调幅、检波与混频

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 (
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
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：
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
（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。
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。
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。
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。
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
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
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。
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：
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。
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。
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。
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）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
调制信号分解为：
f (t ) U n cos(nt n )