9振幅调制与解调详解

9 振幅调制与解调9.1.1 概述为什么要调制？◆信号不调制进行发射天线太长，无法架设。

◆ 信号不调制进行传播会相互干扰，无法接收。

调制的必要性：可实现有效地发射，可实现有选择地接收。

调制按载波的不同可分为脉冲调制、正弦调制和对光波进行的光强度调制等。

按调制信号的形式可以分为模拟调制和数字调制。

调制信号为模拟信号的称为模拟调制，调制信号为数字信号的称为数字调制。

正弦波调制有幅度调制AM 、频率调制FM 和相位调制PM 三种基本方式，后两者合称为角度调制。

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。

几个基本概念：⒈ 载波：高频振荡波； ⒉ 载频：载波的频率⒊ 调制：将低频信号“装载”在载波上的过程。

即用低频信号去控制高频振荡波的某个参数，使高频信号具有低频信号的特征的过程；⒋ 已调波：经调制后的高频振荡波；⒌ 解调：从已调信号中取出原来的信息；⒍ 调制信号：低频信号（需传送的信息）。

♦ 模拟调制有以正弦波为载波的幅度调制和角度调制。

♦ 幅度调制，调制后的信号频谱和基带信号频谱之间保持线性平移关系，称为线性幅度调制。

（振幅调制、解调、混频）♦ 角度调制中，频谱搬移时没有线性对应关系，称为非线性角度调制。

（频率调制与解调电路） ⒈ 什么是调幅？定义 ：载波的振幅值随调制信号的大小作线性变化，称为振幅调制，简称调幅（AM ）实现调幅的方法有：低电平调幅和高电平调幅。

◆低电平调幅：调制过程是在低电平进行，因而需要的调制功率比较小。

有以下两种：1.平方律调幅：利用电子器件的伏安特性曲线平方律部分的非线性作用进行调幅。

2.斩波调幅：将所要传输的音频信号按照载波频率来斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器，取出调幅成分。

◆高电平调幅：调制过程是在低电平进行，通常在丙内放大器中进行。

1.低集电极（阳极）调幅；2.基极（控制栅极）调幅： 图0普通调幅电路模型♦ 普通调幅（AM ）：含载频、上、下边带♦ 双边带调幅（DSB ）：不含载频♦ 单边带调幅（SSB ）：只含一个边带♦ 残留单边带调幅（VSB ）：含载频、一个边带9.1.2 检波简述检波过程是一个解调过程，它与调制过程正相反。

检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。

还原所得的信号与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称为包络检波器。

由频谱来看，检波就是将调幅信号频谱由高频搬移到低频，如图9.1.2所示(此图为单音频 调制的情况)。

检波过程也是要应用非线性器件进行频率变换，首先产生许多新频率，然后通过滤波器，振幅调制过程：AM 调制 DSB 调制 SSB 调制解调过程 包络检波(非相干）： 同步检波（相干）： 峰值包络检波 平均包络检波乘积型同步检波 叠加型同步检波滤除无用频率分量，取出所需要的原调制信号。

图9.1.1 检波器的输入输出波形图9.1.2检波前后的频谱 图9.1.3检波器的组成部分综上，一个检波器需由三个重要部分组成1)高频信号输入电路。

2)非线性器件。

通常用二极管或晶体管工作于非线性状态。

3)低通滤波器。

通常用RC 电路，取出原调制频率分量，滤除高频分量。

9.2 调幅波的性质9.2.1 调幅波的数学表达式与频谱调制信号为：t V v Ω=ΩΩcos ；载波为：t V v 00cos ω=，那么在理想情况下，已调波的振幅为：t V k V t V a Ω+=Ωcos )(0，a k 是比例系数。

因此，已调波可以用以下式子表示：t V v 00cos ω=()t t V k V a 00cos cos ωΩ+=Ω()t t m V a 00cos cos 1ωΩ+=，（式9.2.3） 其中0V V k m a a Ω=，叫做调幅指数或者调幅度，通常用百分比表示。

m a 的数值在0到1之间，其绝对值应该不超过1，如果m a >1，那么，已调波的包络会产生严重失真。

这样的已调波检波以后，不能够恢复到原来的信号。

因此，过量调幅应尽量避免。

图9.2.1 （a ）调制信号 （b ） 载波信号 （c ）调幅波形 ---调幅波的形成(正弦调制)将式9.2.3展开为：()()()t V m t V m t V t t m V v a a a Ω-+Ω++=Ω+=00000000cos 5.0cos 5.0cos cos cos 1ωωωω， 式(9.2.5)说明，由正弦波调制的调幅波是由三个不同频率的正弦波组成的：第一项为未调幅的载波；第二项的额率等于载波频率与调制频率之和，叫做上边频(高旁频)：第三项的频率等于载波频率与调制频率之差，叫做下边频(低旁额)。

后两个频率显然是由于调制产生的新频率。

把这三组正弦波的相对振幅与频率的关系画出来，就得到如图9.2.4所示的频谱图。

由于m a 的最大值只能等于l ，因此边频振幅的最大值不能超过载波振幅的二分之一。

图9.2.4 正弦调制的调幅波频谱 以上讨论的是一个单音信号对载波进行调幅的最简单情形，这时只产生两个边频。

实际上，通常的调制信号是比较复杂的，含有许多频率，因此由它历产生的调幅彼中的上边频和下边频都不再只是一个，而是许多个，组成了所谓上边频带与下边频带。

调幅波的两个边带的频谱分布对载波是对称的，可分别用(0.5g(w 0+Ω)与(0.5g(w 0-Ω)来表示。

由图显然可知，调幅过程实际上是一种频率搬移过程。

经过调制后，调制信号的频谱被搬移到载频附近，成为上边带与下边带。

9.2.2 调幅波中的功率关系如果将式(9.2.5)所代表的调幅波电源输送功率至电阻R 上，则载波与两个边频将分别给出如下的功率：◆载波功率 RV P T 20021= ◆下边频功率()T a a P m R V m P 022*******=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Ω-ω◆下边频功率()T a a P m R V m P 0220412120=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Ω+ω◆调幅波的平均输出总功率（一周期内）为：()()()2005.0100a T T o m P P P P P +=++=Ω-Ω+ωω， 在没有调幅时，ma ＝0，Po ＝P 0T ；在100％调幅时，ma ＝1，Po ＝0.5P 0T ，因此，调幅波的功率随着ma 的增大而增大，其所增加的部分只是两个边频所产生的功率0.5ma P 0T 2。

由于信号包含在边频带内，应该尽量提高ma 的值，以增强边带功率，提高信号的传输能力。

但在实际传送语言或音乐时，平均调幅度往往是很小的。

假如声音最强时，能使ma 达到100％，那么声音员弱时，ma 就可能比10％还要小。

因此．平均调幅度大约只有20％一30％o 这样，发射机的实际有用倍号功率就很小，因而整机效率低。

这可以说是调幅制本身所固有的缺点。

9.3 平方律调幅9.3.1 工作原理要进行平方律调制，必须利用电子器件的非线性特性。

半导体器件与电子管等都是可以用作进行调幅的非线性器件。

图9.3.1表示非线性调制的方框图。

将调制信号v 与载波信号v 相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为w 0的带通滤波器取出输出电压v 0中的调幅被成分v(t)。

图9.3.1 非线性调幅方框图设非线性器件为二极管，特性为：22100i i v a v a a v ++=， t V t w V v v v i Ω+=+=ΩΩcos cos 00()()[]()t w t m V a t w t V a a V a tw t V V a t w V a t w t w V V a t w V a t v a 001012010020010002001cos cos 1cos cos 21cos cos 2cos cos cos cos )(Ω+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Ω+=Ω+=Ω-+Ω++=ΩΩΩ其中，12/2a V a m a Ω=◆线性项(系数为a1)不产生新频率，只是再现原有频率w 0与Ω；◆平方项(系数为a2)产生直流增量、（w 0+Ω)、（w 0-Ω)、2 w 0与2Ω等项．其中(（w 0+Ω)、（w 0-Ω))项为预期获得的调幅波边频。

结论：◆调幅度ma 的大小由调制信号电压振幅ΩV 及调制器的特性曲线所决定，即由a1、a2所决定。

◆通常a2 <a1，因此用这种方法所得到的调幅度是不大的。

为了使电子器件工作于平方律部分，电子管或晶体管应工作于甲类非线性状态， 因此效率不高。

所以，这种调幅方法主要用于低电平调制。

此外，它还可以组成平衡调幅器，以抑除载波。

9.3.2 平衡调幅器将两个平方律调幅器按照图9.3.2的对称形式连接，就构成平衡调幅器。

这里是用二扳管的平方律特性进行调幅的。

平衡调幅器的输出电压只有两个上、下边带，没有载波。

亦即平衡调幅器的输出是载波被抑止的双边带。

由图知：2121101v b v b b i ++= 2222102v b v b b i ++=图9.3.2 串联双二极管平衡调幅器简化电路 t V t w V v v v Ω+=+=ΩΩcos cos 001 t V t w V v v v Ω-=-=ΩΩcos cos 002，带入可以求得： ()()()()[]t w t w V V Rb t V Rb vv b V b R R i i v o Ω-+Ω++Ω=+=-=ΩΩΩΩ000212121cos cos 2cos 212显然可知，输出中没有载波分量，只有上下边带与调制信号频率Ω(可用滤波器滤掉)，亦即平衡调幅器的输出是载波校抑止的双边带（以DSB-SC 表示）。

以上是假设所有的二极管(或三极管)的特性都相同，电路完全对称。

这样，输出中才能将载波完全抑止。

事实上，电子器件的特性不可能完全相同，所用的变压器也难于做到完全对称。

这就会有载波漏到输出中去，形成载漏（carrier leak ）。

因此，电路中要加平衡装置，以使载漏减至最小。

9.4 斩波调幅所谓斩波调幅就是将所要传送的信号()t v Ω通过一个受载波频率wo 控制的开关电路(斩波电路)，以使它的输出波形被“斩”成周期为0/2w π的脉冲，因而包含Ω 0w 只及各种谐波分量等。

再通过中心频率为wo 的带通滤波器，取出所需要的调幅波输出vo(t)。

如图9.4.1。

图9.4.1 斩波调幅器方框图 图9.4.3平衡斩波调幅器方框图()⎩⎨⎧+=011t S 0cos 0cos 00<≥t w t w ，S 1（t ）是振幅为1，重复周期是0/2w π的矩形波。

斩波后，v （t ）＝()t v ΩS 1（t ）S 1（t ）的傅立叶级数展开为：S 1（t ）＝....5cos 523cos 32cos 221000++-+t w t w t w πππ 即....5cos )(523cos )(32cos )(2)(21)(000++-+=ΩΩΩΩt w t v t w t v t w t v t v t v πππ 如果，t V t v Ω=ΩΩcos )(，则其中包含了.....3,,00Ω±Ω±Ωw w 等项，通过中心频率为w 0的带同滤波器后，即取出了Ω±0w 项，即是输出是载波被抑制的双边带Ω±0w 输出。