω，即为调制信号频带宽 度两倍。 •标准调幅信号所占的频带宽度中有一半是多余的。 •调幅波中传送的信息包含在边带内，而不包含传送信息的 载波分量所占有的功率却为总功率的一半以上。