信号的幅度调制原理

摘 要 : 调制是将要传送的信息装载到某一高频 ( 载波 ) 信号上 去的过 程 。 幅度 调制是用 调制信 号去控 制载波 的 振幅 , 使其随调制信号线性变化 , 而保持载波的频率不 变 。 在幅 度调制中 , 根 据已调 信号的 频谱分量 不同 , 分为 普 通调幅 ( 标准调幅 AM ) 、 抑制载波的双边带调幅 ( DSB) 、 抑制载波的单边带调幅 ( SSB) 等 。 它们的主 要区别是产 生 的方法和 频谱结构不同 。 普通调幅 ( AM ) 的载波不含信息却占用了 大部的信号能量 , 从而造成 白白的浪 费 , 抑制 载 波调幅 ( DSB、 SSB) 只发送边带信号 , 效率明显提高 , 但是在解调时需要恢复被抑制的载波 。 关键词 : 载波 ; 调制 ; 振幅 ; 调幅 ; 频谱 作者简介 : 郭宗光 ( 1956 ) ), 男 , 山东陵县人 , 大庆师范学院物理系副教授 , 研究方向 : 无线电电子学 。 中图分类号 : TN 919. 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1006- 2165( 2005) 04- 0053- 03 收稿日期 : 2005- 07- 01
1 调幅波的性质
( 1) 调幅波的数 学表达式 通常调制要传送 的信号 波形是 比较 复杂的 , 但 无论 多么 复杂的信号都可用傅氏级数分 解为若干正弦信号之 和。为了 分析方便 起 见 , 我 们 一 般把 调 制 信 号 看 成 一 简 谐 信 号 kd 。 ( 为传输系数 ) 8 t , 载波 信 号 M 设简谐调 制 信 号 M 8 ( t) = V 8 cos o ( t) = V o CO SX o t , 则调幅波的振幅 V ( t) = Vo + Kd V 8 cos8 t= Vo 1+ Kd V 8 cos8 t = Vo ( 1+ Vo ( 1)
当 mõ =
l时 , 调幅 达到 最大 值 , 称为 百分 之 百调 幅。当
m õ > 1 时 , AM 信号波形将 出现某一 段时 间包 络反相 , 称 为过 调制 , 如图 3 所示。这将使被传送的信号产生 失真 , 实 际电路 中必须避免。
2 抑制载波的双边带调幅与单边带调幅
( 1) 抑制载波的双边带调幅 从普通调幅波的 功率 关系 知道 , 当 m õ = 1 时 , 其中 2 的 3
( 2) 普通调幅波的波形图 根据以上写出的调制 信号、 高 频振 荡信号 及调 幅波的 数 学表达式 , 当载波频率 X o > > 调 制信号频 率 8 且 0 < m AF 1 时 , 可画出 M 8 ( t), M o ( t) 和已调幅波 T( t) 的波形 , 如图 1 所示。 从图中可看出调幅波是一个载波振幅按照调 制信号的大 小线 性变化的高频信号 , 频率为载波频率。
m õ co s8 t), 普通调幅信号的数学表达式为 M ( t) = V o ( 1+ m õ co s8 t) . cosX o t K d V8 式中 m õ = 称为调幅 度 , 是 调幅波的 主要参数之 一 , Vo 它表示载波电压振幅 受调制信号 控制后改 变的程 度。一般 0 < m õ F 1。 ( a) 调制信号
( 2) 单边带调幅 从频谱图上可以看出 , 上 边频 与下 边频的 频谱 分量是 对 ( a) 调 制信号为正弦波 称的 , 都含有相同的信 息。因此 , 为 了节省 所占 有的频 带 , 提 高频带利用率 , 也可以只发送单个边带信号 , 称之为单边 带通 信 ( SSB), 这 种调制方式既节约了功 率又节省 了频带 , 但 设备 较复杂。 单边带调幅波的数学表达式为 M ( t) = 或 ( b) 调制信号为非正弦波 图 4 调幅信号 的频谱图 M ( t) = 1 m V cos ( X o - 8 ) t 2 õ o ( 12) 1 m V cos ( X o + 8 ) t 2 õ o ( 11)
调制是将要传送的信息装载到某一 高频振荡 ( 载频 ) 信 号上去的过程。按照所 采用 的载波 波形 , 调 制可分 为连 续波 ( 正弦波 ) 调制 和脉 冲调 制。连续 波调 制 以单 频正 弦波 为载 波 , 可用数学式 a( t) = A COS( X + U ) 表示 , 受控参数可 以是载 调 频 ( FM ) 波的幅度 Am, 频率 X 或 相位 U 因而有 调幅 ( AM ) 、 和调相 ( PM ) 三种方式。脉冲调制以矩形脉冲 为载波 , 受控参 数可以是脉冲高度、 脉冲 宽度 或脉 冲位置。 相应地 就有 脉冲 调幅 ( PAM, 脉冲调宽 ( P WM ) 和脉冲调位 ( PPM ) 。 振幅调制是用调 制信号 ( 基 带信号 ) 去 控制载 波的振 幅 , 使其随调制信号线 性变化 , 而 保持 载波的 频率 不变。在 幅度 调制中 , 又根据所取出已调信号的频谱分量不 同 , 分为 普通调 幅 ( 标准调幅 AM ) 、 抑制载波的双边 带调幅 ( D SB) 、 抑制 载波 的单边带调幅 ( SSB) 等。它们的 主要区 别是产生 的方法 和频 谱结构不同。
第 25 卷
第 4期
源自文库
大 庆师范学院学报 JOURNA L O F DAQ I NG NORM AL UN I VER SITY
Vo. l 25 N o . 4 O ctober , 2005
2005 年 10 月
信号的幅度调制原理
郭宗光, 邹立君
( 大庆师范学院 物理系 , 黑龙江 大庆 163712)
PSB1 = PSB 2 = ( b) 已调波形 图 2 由非正弦波调制所 得到的调查幅波形 m õ上 Vm õx - vo vo - Vm in = , m õ下 = vo vo ⑶
上下边频总功率 PDSB = 2PSSB = ⑻
在调幅信号一周期内 , AM 信号的平均输出功率是 P M A = P OT + PDSB = 1+ 1 m 2 2 õ POT ⑼
或 vDSB ( t) = Vo cos8 . tco sX o t
其波形图和频谱图可见 表 1。双边带 调幅信 号的振 幅仍 随调制信号变化 , 但 已不是 在 vo 值基础 上变 化 , 而是 在零 值 上下变化。在调 制信号 v8 ( t) = 0 的瞬 间 , 高频 载波 的相 位 出现 180b突变 , 呈 现 M 型。与 普通调 幅波 相比 , 双边 带调 幅 的频谱图中抑制 掉了 载波 分量 ( 虚线 ) 。其 所占 据的 频带 宽 度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍。即 BDSB = 2Fmax 表 1 三种振幅调制信号
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( 4) 普通调幅波的功率关系 将式 ( 1) 所示 调幅 波作用 在负 载电阻 R 上 , 则可 求出 其 功率关系 : 载波功率 POT =
2 1 vo 2 R
( 6)
每个边频功率 ( 上边频或下边频 ) 1 2 1 m v2 2 õ o 1 = m õ 2 POT R 4 1 m 2P 2 õ OT ⑺
( a) 调制信号 由图 1 可知 :
( b) 载 波
( c) 调幅波
图 1 振幅调制波形图 1 ( Vmõx - Vm in ) V m õx - V V o - Vm in o 2 = = Vo Vo Vo
mõ =
⑵
若调制信号为非对称信号 , 如图 2 所示 , 则此时调幅 度分 为上调幅度 m õ上 和下调幅度 m õ下 , m õ 越大 , 调幅越深。
( a) 广播电视台系统发端滤波器特性
M odulation P rinciple of the Range of Signal GUO Zong- guang , ZOU L i- jun
( Physics Departm en, t Daqin g Nor m a l University , Daqing 163712) Abstract : M odulation is the process o f loadin g the infor m ation to be de liv ered onto a certa in ( signal carrier) sig nal of high frequency . Amp litude m odulation is to control the am plitude o f signal carrier and m ake it change linearly w ith m odulat io n signals andm ainta in its frequency . In the m odulat io n o f am plitude , there are ordinary amp litude m od u lation ( the standard am plitude m odulation AM ) , restra in t sig na l carrier Doub le S id e Band ( DSB) and restra in t car rier S ing le S id e Band ( SSB) accord ing to th e numbers of frequency spectra of the selected m odu lated sig na ls . T heir m a jo r d ifferences are the for m at io n m ethods and the structures o f frequency spectra . The sig nal carrier pow er o f o rdi nary am plitude m odu lation ( AM ) does not conta in infor m at io n , but occup ies larger part of the signal energy, there fo re cause a g reat w aste of energy . Restraint carrier am plitude m odulations ( DSB and SSB ) dispatch sid e band signal on ly, obv iously w ith high e ff iciency , how ever in dem odulation , the restricted sig na l carriers need to be restored . K ey w ord s : S ignal carrier ; m odu latio n ; a m plitude ; amp litude m odulation; frequency spectra
可见 , M ( t) 是由 X o、 X o + 8 和 X o - 8 三个不 同频率 分量 的信号组成的。其中 X o + 8 称为上边 频分量 , X o - 8 称为下 边频分量。调幅信号的频谱图 如图 4 所 示。相应的调 幅信号 频谱在载频两侧将形成上下边 带。对于 单音信号调制 已调幅 波 , 从频谱图上可知其占据的频带宽度 B= 28 , 对于多音频的 调制信号 , 若其频率范 围是 Fm in ~ Fmõx, 则已 调信号 的频 带宽 度等于调制信号最高 频率的两倍 , 即 BAM = 2F mõ x ⑸
由表 1 可看出当单频 信号 进行 单边带 调幅 时 , 其已调 波
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为一个等幅的 高频 振荡 信号 , 频率 为 ( X o + 8 ) 或 ( X o - 8 ) 。 频谱分量仅有一个边 频分量。
3 残留边带调幅
单边带的调制与解调设备 比较复杂 , 在某 些应用中 , 既希 望压缩频带 , 又希望接收 设备简 单 , 因此 , 可 采用残 留边 带调 幅 ( V SB) , 它在发射端发送一个完整 的边带信号、 载波 信号和 另一个部分被抑制的边带信号 。这样它 既保留了单边 带调幅 节省频带的优点 , 且又具有滤波器易于实现、 解调电路 简单的 特点。在广播电视系 统中图 像信号 就是 采用 残留边 带调 幅 , 它在发送端 ( b) 电视接收铁幸亏 频滤波器特性 图 5 残留边带调幅频率特性 和接收端 都 接 有 斜 切 滤 波 器 , 其 频 率 特 性 分 别 如 图 5 ( a) 、 ( b) 所 示。发送 端发 射上 边带 和下 边带 中载 波附 近 0 . 75MH z 部分 , 抑制掉其 余部分。 电视 接收机 对接 收到的 V SB 信号 , 经混 频及图 5( b) 所 示中 频滤 波器后 , 可 以使 用对普 通 调幅波解调的电 路 , 不失 真地 恢复 图象 信号 , 因 而对 V SB 信 号的解调可以简化。
载波功率不含信息 , 实际 上这部 分功 率白 白浪费 了。为了 克 服这个缺点 , 提高设备的功 率利 用率 , 可以 不发 送载波 , 而 只 发送边带信号 , 这就是抑制载波的双边带调 幅波 ( DSB ), 其数 学表达式为 图 3 过调制 ( m õ > 1) ( 3) 调幅信号的 频谱及带宽 将调幅波的数学 表达式 ( 1) 展开 , 可得到 M ( t) = V o ( 1+ m õ co s8 . t). CO SX o t = V o CO SX o t+ 8 ) t ⑷ 1 1 m V cos( X o + 8 ) + t m V co s( X o 2 õ o 2 õ o vDSB ( t) = 1 1 m õV o cos( X o + 8 ) t+ m V cos( X o - 8 ) t 2 2 õ o ( 10)