09级高频电子技术课件第5章_振幅调制

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5.1.1 普通调幅波
问题： 问题： 特征如何？ 一、调幅波数学表达式及波形特征如何？ 调幅波数学表达式及波形特征如何 二、调幅波的频谱有什么特征？ 调幅波的频谱有什么特征？ 如何根据频谱计算频带宽度？ 如何根据频谱计算频带宽度？ 三、如何计算调幅波的功率？ 如何计算调幅波的功率？
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1、AM波数学表达式 、 波数学表达式 调制信号
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3.调制的方式 调制的方式: 调制的方式
低频信号 高频信号 （载波） 载波） 控制 载波的参数 幅度 频率 相位 相角 已调波 幅度调制（简称“调幅” 幅度调制（简称“调幅”，AM） ） 角度调制 频率调制（简称“调频” 频率调制（简称“调频”，FM） ） 相位调制（简称“调相”，PM） 相位调制（简称“调相” ） 8
u AM = U c 1 + ∑ m n cos Ω n t cos ω c t n 1 1 = U c cos ω c t + ∑ m n cos( ω c + Ω n )t + m n cos( ω c − Ω n )t 2 n 2 1 1 = U c cos ω c t + ∑ m n cos( ω c + Ω n )t + ∑ m n cos( ω c − Ω n )t n 2 n 2
]
载 波 分 量 (ω c ) : 不 含 传 输 信 息 上 边 频 分 量 (ω c + Ω ) : 含 传 输 信 息 下 边 频 分 量 (ω c − Ω ) : 含 传 输 信 息
调制信号 Ω
载波
调幅波
U cm
ωc
1 maU cm上边频 2
下边频
1 maU cm 2
ωc - Ω
3
5.1 概 述
回顾问题：（第一章 调制系统概念） 回顾问题：（第一章 调制系统概念） ：（
1. 什么是“调制”与“解调”？ 什么是“调制” 解调” 2. “调制”与“解调”的过程如何实现？ 调制” 解调”的过程如何实现？ 调制 3. “调制”与“解调”的方式有哪些？ 调制” 解调”的方式有哪些？ 调制
人 低频信号 控制 飞机的参数（如 飞机的参数（ 载波的参数（如幅度、 载波的参数（如幅度、 重量、速度等） 重量、速度等 频率、相位） 频率、相位） ） 高频信号 飞机 （（载体） 载波） 载波） 载体）
调 装 载 制
已调波 载有人的飞机
人 低频信号
解 卸 调 载
还原
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2.“调制”与“解调”的过程： 调制” 调制 解调”的过程： 调制： 调制： 用被传送的低频信号去控制高频信号 被传送的低频信号去 低频信号 载波）的参数（幅度、频率、相位）， （载波）的参数（幅度、频率、相位）， 实现低频信号搬移到高频段。 实现低频信号搬移到高频段。 解调： 解调： 是调制的反过程。 是调制的反过程。即：把低频信号从 高频段搬移下来，还原被传送的 被传送的低频 高频段搬移下来，还原被传送的低频 信号。 信号。
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5.1 调幅信号的分析 重点 调幅信号的分析(重点 重点)
调幅有三种方式： 调幅有三种方式： 含载波的普通调幅（ 含载波的普通调幅（AM）（重点） 普通调幅 ） 重点） 抑制载波的双边带调幅（DSB/SC-AM） 抑制载波的双边带调幅（ ） 抑制载波的单边带调幅（ 抑制载波的单边带调幅（SSB/SC-AM） ） 小结
不含信息 载波分量 : ω c 同样含有三部分频率成份 含信息 上边带 (ω c + Ω n ) 下边带 (ω − Ω ) 含信息 c n
限带信号 载波
Ωmax
调幅波 下边频带
ω
c
ω
上边频带
ωc-Ωmax
ωc
ωc+Ωmax
ω
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4.普通调幅波带宽 普通调幅波带宽(B, Bandwidth) 普通调幅波带宽
uAM =Ucm[1+ka f (t)]cosωct
若将
U 分解为： f (t) 分解为：f (t) = ∑ Ωn cos(Ωnt +ϕn)
n=1
∞
∞
则有 u AM = Ucm [ 1 + ∑ mn cos(Ωnt + ϕn ) ]cosωct
n =1
其中： 其中：
kaUΩmn m= n Ucm
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为横坐标上的点， 为横坐标上的点，其幅度 A i 为纵坐标上 m 的点，画出频谱分布图。 的点，画出频谱分布图。
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3、调幅波的频谱特征
u AM = U cm (1 + ma cos Ωt ) cos ωc t = U cm [ 1 1 cos ωc t + ma cos(ωc + Ω)t + ma cos(ωc − Ω)t 2 2
= U cm (1 + m a cos Ω t ) cos( ω c t + ϕ )
kaUΩm m= a Ucm
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应用例1：写出调制信号为限带信号的调幅波表达式 应用例 ：写出调制信号为限带信号的调幅波表达式 限带信号 一般， 一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信 号，常为一个连续频谱的限带信号 f ( t ) 。
调 制
3.解调的方式： 解调的方式： 解调的方式
低频信号 高频信号 （载波） 载波） 控制 载波的参数 幅度 频率 相位
调 制
Leabharlann Baidu
调幅波 调频波 调相波 调幅波 调频波 调相波 低频信号 检波 鉴频 鉴相
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解 调
总结： 总结：
调制信号（低频信号）： 调制信号（低频信号）： 需要传输的电信号 语言 原始信号） （原始信号） 图像 数据 载波信号（高频信号）： uc = U c cos(ω c t + ϕ ) 载波信号（高频信号）： 等幅） （等幅）高频正弦波振荡信号 已调( 已调(波)信号（高频信号）： 信号（高频信号） 经过调制后的高频信号
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Umax =Ucm(1+ ma )
U cm
1 U max − U min ma = 2 U cm
ma = 1 ma > 1
Umin =Ucm(1− ma )
波形特征： 波形特征： (3)调幅度ma反映了调幅的强弱程度 值越大调幅越深： 一般ma值越大调幅越深：
ma ma m a = 0时 = 1时 > 1时 未调幅 最大调幅 (百分之百 ) 过调幅 , 包络失真 , 实际电路中必须避免 22
第5章 章 振幅调制电路
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本章知识点及结构
振 幅 调 制 调幅波的性质（数学表达式、频谱特征、功率） 调幅波的性质（数学表达式、频谱特征、功率） 5.2 调幅波的产生（原理，电路，评价指标） 调幅波的产生（原理，电路，评价指标） 5.3，5.4 ，
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第五章 振幅调制电路
5.1 概述 5.2 调幅信号的分析（重点） 调幅信号的分析（重点） 5.3 调幅波产生原理的理论分析 5.4 普通调幅波的产生电路（电路设计） 普通调幅波的产生电路（电路设计） 5.6 抑制载波调幅波的产生 （电路设计） 电路设计）
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连续波调制
调幅（ 调幅（AM） ） 调频（ ） 调频（FM） 调相（ 调相（PM） ） 调角
3. 调制 分类
（载波调制） 载波调制）
脉幅调制（ 脉幅调制（PAM） ） 脉冲调制 （二次调制） 二次调制） 脉宽调制（ 脉宽调制（PWM） ） 脉位调制（PPM） 脉位调制（ ）
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4、调幅与检波的典型电路 、
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2
③调制一周内的平均总功率
Poav = PoT +Pωc + + Pωc −
当 m =1 时，边频功率最大 a 此时
P =15P T . O
表明: 对单频调制的调幅波， 表明: 对单频调制的调幅波，最大调制时 的功率为载波功率的1.5倍。 的功率为载波功率的1.5倍 1.5 其中边频功率是载波功率的一半。 其中边频功率是载波功率的一半。
计算方法： 设调幅波电压加于负载电阻 设调幅波电压加于负载电阻R上 计算方法：(设调幅波电压加于负载电阻 上）
①载波功率
2 1 U cm POT = 2 R
②每一边频功率
Pωc + = Pωc −
1 maU cm 1 1 2 = = ma POT 2 2 R 4
2 ma = 1 + PoT 2
即 已调波频谱所占频带宽度 （1）调制信号为单一频率（Ω=2πF）的正弦波， ）调制信号为单一频率（ π ）的正弦波， 则 B=2F
（2）实际上，调制信号是包含若干频率分量的 ）实际上， 复杂波 (F =Fmin~Fmax) -------多频调制情况 多频调制情况 则， B=2Fmax
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5、调幅波的功率 、
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信 号
导入
本节问题： 本节问题： 1、调制器、解调器在无线电收发系统中的位置？ 、调制器、解调器在无线电收发系统中的位置？ 在无线电收发系统中的位置 2、为什么要通过调制来发送信号？ 、为什么要通过调制来发送信号？ 调制来发送信号 3、连续波调制与脉冲调制的关系？ 、连续波调制与脉冲调制的关系？ 4、调幅与检波的典型电路 、
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3、调幅波的频谱 、
频谱分析的方法： 频谱分析的方法： (1) 将调幅（电压）信号的数学表达式展开成 将调幅（电压） 余弦（或正弦） 之和的形式， 余弦（或正弦）项之和的形式，即 的形式
∑A
i
m cos( it + i ) i
ω
ϕ
i (2) 以每一余弦（或正弦）项的频率 ω 或 fi 以每一余弦（或正弦）
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1.“调制”与“解调”： 调制” 调制 解调”
调制（ 调制（ modulation ) 解调（ 解调（demodulation） ）
电信号通信中，实现低频信号远距离 电信号通信中，实现低频信号远距离 信号 传输的一种主要方法。 传输的一种主要方法。 一种主要方法
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2.“调制”与“解调”的过 调制” 调制 解调” 程:
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可见： 可见： 普通调幅波信号中， 在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频 带内， 载波本身并不携带信息， 带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占 了整个调幅波功率的绝大部分， 了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率 浪费大，效率低。 浪费大，效率低。
ωc +Ω
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调制信号频谱、载波信号频谱、 调制信号频谱、载波信号频谱、已调波频谱 之间的关系。 之间的关系。
结论：调幅的过程就是 结论： 在频谱上将低频调制信号 搬移到高频载波分量两侧的过程。 搬移到高频载波分量两侧的过程。 高频载波分量两侧的过程
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应用例3：画出限带信号的调幅波频谱 应用例3
2、AM信号波形特征 AM信号波形特征
u AM = Ucm (1 + ma cosΩt ) cosωct
uΩ = U Ω cos Ω t
u c = U cm cos ω c t
波形特征： 波形特征： 调幅波的振幅（包络） (1)调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一 致 (2)调幅波频率（即变化快慢） (2)调幅波频率（即变化快慢） 调幅波频率 与载波频率一致
u Ω = U Ωm cos Ωt
控制 载波信号的幅度 U cm
载波信号
uc = U cm cos(ωc t + ϕ )
已调信号 (调幅波 调幅波) 调幅波
u AM = U
AM
调幅波的幅度
U AM (t ) = U cm + k aU Ω m cos Ω t
( t ) cos( ω c t + ϕ )
注意： 注意：
调制度m 调制度 a的计算方法 避免过调幅现象 避免过调幅现象 过调幅
应用例2： 应用例 ： 已知调制信号波形如下图a所示，载波信号波形 已知调制信号波形如下图a所示， 如图b所示，画出m =1时的普通调幅波的波形 时的普通调幅波的波形。 如图b所示，画出ma=1时的普通调幅波的波形。
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1、调制器在发射机中位置 、
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1、解调器在接收机中的位置 、
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2.为什么要通过调制来发送信号？ 为什么要通过调制来发送信号？ 为什么要通过调制来发送信号
天线尺寸的限制 只有天线实际长度与电信号的波长可比拟时， 只有天线实际长度与电信号的波长可比拟时，电 信号才能以电磁波形式有效辐射。 信号才能以电磁波形式有效辐射。 可实现的回路带宽 低频信号频率变化范围很大， 低频信号频率变化范围很大，很难做出参数在如 此宽范围内变化的天线和调谐回路。 此宽范围内变化的天线和调谐回路。 区别不同的音频信号 有利于接收来自不同发射机的信号（ 有利于接收来自不同发射机的信号（因为不同发 射机有不同的载波频率） 射机有不同的载波频率）。