第4章 调幅、检波与变频

第4章 调幅、检波与变频
小结： 1、本节主要讲了产生标准调幅波、双边带调幅波、单边带调幅波的 基本原理和实现的电路模型。
2、都有一个共同的电路，相乘器。相乘器完成了频谱搬移的功能。
3、这些信号的特点为 电路类型 输入信号频谱 输出信号频谱 C , 双边带调幅 C C , C C , 普通调幅 C , 单边带调幅 (C )or (C ) 普通调幅波检 C , C 波 双边带调幅波 C 检波 单边带调幅波 (C )or (C ) 检波 作业：P155 4.7 4.9 4.10
4.2.2
标准调幅波的电路模型
标准调幅波信号 uo (t ) U C ( 1
ma cosΩ t )cosC t U C cosC t maU C cos tcosC t
相乘 器 相加 器 调幅信号 uo (t )
调制信号u (t ) 载波信号 uc (t )
调制信号u (t )
第4章 调幅、检波与变频
从信号的频谱来分析：
u s (t )
u r (t )
c
uo (t )
c
o
u s (t )
u r (t )
KM
c
低通 滤波器
2c
uo (t )
ur (t ) U rm cosct 称为同步信号（与输入已调信号同频、同相）
第4章 调幅、检波与变频
2、标准调幅信号的解调
第4章 调幅、检波与变频
复杂信号的频谱
N个上边频分量
上边带
N个下边频分量
下边带
注意：为了不产生失真，总调幅度或说最大调幅度不能大于1。
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4、标准调幅波的功率
将调幅波电压加到电阻 R 上，即可测得调幅波的功率(平均功率）。 ⑴单频调制时，调幅波在一个高频周期内的平均功率为：
2 1 UC P (1 ma cos t ) 2 P0 (1 ma cos t ) 2 2 R 2
检波的目的：就是从调幅信号中不失真地检波出调制信号。 1、双边带调幅信号的解调
从信号的变换来分析，
u s (t ) U sm cos t cosC t
ur (t ) U rm cosC t
1 1 U sm cos(C )t U sm cos(C )t 2 2
1 1 uo (t ) u s (t )ur (t ) [ U sm cos(C )t U sm cos(C )t ]U rm cosC t 2 2 1 1 1 U smU rm cos(2C )t U smU rm cos(2C )t U smU rm cos t 4 4 2
引入原因：载频分量不含调制信号的信息，但却占用了调幅波的大部 分功率。 双边带调幅：将调幅波中的载频分量抑制掉，仅将上、下边带向外发 送。又称为抑制载波的双边带调幅。 单频调制时，我们知道标准调幅波可表示为：
uo (t ) U C (1 ma cos t ) cosc t U C cosc t maU C cos t cosc t
（参阅高等教育出版社、谢嘉奎主编的非线性电子线路）。
为什么要调制？ 1、信道的利用问题。
2、无线通信的问题。
调制类型？ 调幅 调频 调相
第4章 调幅、检波与变频
4.1
本节重点介绍：
调幅信号分析
1、调幅信号的类型（标准调幅波、双边带调幅波、 单边带调幅波）。 2、调幅信号的表达式。 3、调幅信号的频谱特性。 调制信号(低频信号)
联立求解得 载波信号
U o max U o min ma U o max U o min
此式可做为调幅度的定义式。
且为保证检波不失真，调幅度 必须满足
0 ma 1
标准调幅波
ma 1 为过调幅。
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3、频谱 频谱分析：将式（4.1-3）进行三角函数变换，可得到调幅波的频谱。
uo (t ) U C (1 ma cos t ) cosC t U C cosC t maU C cos t cosC t 1 1 U C cosC t maU C cos(C ) t maU C cos(C ) t 2 2
单频调制时，产生三个频率分量。 两个边频均包含低频调制信号的 信息。其幅度不可能超过载波振幅的 一半。 从频谱上看，振幅调制过程就是 在频谱上将低频调制信号搬移到高频 载波分量两侧的过程，原高频载波信 号只是起到运载低频调制信号所含信 息的作用。
U C (1 ma cos t ) cosC t
式中， ma S aU U C 为调幅系数（调幅度）。
（4.1-3）
Sa
为比例系数，由调制电路的参数决定。
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2、波形 从图中可知，调幅波包迹反映调制 信号的变化规律，且有最大值和最 小值，即 调制信号
U O max U C maU C U C (1 ma ) U O min U C maU C U C (1 ma )
1、滤波法：
从频谱上来说！
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双边带调幅信号的频谱
滤波法，即用带通滤波器取出边带，
这种方法结构简单，但它的滤波效果是不易实现的，带通滤波器不好做！
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2、相移法：
u (t )
uo1 (t )
KM
90 相 移网络
uc (t )
o

KM
uo (t )
uo 2 (t )
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通 信 电 子 线 路
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4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 调幅信号分析 调幅与检波的基本原理和实现方法 调幅电路 检波电路 正交调幅、残留边带调幅及其解调 变频 变频增益 变频噪声
第4章 调幅、检波与变频
本章的主要内容是调幅、检波和变频的基本原理和实 现这些功能的电路。
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4.2 调幅与检波的基本原理和实现方法
复习：以单频余弦调制信号为例。
调幅信号类型 标准调幅 (AM)
波形特点
频谱特性 1、三个频率分量 2、带宽是调制信号频率 的2倍 1、二个频率分量 2、带宽是调制信号频率 的2倍 1、一个频率分量 2、带宽等于调制信号频 率
1、包络反映调制信号的变化规 律 2、上下包络对称 双边带调幅 1、包络不反映调制信号的变化 规律 (DSB) 2、载波在调制信号过0处，相位 有1800的翻转 单边带调幅 1、包络不反映调制信号的变化 规律 (SSB)
1
相加器
载波信号 uc (t )
相乘 器
调幅信号 uo (t )
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4.2.3
单边带调幅波的电路模型
uo (t ) U o cos(C )t(上边带) （下边带）
或 oruo (t ) U o cos(C )t(下边带) （上边带）
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⑵多频调制时，调幅波的总的平均功率是各个频率分量的功率之和。
注意：标准调幅波的平均功率是随着调幅度的变化而变化的。
5、标准调幅波的带宽
调幅波的频带宽度：
BWAM 2Fmax
也就是说调幅波的带宽是调制 信号的最大频率的2倍。
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4.1.2
双边带调幅波
1 UC P 式中， 0 2 R
此时的平均功率与
t 有关。
调幅波在调制信号一个周期内的平均功率为：
1 Pav P0 1 ma P0 PSB 2
PSB
为上下边频产生的功率。两个边频的功率相等，均为
PSB1 PSB 2
1 ( maU C ) 2 2 1 1 2 1 2 1 UC 1 2 ( ma P0 ) ma ( ) 2 2 4 2 R 2 R
（携有信息的电信号）
调幅信号（已调波信号）
载波信号(高频信号)
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4.1.1
标准调幅波（普通调幅波）
1、信号表达式 为了分析问题的简单，设调制信号为 设载波信号为
u (t ) U cos t
C
uC (t ) U C cosC t
则调幅波可表示为
uo (t ) (U C SaU cos t ) cosC t S aU U C (1 cos t ) cosC t UC
同步信号的提取问题？ 上述方法叫同步检波，实际上它更是针对双边带调幅信号的检波。 而对标准调幅波而言，由于其包络是反映调制信号变化规律的，因此， 还可以用另外一种更检便的方法来实现检波，就是二极管包络检波。 对于单边带调幅信号的检波也可以用上述方法，但输出的调制信号 是有失真的，问题要复杂一些。
演示
第4章 调幅、检波与变频
本节的重点内容： 1、标准调幅波、双边带调幅波、单边带调幅波的产生 方法及其实现的电路模型。 2、调幅波的解调（检波）方法及其实现的电路模型。
或者说： 这些调幅波信号要用什么样的方法和电路去产生？ 要用什么样的方法和电路去解调这些调幅波？
第4章 调幅、检波与变频
1、调幅信号的产生 调制信号u (t ) 载波信号 uc (t ) 2、调幅信号的解调 调制 电路 调幅信号 uo (t )
第4章 调幅、检波与变频
4.1.2
单边带调幅波
引入原因：双边带调幅波上、下两个边带均含有同等的信息量， 从而可进一步提高功率利用率和频带利用率。 单边带调幅：将双边带调幅波中的某一个边带抑制掉，而只传送 一个边带的信号。又称为抑制载波的单边带调制。 单频调制时，可表示为：
uo (t ) U o cos(C )t(上边带) （下边带）