调幅、检波与混频

u 0
t (a)
uC
0
t
u DSB (t) 0
(b)
U(t)＝U cos t
t
0°
180° (c)
0°
DSB信号的波形与频谱
实现DSB信号电路模型及其频谱
双边带信号的包络已不再反映调制信号的变化规 律，而是与调制信号的绝对值成正比；在调制信号的过 零处，双边带信号的相位要突变180 度。 在调制信号正半周内，已调波的高频与原载频同 相，相差0°; 在调制信号负半周内，已调波的高频与 原载频反相，相差180°。这就表明，DSB信号的相位反 映了调制信号的极性。因此，严格地讲，DSB信号已非 单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。 单频调制的DSB信号只有ωc+Ω及ωc－Ω两个频 率分量，它的频谱相当于从AM波频谱图中将载频分量去 掉后的频谱。 双边带调幅信号的频谱结构仍与调制信号类似，所 占据的频带宽度与普通调幅波相同，B=2Fmax。
通常满足 ωc>>Ω。根据调幅的定义，已调信号的振 幅随调制信号uΩ(t)线性变化。用uΩ(t)对uc (t)进行调幅时， 高频调制信号uAM(t)的振幅在载波振幅Uc的基础上，随 低频信号而变化，它的幅度为（调幅波的包络）：
Ucm(t)=Ucm+ΔUc（t）=Ucm+kaUΩmcosΩt =Ucm(1+macosΩt)
2. 单边带调制——抑制载波和其中一个边带 1）单边带信号的概念
为了既节省发射功率，又减小频带，可以只 发射一个边带，因为任何一个边带都反映了调制 信号全部信息。 单边带（SSB）信号是由DSB信号经带通滤 波器滤除一个边带或在调制过程中，直接将一个 边带抵消而成。
2）表达式
取上边带时 取下边带时
显然：1) 频谱的中心分量就是载波分量，它与调 制信号无关，不含消息； 2) 两个边频分量分量ωc＋Ω及ωc － Ω则以载频 为中心对称分布，两个边频信号的幅度相等并与调 制信号幅度成正比。 3) 边频相对于载频的位置仅取决于调制信号的频 率。 因此调制信号的幅度、频率消息只包含在边频分 量中。
在多频调制情况下，各个低频频率分量所引 起的边频对组成了上、下两个边带。
（2）特点：
DSB信号与AM信号相比，有如下特点： ① 包络不同。AM波的包络正比于调制信号f(t)波 形，而DSB信号波形的包络正比于|f(t)|。 ② DSB信号的高频载波相位在调制信号电压过零 处（调制电压正负交替时）要突变180度——即 反相。 ③ 由于DSB信号不含载波，它的全部功率为边带 占有，所以，发射的都载有消息，功率利用率 高于AM。
n 1

则调幅波表示式为： uAM (t ) UC [1 U n cos(nt n )]cos ct n 1

• 实际调制信号的调幅波形
f (t)
0 (a) u AM (t) 包络 未调制
t
0
t
(b)
二、调幅波的频谱与带宽
1. 调幅波的频谱 调幅波不是一个简单的正弦波形。在单 一频率的正弦信号的调制情况下，用三角公 式展开调幅波式，可得：
2. 上边频（或下边频）的功率：
m 1 2 1 Pc PSSB ( maU cm ) 4 2 2 RL
3.上、下边频总功率：
2 a
PDSB
1 2 2PSSB ma Pc 2
1 2 (1 ma ) Pc 2
4. 调幅信号总平均功率
Pav Pc PDSB
5. 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 ma ) 2 Pmin Pc (1 ma ) 2
总结：当调幅度 ma =1时，调幅波的最大功率为载波功
率的4倍，而最小功率为零，因此由于最大、最小功率相 m 差太大，对特定的功放管而言，其额定输出功率将大大 受限； 当 ma ＝1时，不携带调制信号的载波成分将占用调 幅波总功率的2/3，而带有信号的边频只占调幅波总功率 的1/3，因此功率浪费大，效率低；若ma <1，则效率更 低。
u AM (t ) Ucm(t)cosct Ucm(1+ma cost)cosct
图4.1所示为单频调制信号对载波进行振幅调制的普通调幅波的波形 由图4.1可以看出：已调波的包络与调制信号的波形相似。
（a）调制信号波形 （b）载波信号波形 （c） ma<1时调幅 波波形 （d） ma>1时调幅 波波形
图
残留单边带调制频谱图
残留边带调制（补充） 残留边带调制，是介于单边带调制和双边 带调制的一种调制方式 在残留边带调制中，除了传送一个边带之 外，还要保留另外一个边带的一部分 对于具有低频和直流分量的调制信号，用 滤波方法实现单边带调制所需要的过渡带 无限陡峭的滤波器，在残留边带调制中， 已不需要
uAM (t ) U Cm cosct ma U Cm cos( c )t 2
ma U Cm cos( c )t 2
上式表明：单频调制的调幅波包含三个频率成分， 即它由三个高频正弦波叠加而成。
图4.2 调幅波的频谱
由图可见，调幅过程实际上就是频谱 的搬移过程。经调幅后，调制信号从低频 段搬移到了一个频率较高的载频附近，并 对称排列于载频两侧。
上包络线的最大、最小值分别为：
U max U cm (1 ma ) U min U cm (1 ma )
可得：
ma
U max U min U max U min
为了使已调波不失真，即高频振荡波的振 幅能真实地反映出调制信号的变化规律，调 幅度ma应小于或等于1，当ma >1时，称为过 调幅。其中，ma=1时成为临界调幅。
AM、DSB、SSB三种调幅方式相比： a.普通调幅方式所占的频带较宽，还要传输不含信 息的较大载波功率，但它的发射机和接收机都较 简单。因此，在拥有众多接收机的广播系统中， 多采用普通调幅方式，以降低接收机的成本。 b.双边带调制方式可以大大节省发射机的功率，但 所占的频带较宽，且发射机和接收机都较复杂， 因此应用的较少。 c.单边带调制方式既可大大节省发射机的功率，又 能节约频带，因此，虽然它的发射机和接收机较 复杂，却在短波通信中得到了广泛应用。
式中：ΔUc(t)与调制电压uΩ(t)成正比，其 振幅ΔUc(t)=ka u (t )
与载波振幅之比称为调幅波的调制系数或调幅度：
k aU m ma U Cm
表示载波振幅受调制信号控制的强弱程度。
式中，ka为比例系数，一般由调制电 路确定，故又称为调制灵敏度。由此可得 调幅信号的表达式：
第四章 调幅、检波与混频
本章重点：
熟悉调幅波的基本性质 理解高电平调幅与低电平调幅的基本工作原理 掌握大信号包络检波器及同步检波器的基本组 成与工作原理
本章难点：
调幅、检波与混频电路的工作原理分析
几个基本概念
1、调制：调制是指利用调制信号去控制载波的某个 参数的过程。 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 (t)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 是正弦信号，也可是非正弦信号，常用uc (t)表示。 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。
在幅度调制过程中，调制后的信号频谱和调 制信号频谱之间保持线性平移关系，这种电路称 为频谱的线性搬移电路。
7、根据频谱结构的不同，振幅调制的分类：
(1) 普通调幅方式（AM）：用调制信号去控制 高频振荡器的幅度，使其幅度的变化量随调制信号 成正比的变化，这一过程叫做调幅。其输出的已调 信号称为调幅波。 (2) 抑制载波的双边带调制：其输出的已调信号 称为双边带信号(DSB/SC AM)。 (3) 抑制载波的单边带调制：其输出的已调信号 称为单边带信号(SSB/SC AM)。
（2）调制信号为一连续频谱信号f(t) 上面的分析是在单一正弦信号作为调制 信号的情况下进行的，而一般传送的信号并 非为单一频率的信号，例如是一连续频谱信 号f(t)，这时，可用下式来描述调幅波：
u AM (t ) U C [1 mf (t )]cos ct
Байду номын сангаас
调制信号分解为：
f (t ) U n cos(nt n )
代价是增加了一些带宽
4.2 调幅电路
一、调幅电路的类别
二、调幅电路的要求 调制效率高，调制线形范围大，失真小等。 三、高电平调幅 置于发射机的最后一级，直接产生发射机输出功 率要求的已调波，通常用调制信号控制末级丙类 谐振功率放大器来进行调幅。 是将高频功放和调制电路合二为一，调制后的信 号不需再放大就直接发送出去的方式。主要原理 依据是前面高频功放的调制特性 只可产生普通调幅波
5、解调：是调制的逆过程，即从已调波信号 中提取原调制信号的过程。 6、振幅调制：称为调幅(Amplitude Modulation，AM)。是指利用调制信号去控 制载波的振幅，使载波信号的振幅按调制 信号的规律变化。严格地讲，是使高频振 荡的振幅与调制信号成线性关系，其它参 数(频率和相位)不变。
1 uSSB (t ) maU cm cos(c )t 2
它们均为单一
1 uSSB (t ) maU cm cos(c )t 2
频率的信号
单边带调制电路模型
单频调制时SSB的波形与频谱
显然，单频调制的单边带调制信号仍为等 幅波，不过其频率高于或低于载频，当调制信 号为多频时，单边带调制就不是等幅波了。 单边带信号的波形及频谱所示，由于它们 为单一频率成分的信号。因此，单纯从该信号 中是无法知道原来调制信号，也无法看出实际 该信号的特征。 单边带调制从本质上说是幅度和频率都随 调制信号改变的调制方式。但是由于它产生的 已调信号频率与调制信号频率间只是一个线性 变换关系(由Ω变至ωc+Ω或ωc－Ω的线性搬 移)，这一点与AM及DSB相似，因此通常把它 归于振幅调制。
残留单边带调幅(补充) 在现行的模拟电视系统中，为了压缩图像发射的 频带，在有限波谱频率范围内多增加电台数，最好 采用单边带调制，但如果采用单边带调制，则很难 滤除载频附近的下边带，严重影响电视图像的质量 ，为了能用接收普通调幅信号的方法来接收图像信 号，避免电视机的成本提高，则采用发送一个完整 的上边带、载频和保留一部分的下边带，即残留单 边带调制(VSB)，其频谱如图所示。我国电视伴音 系统采用FM制，每个边带250 kHz。整个高频电视 信号的带宽为8 MHz，即理论上每隔8 MHz可以安 排一个电视频道。
a
四、双边带调制与单边带调制 1.双边带------抑制载波只传送上下边带 (1)表达式和波形 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。它可用载 波与调制信号相乘得到，其表示式为:
1 uDSB (t ) maU cm cosc t cosc t maU cm cos t cosct 2 ma U m cos t U cm cosct K u (t ) uc (t ) U m
4.1 调幅波的基本性质
一、调幅波的数学表达式和波形
普通调幅是低频调制信号去控制高频载波的 振幅，使调制后已调波的振幅按调制信号的变化 规律而线性变化。
（1）调制信号为单一频率的余弦信号 设低频调制信号和高频载波信号分别为：
u (t ) U m cos t U m cos 2 Ft uc (t ) U cm cos ct U cm cos 2 fct
3）特点： 优点：a.单边带调制的频带宽度仅为双边带信号 频带宽度的一半，从而提高了提高频带利用率； b.由于只发射了一个边带，大大节省了发 射功率 c.与普通调幅相比，在发射功率相同的情 况下，可使接收端的信噪比明显提供，从而使 通信距离大大增加。 缺点：单边带信号的调制与解调技术实现难度大， 设备复杂，这就限制了它在民用方面的应用和 推广。
2. 调幅波的带宽 单频调制 BW=2F 多频调制 BW=2Fmax
三、调幅波的功率关系 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。 设调制信号为单频正弦波，负载电阻为RL 1. 负载电阻RL上消耗的载波功率
U cm 2 ) U cm 2 2 Pc RL 2 RL (