第九章 振幅调制与解调(高频电子技术)

高频电子技术 第九章 振幅调制与解调 §9.1 概述 调制：在发送端将信号附加在高频振荡上，再由天线发射出去。其中的高频振荡波作为携带信号的运载工具，叫做载波。 解调：把载波所携带的信号取出来，得到原有的信息。也叫检波。 为什么不把信号直接发送出去呢： (1)发射低频信号，则天线的尺寸必须很大，频率越低，需要的天线的尺寸越大。 (2)为了提高效率，减少干扰，发射和接收端都必须采用天线和谐振回路，但原始语音、图像等信号频率变化范围很大，因此天线和谐振回路必须在宽频率范围内工作，实现困难。 (3)直接发射音频信号，发射机都工作于同一频率，所有信号都工作于同一频率，无法区分。 调制方式： 1.连续波调制 调幅：载波的振幅随调制信号的变化规律而变化。 调频、调相 2.脉冲波调制 数字调制 调幅方法： 1.低电平调幅：调制过程在低电平级进行，调制功率较小。 (1)平方律调幅：利用非线性器件伏安特性曲线的平方律部分进行调幅（类似变频）。 (2)斩波调幅：将信号按载波频率斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成分。 2.高电平调幅：调制过程在高电平级进行，调制功率较大，通常在丙类放大器中完成调制。 (1)集电极调幅 (2)基极调幅 检波器： 从振幅调制信号中还原出原调制信号，也叫包络检波器。实际上就是将高频调幅信号由高频变换到低频，再通过滤波器滤除干扰，取出原调制信号。 输入高频等幅波，输出为直流电压；输入高频调幅波，输出为调制信号。图9.1.1(P356) 检波器组成： 高频信号输入电路；非线性器件（工作于非线性状态的二极管或晶体管）；低通滤波器。 检波器分类： 所用器件不同：二极管检波器（串联式、并联式）和三极管检波器 信号大小不同：小信号检波器和大信号检波器 信号特点不同：连续波检波器和脉冲检波器 工作特点不同：包络检波器和同步检波器 本章重点介绍：连续波串联式二极管大信号包络检波器 §9.2 调幅波的性质 9.2.1 调幅波的数学表达式与频谱 图9.2.1(P357)调幅波是载波振幅随调制信号的大小成线性变化的高频振荡，调幅波信号的频率维持不变。 1.正弦波调制

为分析方便，设调制信号为简谐振荡，即tVvcos，载波tVv000cos，

则已调波振幅应该为tVkVtVacos)(0（ka为比例系数） 已调波则可以表示为： ttmVttVkVttVtvaa00000cos)cos1(coscoscos)()(

（9.2.3）

其中0VVkmaa为调幅指数（调幅度），以百分数来表示。 将v(t)展开

tVmtVmtVttVmtVttmVtvaaaa)cos(21)cos(21coscoscoscoscos)cos1()(000000000000

可见，由正弦波调制的调幅波由三个不同频率的正弦波组成：未调幅的载波tV00cos；载波频率与调制频率之和——上边频（高旁频）；载波频率与调制频率之差——下边频（低旁频）。图9.2.4（P360）由于ma的值不能大于1，故边频振幅最大值不能超过载波的1/2。 ma的值为什么不能大于1？

00max0min00minmax0)()()(21VVVVVVVVVVVkmaa取值从0~1。

当ma=1时，进入调幅的临界状态，此时调制信号幅度的最小值位置将使载波的振幅为0，若ma继续增加，超过1，则会出现严重的失真。图9.2.3（P9.2.3） 2.一般信号调制 一个单音信号只产生两个边频。但实际上，调制信号是比较复杂的，往往包含许多频率分量（不规则波形的傅里叶变换），因此产生的上下边频也有很多，组成了上、下边频带。

设某调制信号：tVtVtVtvmmm332211coscoscos)(

此时根据ttmVtva00cos)cos1()(的展开式可得

)]cos()[cos(2)]cos()[cos(2coscos)coscoscos1()(2020021010010003322110VmVmtVttmtmtmVtv

此时调频信号的每一个频谱分量都可以得到一个上、下边频，如图9.2.5（P361），调制信号的频谱（傅里叶变换得到）为)(g，则调幅波两个边带对载波频率点是左右对称的，分别为)(210g和)(210g。也就是说，调制信号的频谱被搬移到载波频率附近，称为上、

下边带。可见调幅波的信号频带宽度为调制信号频带的2倍。 例9.2.1（P361） 周期信号的矩形波，其傅里叶展开（频谱）为离散脉冲信号，其傅里叶系数可写为：



TnTnTVTnTnTVdttTnVTAn/)(sin2/)(sin2)2cos(4

2

0

则矩形脉冲v可以写成振幅为nA的各频率分量的和：（9.2.10）（P362）

频率分量出现零点的条件：0/)(sin2TnTnTVAn 即第一个零点的位置为Tn（Tn） 由于高次谐波的振幅很小，因此只考察第一个零点以前的频率分量（TnTT

2,,4,2

），角频

率间隔T2（频率间隔T1），则带宽（频率f形式）

21212TTTnBW

可见，脉宽τ越小，所占频带越宽。 9.2.2 调幅波的功率关系

对tVmtVmtVtvaa)cos(21)cos(21cos)(000000，

载波功率：RVPT20021 上、下边带功率：TaaPmRVmPP0220)()(4121200 调幅波平均总输出功率（一周期内）：2120)()(0000aTTmPPPPP 0am时，TPP00；1am时，TPP005.1；ma越大，调幅波输出功率越大，故ma越大越

好。但实际中，ma却难以保证总是很高，如语音或音乐，声音最强时，ma可达100%，最弱时，可能要小于10%，因此调幅发射机的整机效率很低，这是调幅本身固有的缺点。 §9.3 平方律调幅 9.3.1 工作原理 调制必须利用电子器件的非线性特性（二极管、三极管均可）。

设二极管的特性为：22100iivavaav

设输入电压tVtVvvvicoscos00，代入上式得

上下边频载波调制信号二次谐波调制信号基频载波二次谐波调制信号基频直流])cos()[cos(cos2cos21cos2cos21cos)(21000200122102022120220ttVVatVatVatVatVatVaVVaa





滤波后得 ttVaaVattVVatVattVVatVatv012010020010002001cos)cos21(coscos2cos])cos()[cos(cos)(



与ttmVtva00cos)cos1()(比较可得调幅度：Vaama122 9.3.2 平衡调幅器

图9.3.2（P366）平衡调幅器v+-D1D21i2iv0RLRL+++---vv--++v1v2 设特性曲线的平方律公式：

2121101vbvbbi（tVtVvvvcoscos001）

2222102vbvbbi（tVtVvvvcoscos002）

输出电压：

])cos()cos(cos[2)2(2)(002002121210tVVbtVVbtVbRvvbVbRRiiv





可见，输出是载波被抑制的双边带，而tcos分量可利用滤波器滤掉。 §9.4 斩波调幅 9.4.1 工作原理 斩波调幅：将信号)(tv通过一个载波频率0控制的开关电路（斩波电路），使输出波形被斩成

周期为02的脉冲，其中包含0及各种谐波分量，最后通过中心频率为0的带通滤波器，取出所需的调幅波输出)(tvo。 图9.4.2（P367）

(a)图为信号)(tv，(b)图为开关函数0cos00cos1)(001tttS（振幅1，周期02的矩形脉冲）

(c)图为相乘后的斩波电压)()()(1tStvtv 傅里叶展开：ttttS00015cos523cos32cos221)( 则ttvttvttvtvtStvtv00015cos)(523cos)(32cos)(2)(21)()()( tVtvcos)(，代入上式可知，)(tv包含,3,,00等分量，此时用中心频率

为0的带通滤波器可将0分量取出，即输出电压)(tvo为载波被抑制的双边带0输出（图(d)）。 实际中常用对称的开关电路实现斩波调幅，图9.4.3（P368）

(c)图开关函数0cos10cos1)(002tttS（峰-峰值2，周期02的矩形脉冲）

傅里叶展开：ttttS00025cos543cos34cos4)( (d)图为相乘后的斩波电压 ttvttvttvtStvtv00025cos)(543cos)(34cos)(4)()()(



用中心频率为0的带通滤波器可将0分量取出（图(e)）。 9.4.2 实现斩波调幅的两种电路 1．图9.4.4（P369）二极管电桥斩波调幅器

v1(t)+-

D2

++--

)(tv)(tv

D4

ab

R1

D1D

3

AB