第6章振幅调制、解调与混频

抑制载波单边带调幅（SSB）
1. SSB信号的性质
在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常 采用单边带（SSB）调制系统
单边带(SSB)信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带部分，即可成
为单边带调幅信号。其单频调制时的表示式为：
uDSB (t )
1 2
kUUc cos(c
6.2 振幅调制原理
6.2.1 调幅波的性质
一、AM信号的数学表示式
•调制信号为：
u (t) Um cos t Um cos 2F t
• 载波信号为：
uc (t) Ucm cosct
• 进行调幅后的调幅波振幅 U AM (t)为：
ma
kaUm Ucm
为调幅指数
U AM (t) Ucm U (t) Ucm kaUm cos t
Ucm
cos c t
ka Ucm
Ucm
cosct Um
cos t
6.2.2 抑制载波调幅波的性质
一、抑制载波双边带调幅（DSB）
只发射含有信息的上、下两个边带，而不发射载波。 1、数学表示式
uAM (t) Ucm (1 ma cos t) cosct
uDSB(t) maUcm cos t cosct
1 U2
Pc
2
cm
RL
50W
P
1
m2 a 2
Pc
1
0.42 2
50W
54W
B 2Fmax 2103 Hz 2kHz
6.3 振幅调制方法与电路
概述
6.3.1 低电平调幅电路
二极管调制电路 差分对调制电路和模拟乘法器
6.3.2 高电平调幅电路
基极调幅 集电极调幅
6.3.1 概述
抑制载波单边带调幅（SSB）
2. 单边带调幅信号的实现
有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法 ：
(1) 滤波法
u
乘法
uDSB
器
上边带滤波器
uSSBU
由DSB信号经过边带滤波器滤除 了一个边带而形成，如右图所示：
uDSB
(t)
1 2
kUUc
cos(c
)t
cos(c
)t
uc
DSB信号
下边带滤波器
6.3.1 概述
三、高电平调幅
❖ 将功率放大和调制合二为一，直接产生达到输出功率要求的已调波。 ❖ 发射机的最后一级。 ❖ 调制过程在高电平级进行，通常在高频功率放大器(丙类)中进行调制——输出电压
振幅受调制信号控制的调谐功率放大器。 ❖ 不需效率低的线性放大器，有利于提高整机效率，但须兼顾输出功率、效率和调制
已调信号的幅度随调制信号而变化。因此，调幅信号幅度的包络线近似为调制信号的 波形，取出包络信号就可实现解调。
调幅波的频谱由两部分组成。一部分是未调载波的频谱，另一部分是分别平移至载波 的±Ω处的调制信号的频谱，幅度与调制信号成正比。
AM信号所占的频带宽度为2Ωmax，即调制信号频带宽度两倍。 不足之处：
U cm
cos ct
1 2
maU cm
cosc
t
1 2
maU cm
cosc
t
▪ 载波占有功率为：
Pc
1
U
2 cm
2 RL
▪ 上、下边频分量所占有的功率分别为：
PSSB
1 ma 2 2
2
U
cm
1 RL
1 8
ma
2U
2 cm
RL
ma2 4
Pc
▪ 调幅波在调制信号一个周期内的平均功率
P
Pc
2PSSB
(1
另外由三角公式：
uSSBU (t ) U cos ct cos t U sinct sint
uSSBL (t ) U cos ct cos t U sinct sint
利用上三角公式的实现电路如下图所示：
９00相移 U sint 乘法 器
减法
•
器
uSSBU
U cos t
• 乘法 器
•
主要振幅调制方式：
标准幅度调制（Standard AM） 双边带幅度调制（Double Sideband AM，记为DSB AM），又称抑制载波调幅 (Suppressed Carrier AM，简记为SC AM) 单边带幅度调制（Single Sideband AM，记为SSB AM） 残留边带幅度调制(Vestigial Sideband AM，简记为VSB AM) 正交幅度调制（Quadrature AM）数字信号调幅（ASK，幅度键控）
从传递信息的角度看，普通调幅信号所占的频带宽度中有一半是多余的。在频 率资源利用上有缺点
从有效利用发射机功率的角度看，调幅波中欲传送的信息包含在边带内，而不包 含欲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。 在有效利用发 射机功率上有缺点
6.2.1 调幅波的性质
六、AM的实现模型
uAM (t) Ucm kaUm cos t cosct
解调：调制的逆过程，是将载于高频振荡信号上的调 制信号恢复出来的过程。
7
6.1 概述
比较调制方式和实现调制的方法时考虑性能指标
➢ 抗干扰性 ➢ 实现调制的简便程度 ➢ 已调波信号所占的频带宽度 ➢ 电子器件的效率和输出功率 ➢ 保真度 判断调幅发射机的信号质量考虑的性能指标
➢ 调制特性（非线性失真） ➢ 调制的频率特性（线性失真） ➢ 噪声电平
6.1 概述
调制：用低频调制信号去控制高频载波的某个参数。 调制信号可以是模拟信号或数字信号，通常用uΩ或f(t) 表示。
载波：未受调制的高频振荡信号。可以是正弦波，也 可以是非正弦波。载波为周期性信号，用uC和ic表示。
已调波：受调制后的振荡波，它具有调制信号的特征。 即，要传送的信息载到高频振荡上去了。
u5 = cos(ω1-Ω)t sin ωct
乘法器
低通滤波
乘法器
uΩ=sinΩt
900移相
单频信号 u =sinω1t
载波 uc =sinωct
900移相
相加器 u5 + u 6 + 相减器 u5 - u 6
乘法器
低通滤波
乘法器
u2 = sinΩt cos ω1t u4 = sin (ω1-Ω)t
u 6 = sin (ω1-Ω)t cos ωct
相加器输出电压： u SSBL = u 5+ u 6= sin [(ωc+ ω1)-Ω]t = sin [ωc1-Ω]t
相减器输出电压： u SSBU = u 6- u 6= sin [(ωc- ω1)+Ω]t= sin [ωc2+Ω]t
三种振幅调制信号比较
6.1 概述
调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载波)信号上去的过程。
按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波(正弦波)调制和脉冲调制。 调制的必要性——可实现有效地发射，有选择地接收。 分类——振幅调制、频率调制和相位调制
振幅调制（Amplitude Modulation-AM） ——载波的幅度随调制信号的变化规律而变化。其本质为实现频谱的线性搬移。
ma 0时 未调幅
一般m值越大调幅越深：ma 1时 最大调幅(百分之百)
ma
1时
过调幅 , 包络失真, 实际电路中必须避免
AM信号波形与调幅指数的关系
ma≦ 1
6.2.1 调幅波的性质
三、AM信号的频谱
（1）单频调制
uAM (t) Ucm (1 ma cos t)cosct
Ucm
cos c t
)t
cos(c
)t
上边带信号
限带信号
uSSBU
(t)
1 2
kU U c
cos(c
)t
U cos(c )t
Ωmax 上边频带信号
载波 ωc-Ωmax ωc ωc+Ωmax ω
下边带信号
uSSBL
(t)
1 2
kU U c
cos(c
)t
下边频带信号
ωc+Ωmax ω
U cos(c )t
ω ωc-Ωmax
Uc cos ct
• Uc sinct ９00相移
加法 器
uSSBL
(3) 移相滤波法
移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对某一固定的单频率信 号移相900，从而回避了难以在宽带内准确移相900的缺点。
移相滤波法实现单边带调幅的电路框图
u1 = sinΩt sin ω1t u3 = cos(ω1-Ω)t
一、调幅的方法：
6.3.1 概述
二、低电平调幅电路
❖ 将功率放大和调制分开。调制后的信号功率较低，需要再经过功率放 大器放大，达到一定的发射功率后再发送。
❖ 发射机的前级。 ❖ 调制过程在低电平级进行。 ❖ 需要的调制功率小，电路简单。 ❖ DSB、SSB均采用这种方式。 ❖ 实现方法：
➢ 二极管调制器 ➢ 差分对调制电路和模拟乘法器调制器
uAM (t)
Hale Waihona Puke u Um cos tU AM (t) U cm
maUcm
Umax Uc (1 ma )
uc Ucm cosct
Umin Uc (1 ma )
波形特点：
ma
1 U max U min 2 Ucm
（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，
例1、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 时的平均功率及有效频带宽度。
解：电压表达式 平均功率 有效频带宽度
1 2
maU cm
2V
ma
0.4V
Ucm 10V
u(t) 10 1 0.4cos 2 103 t cos 2 106 t V
4、DSB信号频谱
uDSB
Au uc
1 2
AUmUcm cos c
t
cosc
t
B 2F
6.2.2 抑制载波调幅波的性质
5、DSB的性质
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。 调制信号正半周已调波的高频与原载频同相； 调制信号负半周已调波的高频与原载频反相。 DSB信号的相位反映调制信号的极性——调幅又调相。
ka为比例常数
Ucm
(1
ka
Um Ucm
cos
t )
Ucm
(1
ma
cos
t )
• 调幅后的表达式为：
uAM (t) UAM (t) cosct Ucm (1 ma cos t) cosct
6.2.1 调幅波的性质
二、AM信号波形
uAM (t) U cm (1 ma cos t) cosct
张鏖烽
计算机与通信学院 51269402@
第6章 振幅调制、解调与混频
➢6.1 概述 ➢6.2 振幅调制原理 ➢6.3 振幅调制方法与电路 ➢6.4 振幅解调原理与电路 ➢6.5 混频器原理与电路
无线电广播发送系统
框图
超外差式接收机
框图
目的与要求：
1、掌握调幅波的基本性质 2、理解高电平调幅与低电平调幅的原理 3、掌握双边带的概念和单边带的产生与接收方法 4、掌握包络检波和同步检波的原理。 5、掌握混频的原理，了解常用混频电路。 6、了解干扰哨声、寄生通道干扰产生的原因及消除方法。
1 2
maUcm
cosc
t
1 2
maUcm
cosc
t
载波
上边频分量
下边频分量
AM信号的频谱图
uAM
(t)
U cm
cos c t
1 2
maU cm
cosc
t
1 2
maU cm
cosc
t
B 2F
（2）多频调制频谱
下边带
上边带
B 2Fmax
6.2.1 调幅波的性质
四、普通调幅波的功率
u AM
(t)
ma2 2
)Pc
边频功率随ma的增大 而增加。 当ma =1时，边频功率 最大，此时上、下边频 功率之和为载波功率的 一半。
发信端发送的功率被不 携带信息的载波占去了 很大的比例——不经济。
调幅信号边频功率所占比重：
PDSB PC PDSB
ma2 2 ma2
6.2.1 调幅波的性质
五、普通调幅波的性质
uSSBL
上边带信号
uSSBU
(t)
1 2
k UU c
cos(c
)t
U
cos(c
)t
下边带信号
uSSBL (t)
1 2
k UU c
cos(c
)t
U
cos(c
)t
上边频带信号 下边频带信号
ωc-Ωmax ωc-Ωmax
ω ωc+Ωmax ωc+Ωmax ω
ω
抑制载波单边带调幅（SSB）
(2) 相移法
线性的要求。 ❖ AM信号多采用这种方式。 ❖ 实现方法
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。 所占带宽仍为调制信号最高频率的两倍。
6.2.2 抑制载波调幅波的性质
二、抑制载波单边带调幅（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
• 可从双边带信号中用不同方法得到单边带信号： • 滤波法 • 移相法 • 修正的移相滤波法
1 2
maUcm cosc
t
cosc
t
uDSB (t) maUcm cost cosct
AUm cost •Ucm cosct Au (t)uc (t)
A ma U m
6.2.2 抑制载波调幅波的性质
2、实现模型
6.2.2 抑制载波调幅波的性质
3、DSB波形图
6.2.2 抑制载波调幅波的性质