信号解调地基本原理

第7章 信号解调的基本原理

一、学习目标与要求 1、理解解调的基本原理；

2、掌握模拟幅度信号的解调方法；会分析包络检波的两种失真；

3、理解LC 并联谐振网络在鉴频中的重要作用，正确分析鉴相器在模拟角度调制信号解调中的工作过程，了解三种数字调制信号解调的基本方法。

二、本章学习要点 （一） 调幅信号的解调

调幅信号的解调是振幅调制的相反过程，是从高频已调幅信号中取出原调制信号。通常将完成这种解调作用的电路称为振幅检波器。

1、振幅检波电路的功能、组成与分类

振幅检波电路的功能是从调幅波中不失真地解调出原调制信号c 当输人信号是高频等幅波时，检波电路输出为直流电压，如图7－ I （a ）所示。当输人信号是正弦调制的调幅波时，检波器输出电压为正弦波，如图7－ 1（b ）所示。当输人信号是脉冲调制的调幅波时，检波器输出电压为脉冲波，如图7－ 1（c ）所示。

图7－1 检波器输人输出波形

调幅信号的频谱由载频和边频分量组成，它包含有调制信号的信息，但并不包含调制信号本身的频率分量。例如普通调幅波)cos()cos()(t t U t u c sm s ωΩ=,其频谱由载频ωc 和边频ωc ±Ω组成，它没有包含调制信号本身的频率Ω。但载频ωc 与上边频ωc ＋Ω或下边频ωc -Ω之差就是Ω。因而它包含有调制信号的信息。为了解调出原调制信号频率Ω，检波电路必须包含有非线性器件，以便调幅信号通过它产生新的频率分量，其中包含有所需要的Ω分量。然后通过低通滤波器滤除不需要的高频分量，取出所需的原调制信号。因此检波电路如图7－2所示，由三部分组成，即高频输人回路、非线性器件和低通滤波器。

图7－2 振幅检波电路的组成

振幅检波电路的功能还可以用输入信号和输出信号的频谱来进行说明。图7－ 3所示，列出了高频等幅波、普通调幅波、双边带调幅波和单边带调幅波四种信号通过振幅检波电路的输人和输出频谱。图7－ 3（a）所示是等幅波检波，输入信号频率为ωc的等幅波，只要检波器中的非线性器件具有二次方特性或者通过非线性器件的电流产生失真，则能实现检波输出直流电压。图7－ 3（b）所示是普通调幅波检波，输人信号频谱为ωc、ωc＋Ω、ωc-Ω，通过检波器的非线性器可得到ωc与ωc＋Ω的差频或ωc或与ωc-Ω的差频Ω，通过低通滤波器可实现检波。图7－ 3（c）所示是双边带调幅波检波，图7 －3（d）所示是单边带调幅波检波。它们和图7－ 3（b）不同之处在于输人信号频谱中没有独立的载波分量ωc故通过非线性器件是不能直接产生Ω分量。必须还要外加一个本地载频信号ωc，而且要求这个载频信号与原发射的载频频率相同、相位相同。通常将图6 －3（a）、（b）所示电路称为包络检波器，图6 －3（c）、（d）成为同步检波器两大类。

图7－3 检波电路的输人与输出频谱

2、二极管大信号包络检波电路

1）什么是大信号包络检波‘

大信号检波是指高频输人信号的振幅大于0.5V，利用二极管两端加正向电压时导通，通过二极管对低通滤波器的电容C充电，二极管加反向电压时截止，电容C通过R放电这一特性实现的检波。

2）大信号检波的工作原理

图7－4所示是大信号检波的原理电路。它是由输人回路、非线性器二极管D和RC低通滤波器组成。

图7－5给出了输入为等幅波时的检波过程。当输人信号u i（t）为高频等幅波时，电路接通后，由于低通滤波器的电容C上初始电压为0，载波正半周时，二极管处于正向导通，输入高频电压通过二极管对电容C充电，充电时间常数r d C较小，充电很快。随着C被充电，输出电压u o（t）增长，作用在二极管上的电压为u i（t）与u o（t）之差。当t＝t1时刻，u i（t）与u o（t）相等，二极管截止，电流为零。随着t的增加，u i（t）继续浊小，u o （t）大于u i（t），这一段时间，二强管处于截止状态，电容器C经电阻R放电，放电时间常数为RC。由于R比rd要大很多，因而RC较大，放电较慢。当到达t＝t2时刻，u i（t）与u o（t）又相等，然后随着t的增加u i（t）大于u o（t），二极管导通，u i（t）通过二极管D对电容器ε再充电：到t＝t3时刻，u i（t）大于u o（t）再次相等，随着t的增大u i （t）小于u o（t）二极管又处于截止，电容器C叉经电阻R放电。如此反复，直到在一周期内电容充电电荷量与放电电荷量相等．充放电达到动态平衡进人稳定工作状态。这时检波器的输出电压u o（t）按高频信号的角频率作锯齿状等幅波动。

当输入为普通调幅波信号时，充放电波形如图7 －6所示。其过程与等幅波输入情况相似。输出电压u o（t）的变化规律正好与输入信号的包络相同。

图7－ 4 大信号检波器原理电路

图7-4 大信号检波电路

图7－ 5 时检波器的工作过程

图7-5 输入等幅波是检波电路工作过程

图7 －6 输人为普通调幅波时的检渡过程

图7-6 输入为普通调幅波是的检波电路

3）大信号检波器的技术指标 ①检波效率d η

若检波电路输入调幅波电压为S u ＝)cos()]cos(1[0t t m U c a m ω⋅Ω+，由于包络检波电路输出电压与输入高频电压振幅成正比，所以，检波器输出电压O u 等于 O u ＝d η)]cos(1[0t m U a m Ω+

＝)cos(00t m U U a m d m d Ω+ηη （7-1） 式中，d η称为检波电压传输系数，又称检波效率。d η小于1，而近似等于1，实际电路中

d η在80％左右。当R 足够大时，d η为常数，故为线性检波。

式（7-1）中，0m d U η为检波器输出电压中的直流成分，)cos(0t m U a m d Ωη即为解调

输出原调制信号电压。

②输入电阻i R

对于高频输入信号源来说，检波电路相当于一个负载，此负载就是检波电路的输入电阻i R ，它定义为输入高频电压振幅对二极管电流中基波分量振幅之比。根据输入检波电路的高频功率与检波负载所获得的平均功率近似相等，可求得检波电路的输入电阻

i R ≈R ／2 （7-2）