[工学]通信电路原理

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笫6章调制与解调6.1幅度调制6.1.1标准幅度调制6.1.2抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅6.1.3正交幅度调制与解调6.2角度调制6.2.1角度调制的基本概念6.3自动频率控制（AFC）\n26.1.2抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅SAM调幅波中，欲传送的信息包含在边带内，从传输信息的角度看，载波分量是多余的；载波分量占去了调幅波总功率的一半以上，这对充分利用发射机功率不利；从传输信号的角度看，SAM调幅波所占的带宽一半是多余的，这对节省频率资源不利。由此，产生抑制载波调幅和单边带幅度调制。\n36.1.2.1抑制载波调幅DSB-AM或SC-AM（1）抑制载波调幅信号的时域表示式（2）抑制载波调幅信号的频域表示式和频谱（3）抑制载波调幅信号的波形图（4）抑制载波调幅的调制和解调电路（5）产生和载频信号同频同相本地载波\n46.1.2.1抑制载波调幅（续1）（1）抑制载波调幅的时域表示式：（2）抑制载波调幅的频域表示式：抑制载波调幅信号中不含固定的载波分量\n56.1.2.1抑制载波调幅（续2）（3）抑制载波调幅信号的波形图：调制信号是正值时的已调波载波相位与调制信号是负值时的已调波载波相位是反相的已调信号的幅度变化，其包络不能反映调制信号的形状\n66.1.2.1抑制载波调幅（续3）抑制载波调幅信号中不含固定的载波分量，若调制信号的平均值不是零，会产生“载漏”。调制信号是正值时的已调波载波相位与调制信号是负值时的已调波载波相位是反相的。已调信号的幅度仍随调制信号变化，但其包络不能反映调制信号的形状。上图由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形，因而也不能应用峰值包络检波方法。所以，对这类调幅信号，只能使用同步解调方法。\n76.1.2.1抑制载波调幅（续4）带通滤波器低通滤波器（4）抑制载波调幅的调制和解调电路：由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形，因而不能应用峰值包络检波方法。只能使用同步解调方法。同步解调的关键在于产生出和载波信号同频同相的本地载波信号。\n86.1.2.1抑制载波调幅（续5）（5）产生和载频信号同频同相本地载波：平方器带通滤波器分频器\n96.1.2.1抑制载波调幅（续6）举例1：标准幅度调制和抑制载波调幅。\n106.1.2.1抑制载波调幅（续7）用1496集成芯片构成的调幅器电路\n116.1.2.1抑制载波调幅（续8）载波信号入：调制信号入：输出信号为：1，4和8，10端直流平衡，抑载调幅波形8，10端直流平衡，可得到标准调幅波形若1，4端平衡，而8，10端不平衡，输出是什么波形？若相乘器两输入端均不平衡，输出是什么波形？\n双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波分量，因而可以有效地利用发射机的功率传递信息。但它是双边带信号，所占带宽仍为调制信号最高角频率的两倍。而从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就够了，只传送一个边带的调幅信号称为单边带调幅，可以选择上边带也可以采用下边带。单边带调幅，简记为SSBAM，显然，它既可充分利用发射机的功率又节省占有频带。所以，它是传输信息的最佳调幅方式。但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复杂。\n6.1.2.2单边带调幅（1）单边带调幅波的时域表示式（2）用滤波法实现单边带调幅（3）用相移法实现单边带调幅（4）用混合法实现单边带调幅（5）单边带调幅波的解调（6）单边带传输的优缺点\n146.1.2.2单边带调幅（续1）（1）单边带调幅的时域表示式：为了求得SSBAM信号的时域表示式，对SSBAM信号的频谱函数进行逆傅立叶变换。令VSSB（jω）表示为：对上式做付氏逆变换可得SSBAM信号的时域表示式为：为的希尔伯特（Hilbert）变换。\n希尔伯特（Hilbert）变换希尔伯特变换的物理意义：传输函数为：-/2>00ω=0/2<0即：（1）单边带调幅的时域表示式（续）\n166.1.2.2单边带调幅（续3）（2）用滤波法实现单边带调幅：带通滤波器对滤波器要求甚高，尤其是调制信号中的低频很低时：\n6.1.2.2单边带调幅（续4）采用多级滤波降低对滤波器的要求：F1F2F3对滤波器的要求比较高，可采用晶体、陶瓷、声表滤波器。\n186.1.2.2单边带调幅（续5）（3）用相移法实现单边带调幅：要求移相器在很宽的频带上产生相同的相位，亦很难制造。\n-/2-/2低通滤波器低通滤波器6.1.2.2单边带调幅（续6）（4）用混合法实现单边带调幅：混合法的优点：无需对做移相，易于实现。\n206.1.2.2单边带调幅（续7）（5）单边带调幅的解调为了实现同步解调，需要建立本地载波信号。由于SSBAM信号中不含载波分量，无法从调幅信号中直接滤出载波。通常，采用两种方法：在SSBAM信号中加入导频。在本地产生一个频率近似为载波频率的振荡。（当然，它不可能与发送信号中的载波同频同相，因此，它不属于相干解调。但只要这两个载波的频率差在容许范围之内还是可用的。）单边带调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形。对单边带调幅信号，只能使用同步解调方法。\n21（6）单边带传输的优缺点优点：和标准AM比节省功率：3倍，4.8dB节约带宽：50％，3dB选择性衰落：3dB减少噪声缺点接收设备复杂（载波恢复，如PLL）标准AM的两个边带和载波通过不同的路径传播，传输损耗不同：假设一个边带被明显消弱：-3dB如果选择性衰落使得载波振幅减小，则会产生过调制，解调信号将会产生严重失真接收信号中，如果载波和边带信号的相位发生移动，包络的形状就会产生变化，解调将出现严重失真综合考虑带宽减小及不受选择性衰落影响等因素，单边带的信噪比比标准AM大12dB左右；要获得和单边带相同的性能，标准AM必须多发射12dB的功率。6.1.2.2单边带调幅（续8）\n22单边带信号的频分复用举例\n23独立边带调幅：ISBAM两个不同的调制信号互不相干地调制在同一载波频率发射机有两个独立的单边带调制器，一个调制器产生上边带，一个调制器产生下边带，结合为一个双边带信号，但这个双边带的上下边带是相互独立的为了解调，需要插入导频ISB技术可用于立体声AM传输\n24独立边带发射机方框图（立体声传输）\n256.1.2.3残留边带调幅从有效传输信息的角度，单边带调幅是最好的调幅方式。但是不适于传送带有直流分量的信号（或包含大量低频分量，例如：电视信号）。折衷方式-----残留边带调幅，简记为VSBAM。VSBAM方式中，不是把一个边带完全滤除，而是保留一部分。下图所示为VSBAM信号幅度谱的示意图。为了保证信号无失真地传输，传送边带中被抑制的部分和抑制边带中被传送的部分应满足互补对称关系。-f00f0-bf0f0+bSVSB(f)\n266.1.2.3残留边带调幅（续1）广播电视系统的图象部分应用的是残留边带调幅：接收端的滤波器在载波附近0.75MHz范围内满足互补对称关系。VSBAM所占带宽比SSBAM略宽，基本具有SSBAM的优点在调制信号中含有直流分量时，这种调制方式可以使用残留边带滤波器比单边带滤波器也易于实现\n276.1.2.3残留边带调幅（续2）VSBAM信号的解调：对不含载波分量的VSBAM信号的解调只能采用同步的解调的方法。为了恢复本地载波信号，可以在VSBAM信号中加入导频信号；也可采用DSBAM类似的非线性变换方法。这是因为VSBAM信号中，载波附近具有两个边带信号。在容许一定失真情况下，对含有大载波分量的VSBAM信号可以使用峰值包络检波器解调，从而可大大简化解调电路。\n28举例：彩色电视接收机中的同步检波器（P332）电视图象信号不是标准调幅信号，而是残留边带调幅信号。它可以用同步检波器实现无失真的解调。由于电视调幅信号中含有较大的载波分量，故这里的本地载波恢复电路由窄带选频电路与放大器组成。图6.2.14所示电路中，主要包括三个部分：即相乘器电路、本地载波恢复电路和前置视频放大电路。相乘器电路中，其Y路输入信号为调幅信号，它需要较好的线性工作状态，故在发射极接入反馈电阻，以扩大其线性工作范围。其X路输入信号为本地载波信号，它的幅度较大。由于电视调幅信号中含有较大的载波分量，故这里的本地载波恢复电路由窄带选频电路与放大器组成。\n296.1.3正交幅度调制与解调正交幅度调制与解调是一种特殊的复用技术，一般是指利用两个频率相同但相位相差90度的正弦波作为载波，以调幅的方法同时传送两路互相独立的信号的调制方式。这种调制方式的已调信号所占频带仅为两路信号中的较宽者而不是二者之和，可以节省传输带宽。\n6.1.3.1正交幅度调制与解调原理a(t)b(t)a(t)b(t)x(t)两路互相独立的信号a(t)和b(t)分别调制角频率为c的两个互相差90度的正弦波，通常用和表示，并称它们是互相正交的。调制后的两路信号相加得到输出信号x(t)，表示为：调制器解调器返回\n316.1.3.1正交幅度调制与解调原理（续1）解调原理：正交输入信号x(t)被两个互相正交的正弦波相乘：滤除2c分量，分别得到解调输出a(t)和b(t)。\n32调幅与检波小结（1）调幅波的性质：数学表示式；波形；频谱；功率分配SAMDSB-SCSSBAMVSBAM正交幅度调制（2）调幅波的产生（低电平调幅）平衡调幅器（DSB-SC）模拟相乘器调幅（SAM、DSB-SC）\n33调幅与检波小结（续1）（3）调幅波的解调（检波）小信号平方律解调：检波效率低，输入阻抗小，检波失真大，但是平方律检波可以用于功率指示；大信号峰值包络解调器：检波效率高，可能产生对角切割失真（惰性失真）；相干解调（同步解调）：产生和载频信号同频同相本地载波是相干解调的一个关键问题。\n346.2角度调制6.2.1角度调制的基本概念6.2.1.1瞬时频率和瞬时相位6.2.1.2角度调制的瞬时频率和瞬时相位的关系6.2.1.3调频波与调相波的数学表示式，频移和相移\n35角度调制调制前后频率分量不是线性对应关系，而是经调制将原来的频谱扩展到非常宽的频率范围之内，所以属于非线性调制。角度调制在时间域上的特点：（1）幅度始终不变（2）只是角度（频率、相位）在变化当载波的相位角受调制信号的控制而变化时，将产生具有恒定振幅和瞬时相角Φ(t)的正弦波，称之为角度调制。包括：相位调制PM和频率调制FM。\n36\n37思考题思考题一：在用1496集成芯片构成的调幅器电路中，抑制载波调幅波的载漏是如何产生的？标准调幅波的过调制是如何产生的？思考题二：在单管功率放大器构成的调幅器电路中，标准调幅波的过调制是如何？请与上面比较。思考题三：标准调幅波和抑制载波调幅波，当采用相干解调与非相干解调时，解调结果如何？谐波输出的特点是什么？\n38习题十二：6-66-9CAD9_（补充）CAD9_（补充）实验四调幅信号的解调电路的软件仿真。解调是调制的逆过程，调幅波的解调即是从调幅信号中恢复出调制信号的过程，通常称之为检波。同步检波与二极管峰值包络检波是常用的两种调幅波解调电路。本实验仍采用1496集成片来构成解调器，电路如下图所示。\n39用1496集成片来构成解调器14963546\n40二极管包络检波器78\n41附图一：抑制载波调幅\n42附图二：标准幅度调制\n43附图三：载漏\n44附图四：音漏\n45附图五：相乘器两输入端均不平衡\n46幅度调制的频谱抑制载波分量抑制边带分量标准调幅