第六章 振幅调制解调及混频
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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
第六章振幅调制解调及混频
C
R
Zi
第二节 调幅信号的解调
检波器的失真
惰性失真
uc
1 m RC 不失真条件： m
底部切削失真
不失真条件：
2
0
t
us Uc
0
t
R m R Rg R
0
Rg
t
第二节 调幅信号的解调
二极管并联检波器
C
ui
Rq
D
R
CL
RL
K d cos
Ri
1 R 3
第二节 调幅信号的解调
f / Hz
f / Hz
第一节 振幅调制
调幅波的功率
载波功率 上、下边频的平均功率 AM信号的平均功率
1 Pc 2
2 uc2 UC R dct 2R L L 1 m Uc 2 m2 ( ) Pc 2RL 2 4
P边频
1 Pav 2
m2 Pdt Pc (1 2 )
UI Us
变频功率增益 K vc
PI Ps
UI PI 或 用分贝数表示变频增益K vc 20 lg (dB) K pc 10lg (dB) Us Ps
2） 噪声系数
输入信噪比 (信号频率) NF 输出信噪比 (中频频率)
(6 92)
第三节 混 频
混频器的主要性能指标
3）失真与干扰
us ( f c )
混频器
uI ( f I )
uL ( f L )
0
fc
f
0
fL
f
0
fI
f
第三节 混 频
输入已调信号 uS U S cost cosct 本振电压 uL U L cosLt
第6章振幅调制解调和溷频1
由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：
U m (t) U c k a V co ts，式中 k a 为比例常数
即：
U m (t) U c( 1 k U a V c co t)s U c( 1 m aco t)s
式中ma为调制度，
ma
kaU Uc
常用百分比数表示。
U
A M U c ( 1 m ac o t)c so c ts
uC
(a )
0
在单一正弦信号uΩ=UΩcosΩt调制时,
t
u D ( t) S k B c U U co c tc s o t g ( s t)co c t s u D SB (t)
(b ) U (t)＝U cos t
（6―16）
0
t
0°
180°
0°
(c )
已调信号的幅度随调制信号的变化而变化，但其包络不能反映调制信号的形 状
n
1 2
mn
c
os(c
Ωn)t
1 2
mn
c
os(c
n)t
Ucc osct
n
1 2
mn
c
os(c
n)t
n
1 2
mn
c
os(c
n)t
信号带宽 B2Ωmax
调制信号
载波
Ωmaaxx
调幅波
ωc
下边带
ωc-Ωmax
c
上边带
ωc+Ωmax
33)33 3）调幅波的功率
u (t) U c(1 m acΩ o)c sto c ts
基极调幅
6.0.2 检波简述
1.定义
fo–fs =fi
第6章--振幅调制解调及混频
移相法是利用移相网络,对载波和调制信号进行适当的相移,然后相加,从而将其中的一个边带抵消掉而获得SSB信号。
2. 移相法
(1)其依据如下:
可写为:
同理有:
(2)移相法产生SSB调制信号原理框图
6.2 调幅信号的解调
振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类。
一. 调幅解调的方法
(三). SSB调制电路
SSB信号是将双边带信号滤除或抵消掉一个边带形成的。主要有滤波法和移相法两种。
1.滤波法
带通滤波器
上/下边带通滤波器:中心频率为:(fc±Fmax/2) , 带宽为略大于或等于Fmax。
下边带
上边带
由于0>>min, 上、下边带间的 距离很近，要想 通过一个边带而 滤除另一个边带, 就对滤波器提出 了严格的要求。
(b) 同步检波器:主要用于双边带和单边带信号(DSB/SSB)的解调
它们都需要用同步的恢复载波信号ur进行解调。 同步检波又可以分为乘积型和叠加型两类。
2 ．工作波形图
二、二极管峰值包络检波器
1．原理电路
RC电路：
二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号。
(a) 集电极调幅电路
集电极调幅的原理分析:
(b) 基极调幅电路
基极调幅的波形
(1)二极管电路
(a) 单二极管调制电路
(b) 平衡二极管调制电路
(2) 利用(单)差分对电路产生普通调幅波
(3)利用模拟乘法器产生AM信号电路
２．低电平AM调制
(a) 单二极管调制电路
一是起高频滤波作用。
故必须满足：
式中：ωc为输入信号的载频,在超外差接收机中则为中频ωI Ω为调制频率。 即在理想情况下,RC网络的阻抗Z应为
2. 移相法
(1)其依据如下:
可写为:
同理有:
(2)移相法产生SSB调制信号原理框图
6.2 调幅信号的解调
振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类。
一. 调幅解调的方法
(三). SSB调制电路
SSB信号是将双边带信号滤除或抵消掉一个边带形成的。主要有滤波法和移相法两种。
1.滤波法
带通滤波器
上/下边带通滤波器:中心频率为:(fc±Fmax/2) , 带宽为略大于或等于Fmax。
下边带
上边带
由于0>>min, 上、下边带间的 距离很近，要想 通过一个边带而 滤除另一个边带, 就对滤波器提出 了严格的要求。
(b) 同步检波器:主要用于双边带和单边带信号(DSB/SSB)的解调
它们都需要用同步的恢复载波信号ur进行解调。 同步检波又可以分为乘积型和叠加型两类。
2 ．工作波形图
二、二极管峰值包络检波器
1．原理电路
RC电路：
二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号。
(a) 集电极调幅电路
集电极调幅的原理分析:
(b) 基极调幅电路
基极调幅的波形
(1)二极管电路
(a) 单二极管调制电路
(b) 平衡二极管调制电路
(2) 利用(单)差分对电路产生普通调幅波
(3)利用模拟乘法器产生AM信号电路
２．低电平AM调制
(a) 单二极管调制电路
一是起高频滤波作用。
故必须满足：
式中：ωc为输入信号的载频,在超外差接收机中则为中频ωI Ω为调制频率。 即在理想情况下,RC网络的阻抗Z应为
第六章 振幅调制解调及混频
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
P边频
1 mUC 2RL 2
m2 Pc 4
2
高 拟 子 子 模 频 电 电 线 路线 路 模 拟 电 子 线 路
(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，
2
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
20
高 拟 子 子 模 频 电 电 线 路线 路 模 拟 电 子 线 路
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。
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。
18
高 拟 子 子 模 频 电 电 线 路线 路 模 拟 电 子 线 路
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
第6章振幅调制解调与混频说课讲解
抑制载波的单边带调制SSB-SC Single SideBand Suppressed carrier
6.1.1振幅调制信号分析 1. AM调幅波 1)数学表达式
uC U C cos ct
调制信号为单频余弦波
载波 u C U C c o s c t
u U cos t
已调信号振幅 U m t U C U C t
U C co c t m s 2 U C co c s) t (m 2 U C co c s) t(
U
0F (a )
Uc
f 调幅过程实际是频谱搬 移过程，即将调制信号 的频谱搬移到载波附近，
成为对称排列的在载波
0
fc
f 频率两侧的上下边频，
(b ) 1
幅度等于mUC/2
m/2
m/2
0
fc－ F fc fc＋ F
BW 20k 2 f0 10k
高频（射频）: 高频窄带信号
AM广播信号: 535 ～1605kHz，BW=20kHz
f max 3 f min
BW 20k 1 f0 100k0 50
BW f 0 Q
low
20 10k 20k
100k
频谱搬移
1000k
high
3. 调制的方式和分类
调制
调幅 连续波调制 调频
c－ min
c＋ min
BW
4）产生原理框图
u AtM U C 1 m c o tcs o c t s
1U ka CUcostUCcocst u
＋ 常数
×
uAM
uc
(a)
U C cc o t k a U s c t o U C c sc o t s
6.1.1振幅调制信号分析 1. AM调幅波 1)数学表达式
uC U C cos ct
调制信号为单频余弦波
载波 u C U C c o s c t
u U cos t
已调信号振幅 U m t U C U C t
U C co c t m s 2 U C co c s) t (m 2 U C co c s) t(
U
0F (a )
Uc
f 调幅过程实际是频谱搬 移过程，即将调制信号 的频谱搬移到载波附近，
成为对称排列的在载波
0
fc
f 频率两侧的上下边频，
(b ) 1
幅度等于mUC/2
m/2
m/2
0
fc－ F fc fc＋ F
BW 20k 2 f0 10k
高频（射频）: 高频窄带信号
AM广播信号: 535 ～1605kHz，BW=20kHz
f max 3 f min
BW 20k 1 f0 100k0 50
BW f 0 Q
low
20 10k 20k
100k
频谱搬移
1000k
high
3. 调制的方式和分类
调制
调幅 连续波调制 调频
c－ min
c＋ min
BW
4）产生原理框图
u AtM U C 1 m c o tcs o c t s
1U ka CUcostUCcocst u
＋ 常数
×
uAM
uc
(a)
U C cc o t k a U s c t o U C c sc o t s
第6章振幅调制、解调及混频
《高频电子线路》
4
精品资料
（6-1） （6-2）
第6章振幅调制、 解调及混频
根据振幅调制信号的定义(dìngyì)，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+ cosΩt) = UC(1+ mcosΩt) （6-3）
时， u D S B ( t ) k U C U c o s t c o s c t g ( t ) c o s c t（6-16）
其中g(t)在是可正可负的，它与普通调幅波的幅度函数U(t)是 不同的。信号波形如图6-6所示。
《高频电子线路》
18
精品资料
第6章振幅调制、 解调及混频
u
(b)
图6-5 语音(yǔyīn) （a）语音(yǔyīn)频谱（b）已调信号频谱
《高频电子线路》
14
精品资料
第6章振幅调制、 解调及混频
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。
根据(gēnjù)前面的有关公式，在负载电阻RL上消耗的
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(zhèngxián)信号，也可是非正弦(zhèngxián)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。
0
t
(a ) uC
0
第6章振幅调制解调及溷频1154页
调幅方法
集电极调幅 高电平调幅
基极调幅
《高频电路原理与分析》
第6章振幅调制、 解调及混频
1.定义
fo–fs =fi
高频放大 混频
fs
fs
中频放大 检波 低频放大
fi
F
F
fo 本地振荡
从振幅受调制的高频信号中 《高频电路原理与分析》还原出原调制的信号。
第6章振幅调制、 解调及混频
《高频电路原理与图分6析.1》.1 检波器的输入输出波形
1. 调制的原因 便于不同电台相同频段基带信号的同时接收
c1
c2
频谱搬移
《高频电路原理与分析》
第6章振幅调制、 解调及混频
2. 调制的方式和分类
调制
调幅 连续波调制 调频
调相
振幅调制 脉冲波调制 脉宽调制
脉位调制 编码调制
《高频电路原理与分析》
第6章振幅调制、 解调及混频
3. 调幅的方法
低电平调幅
n)t
n
1 2
mn
c
os(c
n)t
信号带宽 B2Ωmax
调制信号
载波
Ωmaaxx
调幅波
《高频电路原理与分析》
ωc
下边带
上边带
ωc-Ωmax
c
ωc+Ωmax
第6章振幅调制、 解调及混频
33)33 3）调幅波的功率
u (t) U c(1 m acΩ o)c sto c ts
Uc
如果将普通调幅波输送功率至 电阻R上，则载波与两个边频将分别
即：
U m (t) U c( 1 k U a V c co t)s U c( 1 m aco t)s
式中ma为调制度，
高频电路原理与分析-第6章振幅调制解调与混频课件.ppt
第6章振幅调制、 解调及混频
为了避免产生惰性失真,必须在任何一个高频周期
内,使电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速
度,即
uo U (t) t t
(6―55)
如果输入信号为单音调制的AM波,在t1时刻其包络 的变化速度为
U (t) t
t t1
mUmsin t1
(6―57)
《高频电路原理与分析》
为四象限乘法器
实际典型值：vc(60mv)、 vΩ (300mv)、输出载波抑制
可达60dB。
第6章振幅调制、 解调及混频
二、开关型调幅电路 要求：Vc>>VΩ 即：vc等效为开关函数S(t) 1．双二极管平衡调幅电路
《高频电路原理与分析》
第6章振幅调制、 解调及混频
设：二极管导通电阻为RD，等效负载为2RL 对于D1、D2： vc是共模信号，在RL上相消， vΩ是差模信号，vΩS(t)在RL上相加。
0.6
0.4 0.2
0 10
RC＝ ∞ RC＝ 5
RC＝ 0
gDR
10 0
10 00
图6―40 滤波电路对Kd的影响
《高频电路原理与分析》
第6章振幅调制、 解调及混频
2) 输入电阻Ri
检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci, 如图6―41所示。输入电阻是输入载波电压的振幅Um与 检波器电流的基频分量振幅I1之比值,即
三、晶体管调幅电路 基极(发射极)调幅： vΩ控制基极(发射极)电压。 集电极(漏极)调幅： vΩ控制集电极(漏极)电压。 由选频网络选出vo(已调信号)。 1.基极调幅电路(发射极调幅电路)
《高频电路原理与分析》
第6章振幅调制、 解调及混频
6振幅调制、解调及混频课件
高频电子线路
调幅波的功率
为了提高功率利用率, 可以只发送两个边频分量而不发送 载频分量, 或者进一步仅发送其中一个边频分量, 同样可以将 调制信息包含在调幅信号中。 这两种调幅方式分别称为抑制 载波的双边带调幅(简称双边带调幅，DSB)和抑制载波的单 边带调幅(简称单边带调幅，SSB)。
0 1
2 o 2
高频电子线路
课堂练习
某发射机的输出级在RL=100Ω负载上的输出电压信号为 vs(t)=4(1+0.5cosΩt)cosωct (V)，求发射机总的输出功率Pav、 载波功率Pc和边频功率PSB各为多少？
高频电子线路
课堂练习
某发射机的输出级在RL=100Ω负载上的输出电压信号为 vs(t)=4(1+0.5cosΩt)cosωct (V)，求发射机总的输出功率Pav、 载波功率Pc和边频功率PSB各为多少？
求：1、调幅系数为多少？定性绘出u(t)的波形。 2、 u(t)的频带宽度为多少？ 3、若载波功率为100W，则总的边频功率占总功率的百分
比是多少？
高频电子线路
课堂练习
已知某调幅信号：
u(t)=2cos2π×106 t + 0.4cos2π(106 + 5×103) t + 0.4cos2 π(106 - 5×103) t (V)
求：1、调幅系数为多少？定性绘出u(t)的波形。 2、 u(t)的频带宽度为多少？ 3、若载波功率为100W，则总的边频功率占总功率的百分
比是多少？
解： 2、 频带宽度：2×5K＝10KHz
高频电子线路
课堂练习
已知某调幅信号：
u(t)=2cos2π×106 t + 0.4cos2π(106 + 5×103) t + 0.4cos2 π(106 - 5×103) t (V)
第6章振幅调制、解调及混频1.知识讲解
调制信号为一连续频谱信号：f（t） ——均值为零的归一化信号
调幅波信号： u A M (t) U C [1 m f(t)]c o sc t
实际调制信号的调幅波形：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
3) 调制信号为单一频率的正弦波时： uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct
取上边带时：
取下边带时： 单音调制的SSB信号波形：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
双音调制时产生的SSB信号 设双音频振幅相等 Ω2＞Ω1时， 受uΩ调制的双边带信号：
取上边带：
取下边带：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
等幅双音信号波形：
等幅双音信号频谱：
SSB信号波形：
调制信号频谱：
载波信号频谱：
AM信号频谱：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
多频调制情况下： ——以语音信号为例 语音频谱：
已调信号频谱：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
AM信号的产生原理图： uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct
AM信号的平均功率：
边频功率、载波功率、AM波平均功率的关系：
PavPc 2P边频
两个边频总功率 m 2
载波功率
2
AM调制方式中： 载波功率（不含调制信号）占总功率的2/3以上； 边频总功率（含调制信号）小于总功率的1/3 功率浪费大，效率低
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
2. 双边带信号(DSB) 双边带信号——在AM调制过程中，将载波抑制就形成抑制
调幅波信号： u A M (t) U C [1 m f(t)]c o sc t
实际调制信号的调幅波形：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
3) 调制信号为单一频率的正弦波时： uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct
取上边带时：
取下边带时： 单音调制的SSB信号波形：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
双音调制时产生的SSB信号 设双音频振幅相等 Ω2＞Ω1时， 受uΩ调制的双边带信号：
取上边带：
取下边带：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
等幅双音信号波形：
等幅双音信号频谱：
SSB信号波形：
调制信号频谱：
载波信号频谱：
AM信号频谱：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
多频调制情况下： ——以语音信号为例 语音频谱：
已调信号频谱：
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
AM信号的产生原理图： uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct
AM信号的平均功率：
边频功率、载波功率、AM波平均功率的关系：
PavPc 2P边频
两个边频总功率 m 2
载波功率
2
AM调制方式中： 载波功率（不含调制信号）占总功率的2/3以上； 边频总功率（含调制信号）小于总功率的1/3 功率浪费大，效率低
高频电路原理与分析 ——第6章振幅调制、解调及混频
2. 双边带信号(DSB) 双边带信号——在AM调制过程中，将载波抑制就形成抑制
高频电子线路第6章--振幅调制解调及混频
调制信号的傅里叶级数展开：
f(t) Unco sn(tn)
n1
连续谱信号的AM已调波又 可以表示为：
u A ( tM ) U C 1 n 1 m n c o n t sn ) ( co c t， m s n k a U U c n 1
2021/3/10
讲解：XX
5
AM信号的产生原理图：由加法器和乘法器完成。
(2) 低电平调制：将调制和功放分开，调制后的信号是低电平信 号，需要经过功率放大器才能送到天线。AM、DSB、SSB、 FM(第七章讲)均可以采用这种方式。
2021/3/10
讲解：XX
21
1. AM调制
AM信号可以采用高电平调制和低电平调制。
1) 高电平调制：分为集电极调幅和基极调幅。
(1) 集电极调幅：利用高频功放集电极调制特性，放大器应工
2021/3/10
讲解：XX
17
希尔伯特变换的频域解释：
1 t js(g ) n F ˆ()js(g )F n ()F ()ej/2sg ()n f(t) F ()
上式意味着对F(ω)的各频率分量均移相－π/2！
2021/3/10
讲解：XX
18
语音调制的DSB信号和SSB信号频谱比较：
2021/3/10
讲解：XX
20
二、振幅调制电路
原理：振幅调制过程属于频谱的线性搬移，因此可以利用上一 章讲的频谱线性搬移电路来实现振幅调制。
要求：调制效率高、调制的线性范围大、失真小。
方式：高电平调制和低电平调制。
(1) 高电平调制：将调制过程和功率放大过程合二为一，利用高 频功放的调制特性来完成调制，高电平调制主要用于形成AM信 号；
假设负载阻抗为RL。以单频AM波为例讨论。
f(t) Unco sn(tn)
n1
连续谱信号的AM已调波又 可以表示为：
u A ( tM ) U C 1 n 1 m n c o n t sn ) ( co c t， m s n k a U U c n 1
2021/3/10
讲解：XX
5
AM信号的产生原理图：由加法器和乘法器完成。
(2) 低电平调制：将调制和功放分开，调制后的信号是低电平信 号，需要经过功率放大器才能送到天线。AM、DSB、SSB、 FM(第七章讲)均可以采用这种方式。
2021/3/10
讲解：XX
21
1. AM调制
AM信号可以采用高电平调制和低电平调制。
1) 高电平调制：分为集电极调幅和基极调幅。
(1) 集电极调幅：利用高频功放集电极调制特性，放大器应工
2021/3/10
讲解：XX
17
希尔伯特变换的频域解释：
1 t js(g ) n F ˆ()js(g )F n ()F ()ej/2sg ()n f(t) F ()
上式意味着对F(ω)的各频率分量均移相－π/2！
2021/3/10
讲解：XX
18
语音调制的DSB信号和SSB信号频谱比较：
2021/3/10
讲解：XX
20
二、振幅调制电路
原理：振幅调制过程属于频谱的线性搬移，因此可以利用上一 章讲的频谱线性搬移电路来实现振幅调制。
要求：调制效率高、调制的线性范围大、失真小。
方式：高电平调制和低电平调制。
(1) 高电平调制：将调制过程和功率放大过程合二为一，利用高 频功放的调制特性来完成调制，高电平调制主要用于形成AM信 号；
假设负载阻抗为RL。以单频AM波为例讨论。
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
5
4．两种类型的频谱变换电路 两种类型的频谱变换电路 ① 频谱搬移电路： 频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。 将输入信号的频谱沿频率轴搬移。 例：振幅调制、 振幅调制、解调、 解调、混频电路( 混频电路(本章讨论) 本章讨论)。
特点： 特点：仅频谱搬移， 仅频谱搬移，不产生新的频谱分量。 不产生新的频谱分量。 ② 频谱非线性变换电路： 频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进行特定 的非线性变换。 的非线性变换。 例：频率调制与解调电路( 频率调制与解调电路(第 7 章讨论) 讨论)。 特点： 特点：产生新的频谱分量。 产生新的频谱分量。
第6章 振幅调制、 解调及混频
6
6.1 振幅调制
(1) 调制： 调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程 (2)解调： 解调：调制的逆过程， 调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。 即从已调波中恢复原调制信号的过程。 (3)载波信号： 载波信号：未受到调制的（ 未受到调制的（等幅） 等幅）高频振荡信号 （4）振幅调制： 振幅调制：由调制信号去控制载波振幅， 调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振 幅 随调制信号线性变化。 随调制信号线性变化。
第6章 振幅调制、 解调及混频
3
1．地位 通信系统的基本电路。 通信系统的基本电路。 2．特点 对电路中信号频谱进行的变换， 对电路中信号频谱进行的变换，电路有新频率成分产生。 电路有新频率成分产生。 为此， 需引用一些信号与频谱的概念。 为此 ，需引用一些信号与频谱的概念 。
第6章 振幅调制、 解调及混频
第6章 多频调制
振 幅
第6章 振幅调制、解调与混频
载波
调幅波
ω0
下边频 上边频
ω0 -
ω0 +
振幅调制、 第6章 振幅调制、解调与混频
20
限带信号的调幅波
u AM ( t ) = U 0 1 + ∑ m n cos n t cos ω 0 t n 1 1 = U 0 cos ω 0 t + ∑ m n cos( ω 0 + n ) t + m n cos( ω 0 − Ω n ) t 2 n 2 = U 0 cos ω 0 t +
a3 3 U0 4
0
2 3
ω0 − ω0 − 2
ω
ω0 + ω +2 0 0
2ω 0 −
2ω 0
2ω 0 +
3ω 0ω
振幅调制、 第6章 振幅调制、解调与混频
33
平衡调制器电路
uΩ
uΩ
uΩ
uΩ uΩ
u0
u0
振幅调制、 第6章 振幅调制、解调与混频
34
平衡调幅器
如果要获得抑制载波的双边带信号， 如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示 式
16
u m ( t ) = U 0 ( 1 + m a cos Ω t )
Vmax = Vo (1+ ma )
Vo
Vmin =Vo (1−ma )
波形特点： 波形特点： • 调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致 幅波的振幅（包络） • 调幅度 a反映了调幅的强弱度 调幅度m
1 (U max − U min ) U − U 0 U 0 − U min ma = 2 = max = U0 U0 U0
第6章_振幅调制、解调及混频
振幅调制 解调（检波)
混频（变频） 定义： 图像 调制信号：需要传输的信号（原始信号）
密码
属于
频谱线性搬移电路
语言
u U cost
信号
载波信号：（等幅）高频振荡信号
正弦波 方波
三角波 锯齿波
uC UC cos(ct )
已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号） (1) 调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。
C
(t) E
C 0
U
cos t
集电极调幅过程示意图
ic ic uBEmax Ec0 t Ic1 uΩ(t) t t uCE Ec(t)
Ic1
过压 临界 欠压
+ uo -
EC0
uΩ(t)
EC
集电极调幅的特点：要实现集电极调幅，应使Ic1与uΩ成线性关 系，故应使放大器工作于过压状态。 优点: 集电极效率高，适于大功率调幅机。
(1)它是何种已调波? (2)画出它的频谱图; (3)求它在负载RL=1Ω时的载波功率PC, 平均功率Pav及边频功率PSB; （4）占据带宽BW.
解:
u （ 8cos 200 t cos180 t cos 220 t (V ) 0 t）
1 1 （） 1 u0 (t ) U c cos ct mU c cos （c )t mU c cos （c )t 2 2 知它是普通调幅波. 1 2 (2)U c 8V ,由 mU c 1, 得m 0.25 2 8 200 fc 100 Hz , F 10 Hz 2 1 U C 2 1 82 (3) PC 32W 2 R 2 1 1 1 PSB m 2 PC 0.252 32 1W 2 2 Pav PC PSB 32 1 33W BW 110 90 20 Hz
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包络 未调制
V Vmin m下 cm Vcm
0
t
23
(b )
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
(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
6
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）
n 1
m n cos( nt n ) cos ct
式中，mn=kaUΩn/UC
14
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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
11
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
12
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
18
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
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
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
19
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
13
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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。
7
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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
3
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
(3)通信系统中的发送与接收设备
调幅发射机方框原理图
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
25
调制信 号 载波信 号
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。
9
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
10
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
17
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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。
16
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
单音调制时已调波的频谱
调制信号频 谱
15
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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
2
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
(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，
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
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
20
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
2 c
2
Pusb Plsb
m2 4
W Pc 0.3125
W P t P c P tsb 5.625
22
Ptsb / Pt 0.625 / 5.625 11.11%
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
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
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
V Vmin m下 cm Vcm
0
t
23
(b )
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
(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
6
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）
n 1
m n cos( nt n ) cos ct
式中，mn=kaUΩn/UC
14
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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
11
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
12
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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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高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
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
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
19
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
13
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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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高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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
3
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
(3)通信系统中的发送与接收设备
调幅发射机方框原理图
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
25
调制信 号 载波信 号
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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高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
10
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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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高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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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高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
单音调制时已调波的频谱
调制信号频 谱
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高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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
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
2
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
(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，
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
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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高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
2 c
2
Pusb Plsb
m2 4
W Pc 0.3125
W P t P c P tsb 5.625
22
Ptsb / Pt 0.625 / 5.625 11.11%
高 频 电电 子 线 拟 电 子路 线 路 路 模 模 拟 子 线
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。
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
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