5.1振幅调制的基本原理
第5章 振幅调制及解调
uSSB (t)
Um0 2
cos t
cosCt
Um0 2
sin t
sin C t
第5章 振幅调制及解调
H()
C C4 滤波法框图
第5章 振幅调制及解调
第一项是载波与调制信号相乘项，第二项是调制信号 的正交信号与载波的正交信号的乘积项，两项相加得下边 带信号，如图5.15所示。
第5章 振幅调制及解调
第5章 振幅调制及解调
5.1 概述 5.2 振幅调制信号分析 5.3 振幅调制方法 5.4 振幅调制电路 5.5 振幅解调方法 5.6 振幅解调电路
第5章 振幅调制及解调
5.1 概 述
5.1.1 连续波模拟调制 连续波模拟调制的载波是连续的等幅高频正弦波， 用uC表示
uC=UCmcos(ωCt+φ) 将调制信号uΩ寄载在载波上的方法有三种。一种是把 调制信号寄载在载波的幅度上，叫做振幅调制，简称 调幅(AM)。已调波用uAM表示，如图5.1所示。
第5章 振幅调制及解调
采样
量化
编码
信道
解码
滤波
u(t)
uo(t)
s(t) Ts
定时
发射
接收
同步
图5.4 脉冲数字调制系统框图
第5章 振幅调制及解调
脉冲调制信号的传输方式有两种。一种是直接将 脉冲调制信号送入信道进行传输，这种方式叫基带传 输。这种传输方式适用于短距离通信。另一种是载波 传输。载波传输是两次调制方式。
uAM UC KM uuC uC (1 KM u )
UCm (1 KMUΩm cos t) cosCt
与式(５.2-1)对照可见
U m0
Ucm , ma
实验四振幅调制实验
实验四 振幅调制实验一、实验原理1、 振幅调制的一般概念调制，就是用调制信号（如声音、图像等低频或视频信号）去控制载波（其频率远高于调制信号频率，通常又称“射频”）某个参数的过程。
载波受调制后成为已调波。
振幅调制，就是用调制信号去控制载波信号的振幅，使载波的振幅按调制信号的规律变化。
设调制信号为()cos f fm f v t V t ω=载波信号为()cos c cm c v t V t ω=且c f ωω则根据振幅调制的定义，可以得到普通调幅波的表达为：()()1cos cos AM cm f c v t V m t t ωω=+ （5—1） 式中a fm cm cm cmK V V m V V ∆== （5—2） 称为调幅度（调制度），a K 为调制灵敏度。
为使已调波不失真，调制度m 应小于或等于1，当1m >时，称为过调制，此时产生严重失真，这是应该避免的。
不同调制度时的已调波波形如图5—1所示。
将式（5—1）用三角公式展开，可得到：()()()cos cos cos 22AM cm c cm c f cm c f m m v t V t V t V t ωωωωω=+++- （5—3） 由式（5—3）看出，单频调制的普通调幅波由三个高频正弦波叠加而成：载波分量，上边频分量，下边频分量。
在多频调制的情况下，各边频分量就组成了上下边带。
普通调幅波可用AM 表示。
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，用DSB 表示；如果DSB 信号经边带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，就形成单边带信号，用SSB 表示。
单频调制时DSB 、SSB 信号波形如图5—2所示。
由以上讨论可以看出，若先将调制信号和一个直流电压相加，然后再与载波一起作用到乘法器上，则乘法器的输出将是一个普通调幅波；若调制信号直接与载波相乘，或在AM 调制的基础上抑制载波，即可实现DSB 调制；将DSB 信号滤掉一个边带，即可实现SSB 调制。
振幅调制
振幅调制（AM及DSB）摘要：信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且使频谱资源得到充分利用。
调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，不致互相干扰。
这也是在同一信道中实现多路复用的基础。
而要还原出被调制的信号就需要解调电路。
所以现在调制与解调在高频通信领域有着更为广泛的应用。
关键词：振幅调制，单频信号引言：调制的作用是把消息置入消息载体，便于传输或处理。
在通信系统中为了适应不同的信道情况（如数字信道或模拟信道、单路信道或多路信道等）,常常要在发信端对原始信号进行调制,得到便于信道传输的信号，调制是各种通信系统的重要基础，也广泛用于广播、电视、雷达、测量仪等电子设备。
一．振幅调制的原理振幅调制常用于长波，中波，短波和超短无线电广播，通信，电视，雷达等系统。
这种调制方式是用传递的低频信号去控制作为传送媒体的高频震荡波的幅度，使已调波的幅度随调制信号的大小线性变化，而保持载波的角频率不变。
标准调幅（AM）就是其中一种。
标准振幅调制是一种相对便宜的质量不高的调制形式。
主要用于声频和视频的商业广播。
AM调制器是非线性设备，有2个输入端口和1个输出端口，一端输入振幅为常数的单频载波信号，另一端输入低频载波信息信号。
在调制器中，信息作用在载波上，就产生了振幅随调制信号瞬时值而变化的已调波。
通常已调波是能有效地通过天线发射，并在自由空间中传播的射频波。
二单频信号调制1.AM调幅波的数学表达式如果设单频调制信号为uI =UImcosΩt,设载波为u c=U cm cosωCt,那么调幅信号（已调波）就可以表示为：uAM =UAM(t) cosωCt, （1）在该式子中UAM(t)称为已调波的瞬时幅值（也称为调幅波的包络函数）。
由于调幅信号的瞬时振幅与调制信号成线性关系，则有：UAM (t)= U cm+kaUImcosΩt= U cm(1+ ka UImcosΩt/ U cm)= U cm(1+macosΩt) （2）式中ka 为比例常数，一般由调制电路的参数决定；ma= kaUIm/ U cm，为调制系数（或称调制深度）ma反映了调幅波振幅的改变量，常用百分比表示，将（2）式代入（1）式可得到单频信号调幅波的表达式如下：uAM = U cm(1+macosΩt) cosωCt基于以上原理，我们做的是单二极管开关状态调幅电路，图2.1单二极管调幅电路设负载Z L 为LC 选频回路，分析可知回路谐振时Z L =R L ，且流过负载回路的电流为：i d =Ld R r +1S(t)u d 式中u d = u I (t)+ u c (t); S(t)为开关函数，且有：S(t)=1，u c >0; S(t)=0, u c <0; S(t)为周期函数，其傅里叶级数为： S(t)=∙∙∙+-+t t c c ωπωπ3cos 32cos 221i d =L d R r +1⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙∙∙+-+t t c c ωπωπ3cos 32cos 221 (U Im cos Ωt+ U cm cos ωC t) 如果LC 回路谐振在频率ωC 处，由谐振时负载阻抗Z L =R L ，则可得出回路的输出电压为：u L (t)=()()[]t t R U g t R U g c c L In d c L cm d Ω-+Ω++ωωπωcos cos 1cos 21 =t t U U R U g c cm InL cm d ωπcos cos 4121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Ω+=()t t m U c Lm ωcos cos 1Ω+ 式中d g =Ld R r +1，m=cm In U U π4,Lm U =L cm d R U g 21;如果我们给定元件的参数，固定载波的振幅U cm 与频率ωC 不变，只改变调制信号的振幅U Im ，R L =900Ω，r d =100Ω, L=100H,C=0.01 μF;可知谐振频率为：LCc 1=ω=1000 rad/s ，载波信号给定为u c =6cos (200πt)当u I =43πcos(20πt )时, m=0.5. 在matlab 中编写代码实现AM 波的调幅，代码如下： 1）调制信号的程序代码： fs=1000;%设定采样频率 N=1024;%设定数据长度 i=0:N-1; t=i/fs;f=10;%设定信号频率 %生成正弦信号 x=(3*pi/4)*cos(2*pi*f*t); subplot(231);plot(t,x);%信号的时域波形 axis([0,0.3,-4,4]); xlabel('t'); ylabel('y');title('信号时域波形');grid;%进行FFT变换并做频谱图y=fft(x,N);%进行fft变换mag=abs(y);%求幅值f=(0:N-1)*fs/N;%横坐标频率的表达式为f=(0:M-1)*Fs/M; subplot(232);plot(f,mag);%做频谱图axis([0,200,0,2000]);xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');title('信号幅频谱图')下面是调制信号的时域波形图与频谱图的截图：图2.22）载波信号的程序代码：fs=1000;%设定采样频率N=1024;%设定数据长度i=0:N-1;t=i/fs;f=100;%设定信号频率x=6*cos(2*pi*f*t); %生成余弦信号subplot(231);plot(t,x);%作信号的时域波形axis([0,0.05,-8,8]);xlabel('t');ylabel('y');title('载波信号时域波形');grid;%进行FFT变换并做频谱图y=fft(x,N);%进行fft变换mag=abs(y);%求幅值f=(0:N-1)*fs/N;%横坐标频率的表达式为f=(0:M-1)*Fs/M; subplot(232);plot(f,mag);%做频谱图axis([0,200,0,300]);xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');title('信号幅频谱图')下面是载波信号的时域波形图与频谱图的截图：图2.33）两个信号叠加以后即为已调波，已调波代码如下fm=10; %调制信号频率fc=100; %载波信号频率t=0:0.000001:0.5;x=0:0.000001:2;m1=0.5;s_am1=6*(1+m1.*cos(2*pi*fm*t)).*cos(2*pi*fc*t); figure(2) %图2为ma=0.5时的已调波plot(t,s_am2); grid on;title('m=0.5时AM调制信号');xlabel('t'); ylabel('v');运行后其调幅波波形如下：图2.44）现在再来看m=0.5时已调波的频谱图，其代码如下：t=i/fs;fm=10; %调制信号频率Hzfc=100; %载波信号频率Hzma1=0.5;x=6*(1+ma1.*cos(2*pi*fm*t)).*cos(2*pi*fc*t);y=fft(x,N);%进行fft变换mag=abs(y);%求幅值f=(0:N-1)*fs/N;%横坐标频率的表达式为f=(0:M-1)*Fs/M; subplot(232);plot(f,mag);%做频谱图axis([0,200,0,1500]);xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');title('已调波信号频谱图(m=0.5时)')下图是已调波的频谱图：图2.5由以上各图可知m=0.5时可以保证已调波的包络真实地反映出调制信号的变化规律当uI =23 cos(20πt)时, m=1.调制信号程序代码如下：fs=1000;%设定采样频率N=1024;%设定数据长度i=0:N-1;t=i/fs;f=10;%设定信号频率x=(3*pi/2)*cos(2*pi*f*t); %生成余弦信号subplot(231);plot(t,x);%信号的时域波形axis([0,0.3,-6,6]);xlabel('t');ylabel('y');title('调制信号时域波形');grid;%进行FFT变换并做频谱图y=fft(x,N);%进行fft变换mag=abs(y);%求幅值f=(0:N-1)*fs/N;%横坐标频率的表达式为f=(0:M-1)*Fs/M; subplot(232);plot(f,mag);%做频谱图axis([0,200,0,2000]);xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');title('信号幅频谱图')下面是调制信号的时域波形图与频谱图：图2.6再来看已调波的波形图，程序的代码如下：fm=10; %调制信号频率fc=100; %载波信号频率t=0:0.000001:0.5;x=0:0.000001:2;m2=1;s_am2=6*(1+m2.*cos(2*pi*fm*t)).*cos(2*pi*fc*t); figure(2) %为m1=1时的已调波plot(t,s_am2); grid on;title('m=1时AM调制信号');xlabel('t'); ylabel('v');程序运行的结果如下：图2.7再来看m=1时已调波的频谱图，其代码如下：fs=1000;%设定采样频率N=1024;%设定数据长度i=0:N-1;t=i/fs;fm=10; %调制信号频率Hzfc=100; %载波信号频率Hzma2=1;x=6*(1+ma2.*cos(2*pi*fm*t)).*cos(2*pi*fc*t);y=fft(x,N);%进行fft变换mag=abs(y);%求幅值f=(0:N-1)*fs/N;%横坐标频率的表达式为f=(0:M-1)*Fs/M; subplot(232);plot(f,mag);%做频谱图axis([0,200,0,2500]);xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');title('已调波信号频谱图(m=1时)')下图为程序运行后的结果图：图2.8由上图知m=1时，调制系数的百分比达到100%，此时包络振幅的最小值为0当uI =49 cos(20πt)时, m=1.5. 调制信号程序代码如下：fs=1000;%设定采样频率N=1024;%设定数据长度i=0:N-1;t=i/fs;f=10;%设定信号频率x=(9*pi/4)*cos(2*pi*f*t); %生成余弦信号subplot(231);plot(t,x);%作信号的时域波形axis([0,0.3,-8,8]);xlabel('t');ylabel('y');title('调制信号时域波形');grid;%进行FFT变换并做频谱图y=fft(x,N);%进行fft变换mag=abs(y);%求幅值f=(0:N-1)*fs/N;%横坐标频率的表达式为f=(0:M-1)*Fs/M; subplot(232);plot(f,mag);%做频谱图axis([0,200,0,2000]);xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');title('信号幅频谱图')图2.9下面再来看已调波的波形图，程序的代码如下：fm=10; %调制信号频率fc=100; %载波信号频率t=0:0.000001:0.5;x=0:0.000001:2;m3=1.5;s_am2=6*(1+m3.*cos(2*pi*fm*t)).*cos(2*pi*fc*t); figure(2) %图2为ma=0.5时的已调波plot(t,s_am2); grid on;title('m=1.5时AM调制信号');xlabel('t'); ylabel('v');程序运行的结果如下：图2.10再来看m=1.5时已调波的频谱图，其代码如下：fs=1000;%设定采样频率N=1024;%设定数据长度i=0:N-1;t=i/fs;fm=10; %调制信号频率Hzfc=100; %载波信号频率Hzma3=1;x=6*(1+ma3.*cos(2*pi*fm*t)).*cos(2*pi*fc*t);y=fft(x,N);%进行fft变换mag=abs(y);%求幅值f=(0:N-1)*fs/N;%横坐标频率的表达式为f=(0:M-1)*Fs/M; subplot(232);plot(f,mag);%做频谱图axis([0,200,0,2500]);xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');title('已调波信号频谱图(m=1.5时)')下图为程序运行后的结果图：图2.11由图知此时已调波的包络形状与调制信号不一样，产生了严重的包络失真，这种情况称为过量调幅，实际应用时应尽量避免。
高频电子线路阳昌汉版第5章_振幅调制与解调
uc（t）
1 id K (ct )ud rd RL K (ct ) 为周期性的函数，可用傅立叶级数展开 1 2 2 2 K ct cosct cos3ct cos5ct ....... 2 3 5
K ( c t )
1 uc t 0 开关函数K (ct ) 0 uc t 0 1 2 2 2 K ct cosct cos3ct cos5ct ....... 2 3 5
设计时输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的 线性度，减小不需要的频率分量和提高滤波性能。
高电平调幅电路： 在所需的功率电平上进行调制，调制与 功放合一，一般用于发射机的末级。 一般只能产生AM。 优点：整机效率高。 设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。
17
5.3.1 低电平调幅电路
通过相乘实现！
5
二、单频调制
1、表达式
uΩ t U Ωm cos Ωt U Ωm cos 2Ft
u t U cm ka uΩ t cos ct
通常 c Ω
U cm kaU Ωm cosΩt cos ct U cm 1 ma cosΩt cos ct
主要用途：可产生AM、 DSB 、 SSB 单二极管开关状态调幅电路 二极管调幅电路 主要电路： 模拟乘法器调幅电路 二极管平衡调幅电路
二极管环型调幅电路
18
一、单二极管开关状态调幅电路 (1)什么是开关状态 当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够 大，另一个电压振幅较小，二极管的导通和截止将完全受大 振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。 (2)调幅原理
高频电子技术：振幅调制原理及特性
n
调制是通信系统中的重要环节。通信的主要目的是实现远距离地不失真地传送信息。
t所需传送的信息通过换能器转换成电信号，此电信号是占有一定频谱宽度的低频信号，通常称为调制信号。 直接将调制信号进行传输，要实现多路远距离传输是困难的。通常是将调制信号加载到高频载波信号上去，用高频信号作为运载工具，这样 就能较好地实现多路有选择性的远距离通信。
将需传送的调制信号加载到高频载波信号上去的过程称为调制。
ห้องสมุดไป่ตู้
第五章振幅调制及解调
e 2 jt e 2j
jt
③
频移特性
若
f1 (t) F1 ( j )
jc t
则 f(t) f 1 (t) e
F1 ( j jc )
④
卷积定理
f1 (t) f 2 (t) F1 ( j )F2 ( j )
1 f1 (t)f 2 (t) F1( j ) F2 ( j ) 2
5.3.1利用非线性器件实现两个信号的相乘运算
iC － iC
＋ u1 u be u2 － ＋ ＋ － EB ＋ － (a ) u BE
ZL
ICQ 0
Q
EB (b )
u BE
图5.17 晶体三极管放大器 (a)晶体三极管放大器简图；(b)晶体管 转移特性
三极管转移特性iC=f(uBE)如图5.17(b)所示。 uBE=EB+ube，EB为静态偏置电压，晶体管静态工作 点为Q，ube为外加的交流信号。当ube比较小时，可 以将转移特性在静态工作点附近用泰勒级数展开。
0
t
图5.12 单频调制SSB信号波形图
USSB() 下边频
Um0
0
C－ C
USSB() 上边频 Um0
0
C C＋
图5.13 单频调制SSB信号的频谱
单边带信号的产生方法：滤波法和相移法
滤波法
H()
C C＋m a x
u BF u SSB 上边带 uC
要求滤波器过渡 带很陡，当调制 信号中的低频分 量越丰富时，滤 波器的过渡带要 求越窄，实现起 来就越困难。
2 3
4
ube3 u1 u2 时
iC 3
振幅调制电路
uo(t)= Amuc(t)uΩ(t)
=AmUΩm cosΩt Ucmcosωct
(5―10)
由上式可得双边带调幅信号的波形，如图5.9(a)所示。
根据(5―10)式可得双边带调幅信号的频谱表达式为
uo
(t)
1 2
AmUmUcm[cos(c
)t
cos(c
)t]
(5―11)
u(t)
Am uo(t)＝Amu(t)uc(t)
(5―2)
4) 普通调幅信号的频谱结构和频谱宽度
将式(5―1)用三角函数展开：
Uo (t) Uomct mUom cos t cosct
Uom
cosct
1 2
maUom
cos(c
)t
1 2
maUom
cos(c
)t
(5―3)
u(t)
t uc(t)
t
uo(t)
Uo mmax
Uo mmin
t
Uo m(1＋macos t)
(5―5)
可以看到，uo(t)的频谱结构中，除载波分量外， 还有由相乘器产生的上、下边频分量，其角频率为
（ωc±Ω）、（ωc+2Ω）…（ωc±nmaxΩ）。这些上、下 边频分量是将调制信号频谱不失真地搬移到ωc两边， 如图5.7所示。不难看出，调幅信号的频谱宽度为调制 信号频谱宽度的两倍，即
振幅调制和解调的原理及MATLAB编程实现
振幅调制和解调的原理及MATLAB 编程实现振幅调制和解调的原理1. 普通调幅信号的表达式、 波形、 频谱和功率谱普通调幅方式是用低频调制信号去控制高频正弦波(载波)的振幅, 使其随调制信号波形的变化而呈线性变化。
设载波为 uc(t)=Ucmcosωct, 调制信号为单频信号，即u Ω(t)=UΩmcosΩt(Ωωc), 则普通调幅信号为:u AM (t)= (U cm +kU Ωm cos Ωt)cosωc t=U cm (1+M a cosΩt)cosωc t 其中调幅指数Ma, 0＜Ma≤1, k 为比例系数。
下图给出了u Ω(t), u c (t)和u AM (t)的波形图。
从图中并结合上式可以看出, 普通调幅信号的振幅由直流分量U cm 和交流分量kU Ωm cosΩt 迭加而成, 其中交流分量与调制信号成正比, 或者说, 普通调幅信号的包络(信号振幅各峰值点的连线)完全反映了调制信号的变化。
另外, 还可得到调幅指数M a 的表达式:cmcm cm a U U U U U U U U U U M minmin max min max min max -=-=+-=调幅的波形与频谱显然, 当Ma ＞1时, 普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同, 产生了失真, 称为过调制。
所以, 普通调幅要求Ma 必须不大于1。
上式又可以写成u AM (t)=U cm cosωc t+ ·［cos (ωc +Ω)t+cos (ωc -Ω)t ］可见, uAM(t)的频谱包括了三个频率分量：ωc (载波)、 ωc +Ω(上边频)和ωc -Ω(下边频)。
原调制信号的频带宽度是 Ω或（F= ） , 而普通调幅信号的频带宽度是2Ω(或2F), 是原调制信号的两倍。
普通调幅将调制信号频谱搬移到了载频的左右两旁,如下图所示还可以看到, 若此单频调幅信号加在负载R 上, 则载频分量产生的平均功率为:P c =两个边频分量产生的平均功率相同, 均为:PSB=调幅信号总平均功率为: P av =P c +2P SB =根据信号分析理论, 一般非周期调制信号u Ω(t)的频谱是一连续频谱, 假设其频率范围是Ωmin ～Ωmax , 如载频仍是ωc , 则这时的普通调幅信号可看成是调制信号中所有π2Ωca cm a p M U M R 2241)2(21=R U cm 221c n p M )211(2+2MaUcm频率分量分别与载频调制后的迭加, 各对上、下边频的迭加组成了上、 下边带。
通信原理-第5章 振幅调制、解调及混频 63页 2.5M PPT版
载 波 分(量 c ):不 含 传 输 信 息
上边频分量 c :含传输信息 下边频分量 c :含传输信息
调制信号
Ω
载波
调幅波
U
ωc
c
下边频
1 2 m aU c
1 2
m
aU
c
上边频
ωc - Ω ωc +Ω
(2) 限带信号的调幅波
5.3 .2 高电平调幅电路 1. 集电极调幅电路 2. 基极调幅电路
返回
5.3 振幅调制电路
A信 M:u 号 AM U c(1m co ts)co cts 纯调幅 DS 信 B :u 号 DSB k U U cco tsco cts 调,调 幅相 SS 信 B:u 号 SS BU (c otcso ctssi n tsi n ct) 调,调 幅频
n
Uncosc(n)t
5.2.2双边带( double sideband DSB)调幅信号 2. 波形与频谱
休息1 休息2 返回
调制信号
下边频
载波
c 上边频
(1) DSB信号的包络正比于调制信号 Uco s t
仿真
(2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周 时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，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。
返回
（则1那）有么设u 调A ：幅M 载U 信波c号信1（ 号 n 已 ：1m 调un cc 波U ）o c可n cts 表o (达n sc)t为c：调 o u 制cA t信sM 其号中：U u ：m m ( tn )U c cko aoU cs sttn
第五章振幅调制..
表示单位调制信号电压所引起的高频振荡幅度的变化
高频电子线路
二、单频调制
1. 表达式
uΩ (t ) U Ωm cos Ωt U Ωm cos 2Ft
uAM (t ) 〔U cm Ku (t )〕 cos(ct ) 〔U cm KU mcost〕 cos(ct ) U cm （ 1 ma cost〕 cos(ct )
高频电子线路
第 5 章 振幅调制、解调电路
振幅调制：用待传输的低频信号去控制高频载波信 号的幅值 解调：从高频已调信号中还原出原调制信号
振幅调制、解调和混频电路都是频谱线性搬移电路
地位: 通信系统的基本电路
高频电子线路
高频电子线路
高频电子线路
第 5 章 振幅调制、解调电路
概述 调幅信号的基本特性 低电平调幅电路 高电平调幅电路 包络检波 同步检波
uDSB (t ) AM u (t )uc (t )
uDSB (t ) AMUcmUm cos(t ) cos( c t ) Um cos(t ) cos( c t )
1 1 U m cos[(c )t ] U m cos[(c )t ] 2 2
高频电子线路
高频电子线路
5.2.1 普通调幅波（AM）
一、普通调幅波表达式
包络函数（瞬时振幅）U（t）可表示为：
U (t ) U cm U (t ) U cm Ku (t )
U (t ) 与调制电压 u (t )
成正比，代表已调波振幅的变化量；
包络函数所对应的曲线是由调幅波各高频周期峰值所连成的 曲线，称为调幅波的包络。因此，包络与调制信号的变化规 律完全一致，其包含有调制信号的有用信息。
5.1振幅调制的基本原理
BW = 2F
EXIT
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5.1 振幅调制的基本原理
4. 单频调制时 单频调制时AM调幅波的功率 调幅波的功率 由于
uAM (t ) = Ucm 1+ macosΩt〕 ωct ) cos( （
2
= Ucm cos(ωct ) + 1 maUcm[cos(ωc + )t]+ 1 maUcm cos[(ωc − )t] 2 2
EXIT
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5.1 振幅调制的基本原理
第 5 章 振幅调制、解调与混频电路 振幅调制、
振幅调制的基本原理 相乘器电路 振幅调制电路 振幅检波电路 混频电路 本章小结
EXIT
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5.1 振幅调制的基本原理
5.1 振幅调制的基本原理
主要要求： 主要要求：
掌握普通调幅波、双边带调幅波和单边带调幅波 掌握普通调幅波、 的表达式、波形特点、 的表达式、波形特点、频谱图和频带宽度的计算 掌握线性频谱搬移电路的构成要素和频谱特点 掌握调幅电路的组成模型 理解调幅度的概念与应用
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5.1 振幅调制的基本原理
2. 移相法
uΩ(t) =UΩmcosΩ t
Ucm cosωct
90° ° 移相 UΩmsinΩ t 90° ° 移相
AMXY uO1(t) X Y I + – uO (t)
Ucm sinωct
AMXY X Y II uO2(t)
uΟ1(t) =AMUΩmUcmcosΩ t cosωc t = 1 AMU ΩmU cm [cos(ωc + )t + cos(ωc − )t ] 2 uΟ2(t) =AMUΩmUcmsinΩ t sinωc t = 1 AMU ΩmU cm [cos(ωc − )t − cos(ωc + )t ] 2 uO1(t)+uO2(t) = AMUΩmUcm cos(ωc − )t] 输出下边带 uO1(t)–uO2(t) = AMUΩmUcm cos(ωc + )t] 输出上边带
振幅调制和解调的原理及MATLAB编程实现
振幅调制和解调的原理及MATLAB编程实现振幅调制和解调的原理及MATLAB 编程实现一、振幅调制和解调的原理：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。
(a) 调制信过调制波形图(b) 由非正弦波调制所得到的调幅波形已调波形二、振幅调制：正交振幅调制是用两个独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。
正交振幅调制信号的一般表示式:式中，An 是基带信号幅度，g(t-nTs)是宽度为Ts 的单个基带信号波形。
上式还可以变换为正交表示形式:令Xn=An cos φnYn=Ansin φn 则v v )cos()()(n c S nnMQAMt w nT t g At S+-=∑)cos()()(n c S nnt t w nT t g ASMQAM+-∑=tw nT t g A t w nT t g A t Sc n S nn c n S nn MQAMsin ]sin )([cos ]cos )([)(??---=∑∑t w nT t g Y t w nT t g X t S c n S nn c n S n n MQAM sin ]sin )([cos ]cos )([)(??---=∑∑tw t y t w t X c c sin )(cos )(-=假设一调制信号ft=Am.cos(2πf m.t+Qm)，载波信号为ct=Ac.cos(2πfc.t+Qc)，则振幅调制（已调波信号为SAM=(AC+ft) .cos(2πfc.t+Qc) 。
二、振幅解调相干解调法如图将已调波SAM信号与解调载波相乘即spt=SAM.*cos(2*pi*fcP*t+QcP)得到含有二次高频和调制信号成分的spt波形和频谱。
5.1 幅度调制的原理
m2 t
当“满调幅”时，|m(t)|max = A0时，调制效率最高
max ＝ 1/3
调幅指数:
AM
Am A0
AM
2 AM 2 2 AM
AM信号的功率利用率很低。 应用：中短波段AM广播。
23
5.1.1 AM信号：普通调幅波 AM
Am 0.707 A0
严格同步 的本地载 波
sDSB (t ) m(t )cos ct
s p (t ) S DSB (t ) cos c t m(t ) cos c t cos c t 1 m(t )[1 cos 2c t ] 2 1 sd (t ) m ( t ) 2
28
5.1.2 双边带调制（DSB）
【例5.1】 已知一AM广播电台输出功率为50KW，采用单频 余弦信号进行调制，调幅指数为0.707，计算调制效率和载波功率。
AM
2 2 Am 1 AM 2 2 2 2 2 A0 m t 2 A0 Am 2 AM 5
m2 t
AM
PS PAM
12
5.1 幅度调制（线性调制）的原理
设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为: A Sm ( ) M ( c ) M ( c ) 2
M(ω)
Sm(ω)
0
ω
-ωc
0 (b) 输出信号频谱密度
ωc
ω
(a) 输入信号频谱密度
已调信号的频谱是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数 因子)。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制又称为线性调制。 注意：这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线 性变换关系。
振幅调制的基本原理
振幅调制的基本原理用待传输的低频信号去转变高频载波振幅的过程，称为振幅调制，简称调幅，有一般调幅（AM）、抑制载波的双边带调幅（DSB）和抑制载波的单边带调幅（SSB）三种。
1、一般调幅(AM) 设调制信号为单频信号，即：载波信号为：则一般调幅信号的表达式为：其中，m 称为调幅系数，其值介于0与1之间。
当m1时，产生过调失真。
AM 调幅信号波的波形和频谱图分别如图11（a）、（b）所示。
图1 AM信号的波形和频谱由图1（b）可看出调幅波由三个频率重量组成，即载波重量ωc，上边频ωc+Ω，下边频ωc+Ω ，其带宽为：若调制信号是多频信号，设最高频率为，则带宽为：通常将调幅波电压加在电阻R端，电阻R消耗的各频率重量对应的功率表示为：载波平均功率为：两个边频重量产生的平均功率相等，为：调幅信号总平均功率为：故调幅波的输出功率随Ma的增大而增大。
当Ma=1时，包含信息的上下边频功率值之和只占总输出功率的1/3，其能量利用率很低。
2、抑制载波的双边带调幅信号（DSB）由于载波本身并不包含信息，而且还占有较大的功率，为了减小不必要的功率铺张，可以只放射边频，而不放射载波，称为抑制载波的双边带调幅信号，用DSB表示。
其数学表示式为。
DSB信号的波形和频谱图如图2（a）、（b）所示。
图2 DSB信号的时域波形以及频谱结构其带宽为：,由于DSB方式没有包含有载波，故其功率利用率为100%。
3、单边带调幅波（SSB）SSB是由DSB经过边带滤波器滤除一个边带或者在调制过程中直接将一个边带抵消而成的。
其波形和频谱图如图如图3（a）、（b）所示。
图3 SSB信号的时域波形、频谱结构其带宽为：；功率利用率为100%。
下面从占用信号带宽、功率利用率两方面对AM、DSB、SSB三种调制方式进行比较：AM方式：占用2倍调制信号最高频率带宽；功率利用率最高只能达到1/3；DSB方式：占用2倍调制信号最高频率带宽；功率利用率最高可达到100%；SSB方式：占用1倍调制信号最高频率带宽；功率利用率最高可达到100%。
第五章 信号变换一：振幅调制、解调
二、双边带调制和单边带调制
1. 双边带调制
（1） 双边带调制电路的模型 ）
例题
设载波功率Pc为100W，问调幅度为1及0.3 设载波功率 ，问调幅度为 及 总边频功率、总平均功率各为多少？ 时，总边频功率、总平均功率各为多少？ （ma =1时， P = 50W、 P∑a=150W、 时 、 、 ma = 0.3 时， P = 4.5W、 P∑a=104.5W） 、 ）
7.调幅波的几种调制方式 调幅波的几种调制方式
二、混频器组成框图及工作原理
⒈ 组成框图
⒉ 工作原理
两个不同频率的高频电压作用于非线性器 件时，经非线性变换， 件时，经非线性变换，电流中包含直流分 基波、谐波、和频、差频分量等。 量、基波、谐波、和频、差频分量等。其 中差频分量f 中差频分量 Lo-fs就是混频所需要的中频成 分，通过中频带通滤波器把其它不需要的 频率分量滤掉，取出差频分量完成混频。 频率分量滤掉，取出差频分量完成混频。 若同一个非线性器件既完成混频、又作为 若同一个非线性器件既完成混频、 本地振荡，则这个混频器通常称为变频器 变频器。 本地振荡，则这个混频器通常称为变频器。
5.1.1 振幅调制电路
一、普通调幅（AM） 普通调幅（ ）
什么是调幅？ ⒈ 什么是调幅？ ——载波的振幅值随调制信号的大小作线 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 调幅（ 性变化，称为振幅调制，简称调幅（AM） ） 2. 普通调幅电路模型
振幅调制与解调
ma 1
4.调幅波的频谱
（1）由单一频率信号调 幅
u AM U cm (1 ma cos t ) cos c t U cm 1 1 cos c t ma cos( c )t ma cos( c )t 2 2
可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量： ( 载 波 分 量 c ) : 不 含 传 输 信 息 上 边 频 分 量 c : 含 传 输 信 息 下 边 频 分 量 : 含 传 输 信 息 c
c 相位调制(Phase Modulation,PM)：调制信号控制载波 相位，使已调波的相位随调制信号线变化。
（ 7）解调方式： 振幅检波 鉴频 鉴相 振幅调制的逆过程
调频的逆过程
调相的逆过程
§ 5.2 调幅信号的分析
调制：用低频信号直接控制高频振荡的某个参数（振幅、频率或相 位），使高频信号具有低频信号的特性。
波形与频谱
调制信号
下边频
载波
o
上边频
um cos t (1) DSB信号的包络正比于调制信号 (2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已 调波高频与原载波反相。因此严格地说，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。 (3) DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率 高于AM波。 (4) 占用频带 BDSB 2 max 2Fmax
2 1 ma 1时，Pc Pav，PSB Pav 3 3
ma 0.3时，Pc 0.95Pav，PSB 0.05Pav
当ma 减小时，Pav减小，Pc不变，故Pc在Pav中的比重较大。
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通常 F<<fc
uAM(t ) = Ucm + kau(t ) cos(ωct ) 〔 〕 〔 cos( = Ucm + kaUmcost〕 ωct ) cos( = Ucm 1+ macost〕 ωct ) (
kaUm ma = Ucm
调幅系数或调幅度. 调幅系数或调幅度. 表示载波振幅受调制信号控制的程度
2. 波形 3. 频谱
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5.1 振幅调制的基本原理
5.1.3 调幅电路的组成模型
一,相乘器 实现两个信号相乘
ux uy
X AMXY Y
uo
AM —增益系数或乘积系数,1/V 增益系数或乘积系数, 增益系数或乘积系数
理想相乘器符号
实现相乘,而对输入电压波形,幅度,极性, 理 1. 实现相乘,而对输入电压波形,幅度,极性,频率 无要求. 为四象限相乘器 为四象限相乘器) 无要求.(为四象限相乘器 想 相 2. u ,u 中有一个为恒值时,相乘器相当于线性放大器. x y中有一个为恒值时,相乘器相当于线性放大器. 乘 3. 产生新的频率分量 uO = AM UxmUymcosωxt cosωyt 器 功 = 1 A U U [cos(ω + ω ) + cos(ω ω )] M xm ym x y x y 能 2 EXIT
单频调制时 通过相乘实现! 通过相乘实现!
uDSB (t ) = kaUm cos(t )cos(ωct ) 1 1 = kaUm cos[(ωc + )t] + kaUm cos[(ωc )t] 2 2
无载频分量! 无载频分量! EXIT
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2. 双边带调幅波波形
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5.1 振幅调制的基本原理
二,AM调幅电路组成模型 调幅电路组成模型 uc(t) uc(t) u(t) + UQ X AMXY Y uAM(t) 或 u(t) X AMXY Y uAM(t)
+ + – – UQ
uAM ( t ) = AM [U Q + u ( t )]U cm cos ω c t = [ AMU QU cm + AMU cm u ( t )] cos ω c t
把调幅波振幅变化规律, 把调幅波振幅变化规律,即 称为调幅波的包络. 称为调幅波的包络.
Ucm 1+ macost〕 (
EXIT
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2. 单频调制时 单频调制时AM调幅波波形 调幅波波形
U cm (1 + ma ) 最小振幅 U cm (1 ma )
最大振幅 ma= 1 ma>1时 时 产生过调幅失真
解: BW = F
EXIT
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求带宽
例
(设ωc为 的整数倍) 为 的整数倍)
解:
BW?
EXIT
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作业
P144～145 5.1,5.13 ～ ,
EXIT
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总结
EXIT
�
EXIT
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5.1.1 普通调幅波
一,普通调幅表达式 载波信号 调制信号
简称AM调幅波 调幅波 简称
uc ( t ) = U cm cos ω c t = U cm cos 2π f c t
u (t )
U m ( t ) = U cm + ka u ( t )
ka由调制电路决定 由调制电路决定
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2. 移相法
u(t) =Umcos t
Ucm cosωct
90° ° 移相 Umsin t 90° ° 移相
AMXY uO1(t) X Y I + – uO (t)
Ucm sinωct
AMXY X Y II uO2(t)
uΟ1(t) =AMUmUcmcos t cosωc t = 1 AMU mU cm [cos(ωc + )t + cos(ωc )t ] 2 uΟ2(t) =AMUmUcmsin t sinωc t = 1 AMU mU cm [cos(ωc )t cos(ωc + )t ] 2 uO1(t)+uO2(t) = AMUmUcm cos(ωc )t] 输出下边带 uO1(t)–uO2(t) = AMUmUcm cos(ωc + )t] 输出上边带
EXIT
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2. 单频调制时 单频调制时AM调幅波波形 调幅波波形
为避免失真,要求 为避免失真,要求ma≤1
EXIT
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3. 单频调制时 单频调制时AM调幅波频谱 调幅波频谱
uAM (t ) = Ucm 1+ macost〕 ωct ) cos( ( = Ucm cos(ωct ) + 1 maUcm[cos(ωc + )t] + 1 maUcm cos[(ωc )t] 2 2
fc–Fmax
fc
Fc+ Fmax
f
fc–Fmin Fc+ Fmin 过渡带宽 f = 2Fmin
滤波法的关键是高频带 通滤波器. 通滤波器.要能有效滤 除不要的边带, 除不要的边带,而不失 真地通过需要的边带. 真地通过需要的边带.
当滤波器边带相对距离 小时,直接滤波很困难. 当滤波器边带相对距离 f / fc小时,直接滤波很困难. EXIT
EXIT
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求带宽
例
(设ωc为 的整数倍) 为 的整数倍)
解: BW = 2F
EXIT
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求带宽
例
(设ωc为 的整数倍) 为 的整数倍)
解:
BW = 2F
EXIT
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求带宽
例
(设ωc为 的整数倍) 为 的整数倍)
上,下边频分量的振幅 不超过载波振幅的一半
BW = 2F
EXIT
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4. 单频调制时 单频调制时AM调幅波的功率 调幅波的功率 由于
uAM (t ) = Ucm 1+ macost〕 ωct ) cos( (
2
= Ucm cos(ωct ) + 1 maUcm[cos(ωc + )t]+ 1 maUcm cos[(ωc )t] 2 2
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5.1.2 抑制载波的双边带和单边带调幅波
一,双边带调幅波 1. 表达式 DSB波:抑制了载波分量, 波 抑制了载波分量, 只含上,下边带分量. 只含上,下边带分量. ka由调制电路和 由调制电路和 载波幅值决定. 载波幅值决定.
uDSB (t ) = kau(t )cos(ωct )
= [U m + ka u ( t )] cos ω c t U m = AMU QU cm ka = AMU cm
EXIT
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三,DSB调幅电路组成模型 调幅电路组成模型 uc(t) u(t) X AMXY Y uDSB(t)
uDSB ( t ) = AM u ( t )uc ( t )
Pmax
[(1 + ma )U cm ] = 1 + m )P 2 ( = a o 2 RL
2
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二,复杂信号调制 1. 波形
EXIT
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2. 表达式 周期性的复杂调制信号,可用傅里叶级数展开, 周期性的复杂调制信号,可用傅里叶级数展开,表示为
EXIT
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3. 双边带调幅波频谱
BW = 2F
DSB波频谱 波频谱
1 1 kaUm kaUm 2 2
EXIT
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二,单边带调幅波 1. 表达式 单频调制时
SSB波:只含一个边带分量 波
1 uSSB (t ) = kaUm cos(ωc + )t 2 1 或 uSSB (t ) = kaUm cos(ωc )t 2
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第 5 章 振幅调制,解调与混频电路 振幅调制,
振幅调制: 振幅调制:用待传输的低频信号去控制高频载波信号的幅值 解调:从高频已调信号中还原出原调制信号 解调: 混频: 混频:将已调信号的载波载频变成另一个载频 振幅调制, 振幅调制,解调和混频电路都是频谱线性搬移电路
单频调制时
uDSB ( t ) = AMU cmU m cos(t ) cos(ω c t ) = U m cos(t ) cos(ω c t )
四,SSB调幅电路组成模型 调幅电路组成模型
思路
DSB 除去一个边带
滤波法, 滤波法,移法
SSB
EXIT
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1. 滤波法 uc(t) u(t) X AMXY uDSB(t) Y BPF uSSB(t)
普通调幅波幅值 普通调幅波信号
uAM(t ) = Um (t )cos(ωct ) = [Ucm + kau(t ) cos(ωct ) 〕