第6章 振幅调制、 解调及混频

第6章振幅调制、 解调及混频
第6章 振幅调制、 解调及混频
6.1 振幅调制 6.2 调幅信号的解调 6.3 混频 6.4 混频器的干扰

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6.1 振幅调制
一、几个基本概念
1、调制：调制是指利用调制信号去控制载波的某个参数 的过程。
2、调制信号：是指由原始消息（如声音、数据、图象等） 转变成的低频或视频信号。可以是模拟信号，也可是数字 信号。通常用uΩ 或f(t)表示。 3、载波信号：是指未受调制的高频振荡信号。可以是正 弦信号，也可是非正弦信号。 4、已调波信号：是指受调制后的高频信号，即已经把调 制信号加载到载波中的信号。
图6-1 AM调制过程中的信号波形
(e)
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由此可得调幅信号的表达式：
uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct （6-5）
为了使已调波不失真，即高频振荡波的振幅能真实地反映
出调制信号的变化规律，调幅度m应小于或等于1，当 m>1时，称为过调幅。
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5、解调：是调制的逆过程，即从已调波信号中提取原调 制信号的过程。 6、振幅调制：是指利用调制信号去控制载波的振幅，使载 波信号的振幅按调制信号的规律变化。 7、振幅调制的分类：
(1) 普通调幅方式（AM）：其输出的已调信号称为调幅 波。
(2) 抑制载波的双边带调制：其输出的已调信号称为双边 带信号(DSB)。 (3) 抑制载波的单边带调制：其输出的已调信号称为单边 带信号(SSB)。
总结：由前面分析可得：
(6-14)
(1) 当调幅度m=1时，调幅波的最大功率为载波功率的4
倍，而最小功率为零，因此由于最大、最小功率相差太大， 对特定的功放管而言，其额定输出功率将大大受限； (2) 当m＝1时，不携带调制信号的载波成分将占用调幅波 总功率的2/3，而带有信号的边频只调幅波总功率的1/3，因 此功率浪费大，效率低；若m<1，则效率更低。
n 1
f (t)

(6-7)
调制信号和已调波示意
图如图6-3所示。
0 (a) u AM (t) 包络 未调制 t
0
t
(b)
图6-2 实际调制信号的调幅波形
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（3）调制电路框图
由(6-5)式可以看出，要完成AM调制，可以用图6-3所 示的原理框图实现，其关键在于实现调制信号和载波信
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振 幅
0
300 振 幅
3 400 (a)
f / Hz
0
fc－3 400 (b)
fc
fc＋3 400
f / Hz
图6-5 语音信号及已调信号频谱 （a）语音频谱（b）已调信号频谱
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3、调幅波的功率
由于调幅波的振幅是变化的，因此存在几种功率， 如载波功率、最大功率、最小功率、平均功率等。
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cos( ) cos cos sin sin
4、单边带调制与信号变换
由式（6-17）和式（6-18），利用三角公式，可得： uSSB(t)=UcosΩtcosωct-UsinΩtsinωct 或 uSSB(t)=UcosΩtcosωct+UsinΩtsinωct (6-24b) (6-24a)
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（2）调制信号为一连续频谱信号f(t)
上面的分析是在单一正弦信号作为调制信号的情况下 进行的，而一般传送的信号并非为单一频率的信号，例 如是一连续频谱信号f（t），这时，可用下式来描述调幅 波：
u AM (t ) UC [1 mf (t )]cos ct
若将调制信号分解为：
（1）包络不同。AM波的包络正比于调制信号f(t)波形， 而DSB信号波形的包络正比于|f(t)|。 （2）DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处（调 制电压正负交替时）要突变180°——即反相。 （3）由于DSB信号不含载波，它的全部功率为边带占有， 所以，发射的都载有消息，功率利用率高于AM。
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二、振幅调制信号分析
（一）调幅波（AM）的分析 1、调幅波的表达式及波形 （1）调制信号为单一频率的余弦信号 设载波电压为
uC U C cos c t
调制电压为
（6-1）
u U cos t
通常载波频率与调制信号满足ωc>>Ω。
（6-2）
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进一步展开有：
u SSB U 4 cos( c 1 )t U 4 cos( c 2 )t
(6-23)
由上面的分析可知：
1) 比较式(6-20)和式(6-22)可见，若将 2U cos(2 1 )t / 2 看 成是调制信号的包络， 2 1 )t / 2 为调制信号的填充频率， ( 则SSB信号的包络与调制信号的包络形状相同，填充频率移 动了 。c 2) 比较式(6-19)和式(6-23)可以看出，每一个调制频率分量 产生一个对应的单边带信号分量，它们件的关系和单音调制 时一样，振幅之间成正比，频率则线性移动。
式(6-24a)对应于上边带，式(6-24b)对应于下边带。这是SSB
取下边带时： uSSB (t ) U cos( c )t
显然，他们均为单一频率成分的信号。
（6-17）
（6-18）
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单边带信号的波形及频谱如图6-7和图6-8所示，由于它
们为单一频率成分的信号，因此，单纯从该信号中是无法 知道原来调制信号，也无法看出实际该信号的特征。
号的相乘。
u
＋ 常数 (a)
× uc
u AM
u
＋ ×
× +
u AM
uc (b)
图6-3 AM信号的产生原理图
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2、调幅波的频谱
由图6-1(c)可知，调幅波不是一个简单的正弦波形。在 单一频率的正弦信号的调制情况下，调幅波如式（6-5）所 描述。将式（6-5）用三角公式展开，可得：
根据前面的有关公式，在负载电阻RL 上消耗的载波 功率为： 2 2 UC 1 uC Pc (6-9) RL dct 2RL 2
在负载电阻RL上，一个载波周期内调幅波消耗的功率为
1 P 2



2 u AM (t ) 1 2 d c t U C (1 m cos t ) 2 RL 2 RL
m m u AM (t ) UC cos ct UC cos(c )t U C cos(c )t + 2 2
(6-8)
上式表明：单频调制的调幅波包含三个频率成分，即它由三 个高频正弦波叠加而成。其频谱如图6-4所示。
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U f (a)
0 F Uc
U C kaU m UC UC
(6-4)
式中，ka为比例系数，一般由调制电路确定，故又称为调
制灵敏度。
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u 0 uC 0 (a) t
t (b) m＜1 t
u AM (t)
mU c Uc
0 (c) u AM (t)
0
m＝1 t
u AM (t)
(d)
0
m＞1 t
Pc (1 m cos t ) 2
(6-10)
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由此可见，P是调制信号的函数，是随时间变化的。
上、下边频的平均功率均为：
P 边频 1 mU C 2 m 2 ( ) P c 2 RL 2 4
(6-11)
AM信号的平均功率
1 Pav 2



m2 Pd t Pc (1 ) 2
0 1
(b)
fc
f
m/2 0 fc－F (c) fc 2F
m/2 fc＋F f
图6-4 单音调制时已调波的频谱 （a）调制信号频谱（b）载波信号频谱 （c）AM信号频谱
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显然：
1) 频谱的中心分量就是载波分量，它与调制信号无关， 不含消息； 2) 两个边频分量分量ωc＋Ω及ωc － Ω则以载频为中心对 称分布，两个边频信号的幅度相等并与调制信号幅度成正比。 3) 边频相对于载频的位置仅取决于调制信号的频率。 因此调制信号的幅度、频率消息只包含在边频分量中。 在多频调制的情况下，各个低频频率分量所引起的边频 对组成了已调波的上下两个边带。如图6-5所示。
为了看清SSB信号波形的特点，下面分析双音调制时产生 的SSB信号波形。为分析方便。设双音频振幅相等，即：
u (t ) U cos 1t U cos 2t 且Ω2＞Ω1，则可以写成下式：
1 1 u (t ) 2U cos (2 1 )t cos (2 1 )t 2 2 受uΩ调制的双边带信号为
根据振幅调制信号的定义，已调信号的振幅随调制信
号uΩ线性变化，由此可得振幅调制信号振幅Um（t）为 Um(t)=UC+ΔUC（t）=UC+kaUΩcosΩt =UC(1+mcosΩt) （6-3） 式中：ΔUC(t)与调制电压uΩ成正比，其振幅ΔUC=kaUΩ与载
波振幅之比称为调幅度（调制度）：
调幅度：
(6-12)
由上式可以看出，AM波的平均功率等于载波功率 与两个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的 比值为：
边频功率
载波功率
m2 2
(6-13)
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同时可以得到调幅波的最大功率和最小功率，它们分