第5章 信号的中间转换与记录2调制解调.ppt

sin2π?0t=j/2(e-j2π?0t- ej2π?0t) cos2π?0t=1/2(e-j2π?0t+ ej2π?0t) 广播电台的发射塔 搭+载 调制 Modulation 调制与解调 为什么要调制与解调 由于传感器输出的电信号一般是频率较低的微弱信号，如果采用直接放大、传送，则在传输过程中容易受到工频（50Hz或60Hz的市电频率）及其他信号的干扰。为了实现这种缓变微弱信号的远距离传输，必须采用有效措施抑制干扰信号的影响。在实际工程应用中，往往采用先调制、后交流放大的方法，即在被测低频信号上叠加一高频信号，将它从低频区推移到高频区，因为高频信号不容易受到外界工频信号的干扰，由此可以提高电路的抗干扰能力和信号的信噪比。 要使信号的能量以电场和磁场的形式向空中发射出去传向远方，需要较高的振荡频率方能使电场和磁场迅速变化；同时信号的波长要与天线的长度相匹配。语言或音乐信号的频率太低，无法产生迅速变化的电场和磁场；相应地，它们的波长又太大，即使选用它的最高频率 20000Hz 来计算，其波长仍为 15000m ，实际上是不可能架设这么长的天线的。看来要把信号传递出去，必须提高频率，缩短波长。可是超过 20kHz 的高频信号，人耳就听不见了。为了解决这个矛盾，只有采用把音频信号“搭乘”在高频载波上，也就是调制，借助于高频电磁波将低频信号发射出去，传向远方。 在调制过程中，一般载波都采用高频正（余）弦波，则根据正（余）弦载波的三要素：幅值、频率和相位，随调制信号而变化的过程，可以分为 基本概念 调制: 使一个高频信号的某些参数在另一个缓变信号 的控制下发生变化的过程； 载波: 参数希望改变的高频信号； 调制信号： 也叫控制信号，通常是缓变信号； 已调波： 经过调制以后的高频信号 解调： 从高频已调波中取出原调制信号的反调制过程。 调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种调制方式。 其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。 调幅就是用调制信号去控制高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号线性函数变化。 调幅与解调 注意相位反向 调制信号 载波 调幅波 调幅过程:用调制信号去控制高频载波信号的幅值，则调幅波为 二、调幅与解调（定性分析） 结果相当于在频域把原信号频谱图形由原点“搬移”到载波频率fz处，而幅值减半。 这就是调幅过程 则调幅波的频谱分析如下 傅里叶变换定理 则调幅波的频谱分析如下 利用傅立叶变换得频移性质 对上式两边做傅立叶变换，得 同步解调过程： 把调幅波xm(t)再次与载波z(t)信号相乘 同步解调 (a)调幅波频谱 (b)载波信号频谱 (c)同步解调后频谱 (d)调制信号频谱 0 ) ( f X m f - m f 1 m f 2 ? ) ( f Y 0 ? 0 f - 0 f ? ? 为保证频移后的频谱不失真，载波频率fz ???必须高于两倍原信号中的最高频率fm，才能使已调制波仍能保持原信号的频谱图形，不致重叠。通常取数倍至数十倍的fm。 Fz10fm 注意事项： 当载波频率fz较低时，正频端的下边带将与负频端的下边带相重叠。 解调方法2：偏置调幅与包络检波 包络检波法要求调制信号x(t)具有单极性，即要求x(t)0.如果x(t)是过零的双极性信号，可以通过偏置调幅的方法获得单极性的调幅波. 过调失真 包络检波法的最大优点是不需要传送同步载波信号，检波电路非常简单。但是包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路 包络检波法的优缺点 解调方法3：(二极管相敏检波电路) 相敏检波要求引入调制时的载波信号，与调幅波进行比较，既能反映原信号的幅值，又能反映其极性。 调制信号 调幅波 调制信号过零点处，高频载波相位有180°突变----载波反相点 差动相敏检波电路的工作原理 参考：互感型（差动变压器式）传感器（P45） 当位移Δx0时，Xm与Z同频同相，当Δx0时Xm与Z同频反相 当调制信号x(t)0时（0～tl时间内），xm(t)与z(t)同相。若xm(t)0，z(t)0，则二极管D1、D2导通，在负载上形成两个电流回路：f—a—D1—b—e—g—f及f—g—e—b—D2—c—f，其中回路1在负载电容C及电阻Rf上产生的输出为 回路2在负载电容C及电阻Rf上产生的输出为 总输出：uf(t)=uf