高频电子线路(第七章 振幅调制与解调)
高频电子线路角度调制与解调电路.ppt
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第七章 角度调制与解调电路
调相波的频谱结构带宽
uFM (t) Ucm cos(ct m f sin t) uPM (t) Ucm cos(ct mp cos t)
调相波的表达式与调频波类似，其频谱结构与调频波相同， 因此卡森公式也可用于计算调相波的带宽。
BCR=2(mp+1) F
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第七章 角度调制与解调电路
时相位
t
t
t
(t)
(t)dt
0
0 [c (t)]dt ct
0 kf u(t)dt
t
ct 0 kf umcostdt
c t
k f u m
sint
c t
m
sint
记m f
kf um
m ，
称为调频指数
3
第七章 角度调制与解调电路
调频信号可表示为
载波频率或 中心角频率
最大角频偏Δωm
其中mp=kpUΩm为最大相偏 其瞬时相位为
(t) c t m p cos t
因此调相信号可表示为
uPM (t) U cm cos(c t m p cos t)
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第七章 角度调制与解调电路
由调相信号的表达式可以求得它的瞬时角频率为
(t)
d (t )
dt
c
m p sin
t
c
m
sin
t
第七章 角度调制与解调电路
第7章 角度调制与解调
振幅 振幅受调制信号控制Ucm+k uΩ(t)
载波 u c (t) U cm cosc t
相位
相位受调制信号控制 ωct+kpuΩ(t)
频率 频率受调制信号控制ωc+kfuΩ(t)
高频电子线路 第7章 频率调制与解调
当mf很小时,如mf<0.5,为窄频带调频,此时 Bs=2F （7―10）
《高频电路原理与分析》
第7章 频率调制与解调
对于一般情况,带宽为 Bs=2(mf+1)F=2(∆fm+F) 更准确的调频波带宽计算公式为
Bs = 2( m f + m f + 1) F
（7―12）
（7―11）
当调制信号不是单一频率时,由于调频是非线性 过 程,其频谱要复杂得多。比如有F1、F2两个调制频率, 则根据式(7-7)可写出 jωc t
0 (a) uΩ 0 t (b) ∆ωm t
ω (t) ωc
0 (c) IFM(t) 0 (d)
t
t
ϕ (t)
ϕc
4π 2π 0
∆ϕ (t) mf Tc 2Tc (e) t
图7―1 调频波波形 《高频电路原理与分析》
第7章 频率调制与解调
∆fm mf ∆fm mf 0 F
图7―2 调频波∆fm、mf与F的关系
7.3.1 直接调频电路 1.变容二极管直接调频电路 1) 变容二极管调频原理 其结电容Cj与在其两端所加反偏电压u之间存在着 如下关系:
C0 Cj = u γ (1 + ) uϕ
（7―21）
《高频电路原理与分析》
第7章 频率调制与解调
Cj
C j/pF
γ ＝1/3 γ ＝1/2 γ ＝2
0 (a) u/V
第7章 频率调制与解调
(2）可变移相法。可变移相 法就是利用调制信号控制移相网络或谐振回路的 电抗或电阻元件来实现调相。 (3）可变延时法。将载波信号通过一可控延时网络, 延时时间τ受调制信号控制,即 τ=kduΩ(t) 则输出信号为 u=Ucosωc(t-τ)=Ucos［ωct-kdωcuΩ(t)］ 由此可知,输出信号已变成调相信号了。
高频电子线路最新版课后习题解答第七章——角度调制与解调答案
第七章 思考题与习题7.1 什么是角度调制？解：用调制信号控制高频载波的频率（相位），使其随调制信号的变化规律线性变化的过程即为角度调制。
7.2 调频波和调相波有哪些共同点和不同点，它们有何联系？解：调频波和调相波的共同点调频波瞬时频率和调相波瞬时相位都随调制信号线性变化，体现在m f MF ∆=；调频波和调相波的不同点在：调频波m f m f k V Ω∆=与调制信号频率F 无关，但f m f k V M Ω=Ω与调制信号频率F 成反比；调相波p p m M k V Ω=与调制信号频率F 无关，但m f m f k V Ω∆=Ω与调制信号频率F 成正比；它们的联系在于()()d t t dtϕω=，从而具有m f MF ∆=关系成立。
7.3 调角波和调幅波的主要区别是什么？解：调角波是载波信号的频率（相位）随调制信号的变化规律线性变化，振幅不变，为等福波；调幅波是载波信号的振幅随调制信号的变化规律线性变化，频率不变，即高频信号的变化规律恒定。
7.4 调频波的频谱宽度在理论上是无限宽，在传送和放大调频波时，工程上如何确定设备的频谱宽度？ 解：工程上确定设备的频谱宽度是依据2m BW f =∆确定7.5为什么调幅波调制度 M a 不能大于1，而调角波调制度可以大于1？解：调幅波调制度 M a 不能大于，大于1将产生过调制失真，包络不再反映调制信号的变化规律；调角波调制度可以大于1，因为f fcmmV M k V Ω=。
7.6 有一余弦电压信号00()cos[]m t V t υωθ=+。
其中0ω和0θ均为常数，求其瞬时角频率和瞬时相位解： 瞬时相位 00()t t θωθ=+ 瞬时角频率0()()/t d t dt ωθω==7.7 有一已调波电压1()cos()m c t V A t t υωω=+，试求它的()t ϕ∆、()t ω∆的表达式。
如果它是调频波或调相波，它们相应的调制电压各为什么？解：()t ϕ∆＝21A t ω，()()12d t t A t dtϕωω∆∆==若为调频波，则由于瞬时频率()t ω∆变化与调制信号成正比，即()t ω∆＝()f k u t Ω＝12A t ω，所以调制电压()u t Ω＝1fk 12A t ω 若为调相波，则由于瞬时相位变化()t ϕ∆与调制信号成正比，即 ()t ϕ∆＝p k u Ω（t ）所以调制电压()u t Ω＝1pk 21A t ω 由此题可见，一个角度调制波可以是调频波也可以是调相波，关键是看已调波中瞬时相位的表达式与调制信号：与调制信号成正比为调相波，与调制信号的积分成正比（即瞬时频率变化与调制信号成正比）为调频波。
高频振幅调制与解调分析课件
高频振幅调制具有抗干扰能力强、传输效率 高等优点，但也存在对信道特性敏感、对噪 声和失真较为敏感等局限性。
案例分析二
应用场景
雷达信号处理、无线电监测、频谱分析等领域。
技术原理
通过测量回波信号的振幅和相位信息，利用解调技术提取出原始信息信号。
优势与局限性
高频振幅解调能够快速准确地提取出信号特征，但同时也存在对噪声和干扰较为敏感的问 题。在实际应用中，需要根据具体需求和场景选择合适的解调方法和技术参数。
解调灵敏度
解调器从已调信号中提取低频信号的 能力，通常以dBm或dBu表示。
失真度
解调后的低频信号与原始低频信号之 间的差异程度，通常以dB表示。
噪声系数
传输通道引入的噪声与原始噪声之间 的差异程度，通常以dB表示。
06
CHAPTER
实际应用与案例分析
实际应用场景
1 2 3
通信系统
在无线通信和有线通信中，高频振幅调制与解调 技术被广泛应用于信号的传输和解码。
下调制信号。
解调器通常由二极管或晶体 管等非线性元件组成，利用 其非线性特性实现信号的解
调。
解调过程中，需要注意信号的 频率、幅度和相位等参数的变 化，以确保解调结果的准确性
。
振幅解调分类
同步解调
需要提供与载波同频的本地载波信号，通过相乘 和低通滤波器实现解调。
包络检波
利用信号包络的幅度变化，通过检波二极管实现 解调。
作为调制信号的载 体，通常是பைடு நூலகம்个高 频正弦波。
解调器
将接收到的调制信 号还原为原始信号 。
高频振幅调制系统工作原理
01
信号源产生原始信号，调制器将 原始信号加载到载波信号上，通 过改变载波信号的振幅实现信号 的调制。
高频电子线路(第七章 振幅调制与解调)
Vmax 5V
Vmin 1V t
标准调幅的已所 调示 波 ,ma如 _图 ______
解 法 一 :V 0 V m a x2 V m in 3 (V ) m aV0 VV 0m in33 12 3
解 法 :m aV V 二 m ma a V V x xm mii n n3 2
16
调幅度变化时，已调波的变化
载波的频率和相位保持不变。
12
§7.2 标准调幅波的原理和特点
一、调幅波的数学表达式
设 调制信号 载波信号
v (t) V cos t
v 0 ( t ) V 0 c o s 0 t (0 )
则 调幅波信号为
v (t ) (V 0 k aV c o s t ) c o s 0t
V0 (1
n
则调幅波信号
v ( t ) V 0 ( 1 m 1 c o s 1 t m 2 c o s 2 t ) c o s 0 t
V 0 1nm ncos nt cos0t
V 0 c o s0 t n 1 2 m n c o s (0 n ) t 1 2 m n c o s (0 n ) t
载 v0(波 t) 1c 0o 0 ts
进行标准,调 且k幅 a 1
求 （1）已调波的表达式； （2）各个频率分量的调制系数ma1，ma2； （3）边频功率（上下边频功率之和）与载波功率之比。
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例题7.2(解)
已 v ( t ) ( V 0 调 k a V 1 c 1 t o 波 k a V 2 c s 2 t ) o c0 t s o
调幅波 v ( t ) V 0 (1 m a c o s t ) c o s 0 t
co ts1
振幅V ( t ) V 0 (1 m a c o s t )
振幅调制与解调设计报告
振幅调制与解调设计报告⾼频电⼦线路课程设计实验报告《振幅调制与解调电路设计》信息学院 09电⼦B班吴志平 0915212020⼀、设计⽬的：1、通过实验掌握调幅与检波的⼯作原理。
2、掌握⽤集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制波双边带调幅的⽅法和过程，并研究已调波与⼆输⼊信号的关系。
3、进⼀步了解调幅波的原理，掌握调幅波的解调⽅法。
4、掌握⽤集成电路实现同步检波的的⽅法。
5、掌握调幅系数测量与计算的⽅法。
⼆、设计内容：1．调测模拟乘法器MC1496正常⼯作时的静态值。
2．实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。
3．实现抑⽌载波的双边带调幅波。
4．完成普通调幅波的解调5．观察抑制载波的双边带调幅波的解调三、设计原理：幅度调制就是载波的振幅（包络）受调制信号的控制作周期性的变化。
变化的周期与调制信号周期相同。
即振幅变化与调制信号的振幅成正⽐。
通常称⾼频信号为载波信号，低频信号为调制信号，调幅器即为产⽣调幅信号的装置。
调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称之为检波。
调幅波解调⽅法有⼆极管包络检波器和同步检波器，在此，我们主要研究同步检波器。
同步检波器：利⽤⼀个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘，再通过低通滤波器滤除⾼频分量⽽获得调制信号。
本设计采⽤集成模拟器1496来构成调幅器和解调器。
图4－1为1496芯⽚内部电路图，它是⼀个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采⽤了两组差动对由V1—V4组成，以反极性⽅式相连接；⽽且两组差分对的恒流源⼜组成⼀对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限⼯作。
D、V7、V8为差动放⼤器 V5与 V6的恒流源。
进⾏调幅时，载波信号加在 V1—V4的输⼊端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放⼤器V5、V6的输⼊端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接 1KΩ电位器，以扩⼤调制信号动态范围，⼰调制信号取⾃双差动放⼤器的两集电极（即引出脚（6）、（12）之间）输出。
通信电子线路第7章 振幅调制与解调
Vc Vc
(1 (1
mkVaaVccoscost) cto) scosctc调指t 幅数
4
7.1.1 调幅的概念及其波形表示(续1)
Vmax Vc (1 m a )
Vc
Vmin Vc (1 ma )
ma
1 2
(Vmax
Vmin
)
Vc
Vmax Vc Vc
Vc
Vmin Vc
调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致；
23
7.2.2 AM调制电路（续4）
❖ 低电平调幅
＋ vD －
（1）单二极管调幅电路 ＋
根据载波信号的大小 vΩ
iD
可分为平方律调幅和 － 斩波/开关调幅。
ωc
平方律调幅：
＋ vc －
Bபைடு நூலகம்F
载波和调制信号均为小信号，即 Vc<< VBZ, VΩ<< VBZ 二极管伏安特性经幂级数展开为：
iD a0 a1vD a2vD2 a3vD3
当载波vc为小信号，调制信号vΩ为小信号时可实现平 方律调幅：
二极管特性为： iD1
a0
a1vD1
a
v2
2 D1
其中：
iD2 a0 a1vD2 a2vD2 2
vD1 vc v Vc cosct V cos t
vD2 vc v Vc cosct V cos t
输出电流： 频谱成分：
i iD1 iD2
26
7.2.3 DSB-AM调制电路
可由普通AM信号经过载波抑制得到，但更多是采 用二极管平衡电路、环形电路和模拟乘法器等低电平 调制方法实现。
（1）二极管平衡调幅电路
1:2 ＋vD1 － 2:1
高频电子线路(第七章振幅调制与解调)讲义
通过频域复用 通过先进的调制技术
同学们将在《通信原理》课程中详细学习
4
调制解调在无线通信系统中的位置
调制信号
已调波
话 筒
音频 放大器
调制器
变频器
激励放大
输出功 率放大
载波信号
载波 振荡器
天线开关
扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
(1) 调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。
2
§7.1 概述
§7.1.1 调制的作用 §7.1.2 调制的分类 §7.1.3 调幅与混频本质的一致性 §7.1.4 调幅电路的分类
3
§7.1.1 调制的作用
调制的作用主要有2个
作用1：在无线通信中，为了便于信号发射 （天线不能太长，而只有当天线长度与波长相 当时才能将电磁波辐射出去），将低频的原始 信息（如语音）调制到高频段。
0 v0 (t)
V0
0
v(t )
0
v(t )
0
2020/8/3
t
t
（3）当 m a 1
最大调幅(百分之百)
t
（4）当 m a 1 过调幅
实际电路中必须避免。
t
18
18
ma 0
未调幅
0 ma 1 ma 1 ma 1
第七章 振幅调制(调幅)与解调
基础知识： 非线性及混频电路
1
本章主要内容
§7.1 概述 §7.2 标准调幅波的原理和特点 §7.3 低电平调幅电路 §7.4 高电平调幅电路 §7.5 单边带信号的特点和产生方法 §7.6 包络检波(非相干解调)电路 §7.7 同步检波(相干解调)原理 §7.8 残留边带调制解调简介
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22
三、调幅波的频谱和带宽
2. 限带信号的调幅波
调制信号 限带信号 ω 载波 ω0
V0
Ωmin Ω
Ωmax
ω
上边频带 上边频
调幅波
下边频带 下边频
2
§7.1 概述
§7.1.1 调制的作用 §7.1.2 调制的分类 §7.1.3 调幅与混频本质的一致性 §7.1.4 调幅电路的分类
3
§7.1.1 调制的作用
调制的作用主要有2个
作用1：在无线通信中，为了便于信号发射
（天线不能太长，而只有当天线长度与波长相 当时才能将电磁波辐射出去），将低频的原始 信息（如语音）调制到高频段。 作用2：提高信道的利用率
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单边带调幅波（SSB）频谱
滤波器特征曲线 SSB 信号频谱 DSB-SC
0
下边频 上边频
所占频带比较宽,而且上下边频完全对称,所含信息完全一样 如果只留一个边频，则可节省一半频率资源 剩下的上（或下）边频信号称为单边带调制信号 需要注意的是单边带的滤波器的中心频率不再是载波频率ω0
ω0-Ωmax ω0 ωΩ ω0+Ω ω0+Ωmax 0-Ωmin ω0 ω0+Ωmin
ω
调幅波所占的频带宽度等于调制信号最高频率的 两倍 B 2 m a x 。
23
三、调幅波的频谱和带宽
2. 限带信号的调幅波
以广播通信为例 语音信号频率：300-3400Hz。 标准调幅波信号带宽：6800Hz。 我国规定每电台带宽为：9kHz。
例题7.1（2006年试题）
Vmax 5V
Vmin 1V
t
标准调幅的已调波如图 所示, ma _______
Vmax Vmin 解法一:V0 3(V ) 2 V V 2 解法二: ma max min Vmax Vmin 3
V0 Vmin 3 1 2 ma V0 3 3
16
调幅度变化时，已调波的变化
ka v (t )
调幅度
t
v0 (t )
V0
0
kaV ma V0
0
v (t )
t
（Hale Waihona Puke ）当0v (t )
t
ma 0
1
未调幅 （2）当 0 m
a
0
t
正常调幅
17
ka v (t )
0 v0 (t )
V0
t
0
v (t )
t
（3）当
t
ma 1
0
最大调幅(百分之百)
下边频分量（ 0 ）： 含传输信息
20
三、调幅波的频谱和带宽
1. 简谐信号的调幅波
调制信号 Ω 载波 ω ω
1 maV0 上边频 2
ω0
调幅波
下边频
1 maV0 2
V0
ω0 - Ω
ω0
ω0 + Ω
ω
（1）调幅过程是一种线性频谱变换过程。 （2）调幅波所占频带宽度B=2。
21
三、调幅波的频谱和带宽
27
四、标准调幅波的功率关系
因为ma≤1，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。 调幅波中至少有2/3的功率不含信息，从有效地利用发射 机功率来看，普通调幅波是很不经济的。
调幅波 下边频带 载波 上边频带
ω0-Ωmax
ω0-Ωmin ω0ω0+Ωmin
ω0+Ωmax
ω
28
调幅波的分类
标准调幅波 抑制载波的双边带调幅波(DSB-SC) 单边带调幅波（SSB） 残留边带调幅波（VSB）
0
14
t
调幅指数（又称调幅度）的概念
调幅波 v ( t ) V 0 (1 m a c o s t ) c o s 0 t 振幅 V ( t ) V 0 (1 m a c o s t ) 0 v(t )
maV0
V0
cos t 1
cos t 0
cos t 1
v (t )
0
2016/5/20
（4）当
ma 1
过调幅
t
实际电路中必须避免。
18
18
ma 0
未调幅
0 ma 1
正常调幅
ma 1
最大调幅
ma 1
过调幅
(百分之百)
结论：
ma 反映调幅的强弱程度， ma 越大，调 幅越深。一般0＜ m a ≤ 1。
19
三、调幅波的频谱和带宽
1. 简谐信号的调幅波
(2)解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。
5
§7.1.2 调制的分类
按调制信号来分
模拟(信号)调制（本课程涉及的主要是此类调制） 数字(信号)调制（《通信原理》将详细介绍）
按调制方法（载波表达式中携带信息的那个变 量）来分 v0 (t ) A cos(t )
v(t ) V0 (1 ma cos t )cos 0t 1 1 V0 cos 0t maV0 cos(0 )t maV0 cos(0 )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：
含传输信息 上边频分量（ 0 ）：
载波分量（ 0）： 不含传输信息
t
maV0
Vmax V0 (1 ma )
t
v 0 (t ) V 0 c o s 0t
V0
0
0
Vmin V0 (1 ma )
t
v(t )
1 (Vmax Vmin ) V V V V 2 max 0 0 min ma V0 V0 V0
0
t
15
ma体现了包络的振幅maV0对载波的振幅V0 这个电压空间的利用程度,故称调幅度。
24
四、标准调幅波的功率关系
1 1 已调波 v(t ) V0 cos 0t maV0 cos( 0 )t maV0 cos( 0 )t 2 2 设它输出到一个电阻R上，则输出功率由三部分组成：
载波功率
1 ( maV0 ) 2 1 2 1 2 ma P0T 上边频功率 P 0 4 2 R 1 ( maV0 ) 2 1 2 1 2 ma P0T 下边频功率 P 0 4 2 R 1 2 总功率Po (1 ma ) P0T 2
(t) V
cos t
V 0 (1 m a c o s t ) c o s 0 t
kaV ma V0 称为调幅指数或调幅度，调幅波的主要参
数之一。
13
二、标准调幅波的波形图
调制信号表达式
v (t )
V0
v (t ) V cost
载波信号表达式
调制 0 信号
振幅调制（利用载波的振幅变化携带信息）
频率调制（利用载波的频率变化携带信息） 相位调制（利用载波的相位变化携带信息）
统称为“角度调制”将在第8章介绍
6
调幅、调频、调相的波形示意
原始信息
t
调幅信号
t
调频信号
t
调相信号
t
7
§7.1.3 调幅与混频本质的一致性
前面讲过，混频的作用在频域上看，是对 信号的频谱的搬移。
t
v0 (t )
V0
载波 0 t
v0 (t ) V0 cos 0t
标准调幅波信号表达式
② ① ③
V0
v(t )
调幅波 信号
v(t ) (V V cos t ) c o V ( V k k V cos t )cos t 0t s 0 V 00 a cos 0 a a
第七章 振幅调制(调幅)与解调
基础知识： 非线性及混频电路
1
本章主要内容
§7.1 概述 §7.2 标准调幅波的原理和特点 §7.3 低电平调幅电路 §7.4 高电平调幅电路 §7.5 单边带信号的特点和产生方法 §7.6 包络检波(非相干解调)电路 §7.7 同步检波(相干解调)原理 §7.8 残留边带调制解调简介
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例题7.2(解)
已调波v(t ) (V0 kaV1 cos1t kaV2 cos2t ) cos0t (10 4 cos1t 3 cos2t ) cos0t 10 (1 0.4 cos1t 0.3 cos2t ) cos0t
频率分量1的调制指数ma1 0.4； 频率分量 2的调制指数ma 2 0.3 1 2 1 2 P0 1 P0 1 ma1 P0T P0 2 P0 2 ma 2 P0T 4 4 1 2 1 2 ma1 P0T ma 2 P0T 总边频功率 2 1 2 1 2 2 ma1 ma 2 0.125 载波功率 P0T 2 2
29
标准调幅波（AM）频谱
原始信息频谱 载波信号频谱
0
AM信号频谱 包括三部分：载波、和频（上边频）、差频（下边频）
0 缺点：功率利用率太低。
差频
和频
30
抑制载波的双边带调幅波(DSB-SC)
DSB-SC AM 信号频谱
差频
0
和频
由于纯载波不含任何信息,所以为了节省辐 射能量,可将纯载波抑制掉 标准AM就变成了DSB-SC信号 仅包括两部分：和频（上边频）、差频（下边频）
2. 限带信号的调幅波
设 调制信号
v ( t ) V 1 m c o s 1t V 2 m c o s 2 t