第六章 振幅调制解调及混频

g(t)是双边带信号的振幅，与调制信号成正比。与AM波的 Um(t)不同，这里g(t) 可正可负。 高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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调制信 号 载波信 号
1 Pc 2π

π
π
2 2 uC UC dct RL 2RL
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 2π

2 uAM (t ) 1 2 dct UC (1 m cost ) 2 RL 2 RL π
π
Pc (1 m cost ) 2
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–标准幅度调制（Standard AM） –双边带幅度调制（Double SideBand AM） –单边带幅度调制（Single SideBand AM）
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标准幅度调制是各种幅度调制中最基本的一 种。
– 由于在合理使用功率和占有频带宽度等方面， 不如其他调幅方式优越，其应用范围受到限 制。 – 调制和解调电路简单
第 6章
振幅调制、解调及混频
6.1 6.2 振幅调制 调幅信号的解调
6.3
6.4
混频
混频器的干扰
1
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引言
(1)什么是调制？
调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程。 –调制的作用是把消息置于消息载体，以便传输和 处理。 –解调是调制的逆过程，从消息载体中还原出原来 的消息。 用来传送消息的载体——uc(t)，称为载波； 消息——uf(t)，称为调制信号； 调制后的信号——u(t)，称为已调信号。 –用调制信号uf(t)控制载波uc(t)的某些参数，使 之随uf(t)的变化而变化，就可实现调制。
在关于幅度调制的性质以及调制与解调技术 原理等方面，它还是最基本的。
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6.1.1 振幅调制信号分析
1. 调幅波的分析
1) 表示式及波形 设载波电压为 uC=UCcosωct 调制电压为
uΩ=UΩ cosΩt
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Vcm 为载波幅度。
0 (a )
v f t
Vmax Vmin Vmax Vc m Vcm Vmin Ma Vmax Vmin Vcm Vcm
t
若其峰值和谷值不对称， 可定义峰值调幅度m上和谷 值调幅度m下。
V Vc m m上 max Vcm
v AM t

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2. 双边带信号 标准调幅波：
uAM (t ) U m (t )cos ct (U C ka uΩ )cos ct
在调制过程中，将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号， 简称双边带信号。 uDSB(t)=kf(t)uC 在单一正弦信号uΩ=UΩcosΩt调制时 uDSB(t)=kuΩuC=kUCUΩcosΩt cosωct =g(t) cosωct
通常满足 ωc>>Ω。根据定义，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)：
U m (t ) U C ΔU C (t ) U C ka uΩ U C kaU Ω cos t U C (1 m cos t )
调幅度(调制度)：
ΔU C k aU Ω m UC UC
ka又称为调制灵敏度。 可得调幅信号的表达式：
u AM (t ) U m (t ) cosct U C (1 m cost ) cosct
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调制信号
载波信号
调幅信号
图 6-1 AM调制过程中的信号波形
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过调制现象：
当m 1时，U m (t )会出现负值，导致调幅 波反相，包络将不 能反映调制信号的变化 。
u AM (t ) U m (t ) cosct U C (1 m cost ) cosct
m 1.5
实际过调幅波形往往如图6-1（e），无法解调，且占 据频带很宽 在标准幅度调制中，不允许出现过调制，要求m 1。
AM信号频谱
AM调制是把调制信号的频谱搬移到载频两侧，在搬移 过程中频谱结构不变。这类调制方式属于频谱线性搬移。
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3) 调幅波的功率
平均功率(简称功率)是对恒定幅度、恒定频率的正弦波 而言的。调幅波的幅度是变化的，所以它存在几种状态下 的功率，如载波功率、最大功率及最小功率、调幅波的平 均功率等。 在负载电阻RL上消耗的载波功率为
两个边频分量ωc+Ω及ωc－Ω则以载频为中心对称分布，两个 边频幅度相等并与调制信号幅度成正比。边频相对于载频的 位置仅取决于调制信号的频率，这说明调制信号的幅度及频 率消息只含于边频分量中。
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单音调制时已调波的频谱
调制信号频 谱
频率调制：调制信号控制载波的频率：FM、 FSK
相位调制：调制信号控制载波的相位：PM 、PSK
调制是一种非线性过程。载波被调制后将产生新的频率 分量,通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。
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6.1
振幅调制
幅度调制（AM）是指载波的幅度随调制信号的 变化规律而变化，而其角频率和初相位均为常 数。 幅度调制方式
例：有一标准AM波，未调制载波峰值电压为10V，负载电 阻为10，调制指数为1，求载波和上下边带的功率；如果 调制指数变化为0.5，载波和上下边带功率？
2 c 2
解：m 1
Pc
1U 1 10 5W 2 RL 2 10
Pusb Plsb
m2 4
Pc 1.25W
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复杂音调制：调制信号并非为单一频率的信号，例如是
一连续频谱信号f(t)。
f (t )
U
n1

n
cos(nt n )
uAM(t)=UC［1+mf(t)］cosωct
u AM (t ) U C 1
(4)调制分类 按调制信号uf(t)分
– 模拟调制 – 数字调制
按载波uc(t)分
– 脉冲调制 – 正弦波调制 – 光强度调制
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百度文库
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
正弦波调制：
幅度调制、角度调制（频率调制、相位调制）
幅度调制：调制信号控制载波的幅度：AM（Amplitude Modulation）、 ASK（Amplitude shift keying）
AM信号的平均功率
1 Pav 2π

m2 Pd t Pc 1 2 π
π
边频功率 m 2 载波功率 2
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调幅波的最大功率和最小功率，它们分别对应调制信号的最 大值和最小值为: Pmax=Pc(1+m)2 Pmin=Pc(1－m)2 Pmax限定了用于调制的功放管的额定输出功率PH, 要求PH≥Pmax。
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2) 调幅波的频谱
u AM (t ) U m (t ) cosct U C (1 m cost ) cosct
m u AM (t ) U C cos ct U C cos(c )t 2 m U C cos(c )t 2
1 Pav 2π

m2 Pd t Pc 1 2 π
π
普通的AM调制方式中，载频与边带一起发送，不携带调制信 号分量的载频占去了2/3以上的功率，而带有信息的边频功率不 到总功率的 1/3，功率浪费大，效率低。但它仍广泛地应用于传 统的无线电通信及无线电广播中，其主要原因是设备简单，特别 是AM波解调很简单，便于接收，而且与其它调制方式(如调频)相 21 比，AM占用的频带窄。 高 频 电电 子 线 模 拟 电 子路 线 路 路 模 拟 子 线
包络 未调制
V Vmin m下 cm Vcm
0
t
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(b )
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在实际系统中，平均调幅指数很小，所以边 频功率占的比例更小，功率利用率更低。
在保证不过调的情况下，要使用尽可能高的调幅指 数。 对于振幅最大的有用信号，标准AM系统应保证其 调制指数在0.9~0.95之间。
载波信号频 谱 AM信号频谱
单频调制时，调幅波占用的带宽BAM＝2F，F=Ω/2π。
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复杂音调制时已调波的频谱 上边带的频谱结构
与原调制信号的频谱结
构相同（各频率分量的 相对振幅及相对位置没
调制信号频 谱
有变化），下边带是上
边带的镜像。 Fmax=3400Hz BAM=2Fmax=6800Hz
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(2)为什么要调制？
天线尺寸
– 无线信道中传输信号时，利用电磁场在空间的传播，需要天线发射和
接收电磁波。 – 天线的尺寸和波长相比拟，如采用/4天线，对于3kHz的声音信号，天
线尺寸为25km，这是无法实现的，如果调制在900MHz上，天线仅需8cm，
易于实现 – 无线传输系统，调制是一个基本环节。 调制可以实现多路复用，例如频分复用（FDMA）。 调制可以降低干扰对信号传输的影响，如扩频调制。
调制可以实现有效地发射和有选择地接收
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(3)通信系统中的发送与接收设备
调幅发射机方框原理图
2 c
2
Pusb Plsb
m2 4
W Pc 0.3125
W P t P c P tsb 5.625
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Ptsb / Pt 0.625 / 5.625 11.11%
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调幅指数的一般定义：
Vmax 为调制信号的一个周期内，调幅信号的最大振幅。 Vmin 为调制信号的一个周期内，调幅信号的最小振幅。
P W tsb P usb P lsb 2.5
P W t P c P tsb 7.5
Ptsb / Pt 2.5 / 7.5 33.33%
m 0.5
Pc
Ptsb Pusb Plsb 0.625W
1U 1 10 5W 2 RL 2 10

n 1

m n cos( nt n ) cos ct
式中，mn=kaUΩn/UC
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完成AM调制的原理框图：其关键在于实现调制信号和载波
的相乘。
u AM (t ) U m (t ) cosct U C (1 m cost ) cosct
振荡器
缓冲级
倍频器
放大级
调制器
功率 放大器
低频 放大
低频 功放
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超外差接收机方框原理图
输入 回路
高频 放大
混频器
中频 放大
解调器
低频 放大
本地 振荡器
自动 增益 控制
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调制信号周期内平均功率 u AM t U c 1 m cos t cos c t
1 1 U c cos c t mU c cos c t m U c cos c t 2 2
2
P边频
1 mUC 2RL 2
m2 Pc 4