电路与电子学基础作者陈利永第十章课件.ppt

* 第10章 调制与解调及频率变换电路 10．1 概述 通信的目的是发送携带有各种信息的电信号。这些电信号包括携带声音信息的音频信号和携带图像信息的视频信号。这些信号通常是频率比较低的低频信号，并且有多种不同的频率成分，具有一定的频谱宽度（不同的频率所覆盖的范围）。 在通信领域中把携带有信息的电信号称为基带信号，或调制信号，用函数来表示。调制信号的频率比较低，根据波长和频率成反比的关系可得，调制信号的波长比较长。无线电辐射的理论证明，为了使电磁能量有效的向空间辐射，发射天线的尺寸必须与发射信号波长的1/10成正比。 为了解决这个问题，在无线电通信中用一个频率比较高，波长比较短的正弦波信号作为发射基带信号的载体，该信号称为载波，用函数来表示，载波的频率ω称为载频。 将基带信号加载到载波信号上的过程称为调制，常用的载波信号是正弦波信号，正弦波信号的特征取决于三要素。用基带信号分别去控制载波信号三要素的调制称为幅度调制（AM），频率调制（FM）和相位调制（PM），频率调制（FM）和相位调制（PM）又称为角度调制。 调制技术除了上面介绍的模拟调制之外，还有对数字信号进行调制的数字调制，数字调制也有幅度调制，频率调制和相位调制，分别称为振幅键控（ASK），频率键控（FSK）和相位键控（PSK）。 采用调制的技术不仅可以实现用高频载波发送基带信号以缩短天线长度的目的。还因为不同的电台采用不同频率的载波信号，实现了调制后信号的频谱分离，达到不同的电台所发送的信号在频谱上互不干扰的效果，该技术在通信系统中称为频分复用技术。 用电话线传输宽度网络信号就是利用频分复用的技术，实现电话的语言信号与宽带网络的数据信号在电话线中传输互不干扰的目的。有线电视也是利用频分复用的技术，实现不同频道的电视节目，在同一根闭路电缆线上传输互不干扰的目的。 在信息传输系统中，为了实现信息的远距离传输，在发信端通常也采用调制的方法对信号进行调制，收信端接收到信号后必须进行解调才能恢复出原信号。所谓的解调就是调制的逆过程，目的是将栽于高频载波信号上的调制信号提取出来。对信号进行调制和解调的电路称为调制-解调器，大家上网所用的“猫”就是一个调制-解调器。 10．2 幅度调制电路 普通的无线电广播采用幅度调制技术来发送信息，能够实现幅度调制功能的电路称为幅度调制电路。 10．2．1调幅波电路 幅度调制信号的特点是：载波信号的幅度随调制信号的变化而变化。在无线通信系统中，调幅波信号用来发射广播电台的无线电广播信号。 调幅波信号的幅度随 的变化而变化，式中的 称为调幅系数或调幅度。它是描述调幅波调制深度的一个物理量，k越大，调幅波的调制深度越深，当k=1时，调制深度达到最大，这种状态称为百分之百调幅。当k大于1时，调幅波将出现失真的现象，这种状态称为过调制，实际的应用中应避免过调制现象的发生，实际应用中的k通常取0.3～0.6之间。 上式说明，不同频率的两个正弦信号，通过乘法器以后，产生了和频（ω+?）和差频（ω-?）的信号，这种现象在通信电路中称为变频。 BW=2Ωmax 频谱仪屏幕显示的结果还说明调制信号对载波信号的调幅作用相当于频谱的搬迁，单一频率的调制信号对载波信号的调制作用，可以将载波信号的频谱对称的搬迁到载波信号频谱的两边，形成上边频和下边 频信号，上边频与下边频的差称为调幅波信号的频谱宽度（带宽），用符号BW来表示。 10．2．2双边带调制（DSB） 由于AM信号中的载频分量不包含调制信号的信息，调制信号的信息仅包含在边带信号中。为了提高发射机的效率，通常希望将不携带信息，又占用较大功率的载频信号抑制掉，仅将含有调制信号信息的两个边带信号发送出去，仅发送两个边带信号的调制技术称为双边带调制（DSB）技术。用乘法器就可以实现双边带调制技术，双边带调制电路为。 式中已经没有了载波信号的成分，说明载波信号被抑制了。比较两个电路可得，只要将AM调制电路中的直流分量去掉，就可以将产生AM信号的电路转变成DSB电路。 10．2．3单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB） 频谱分析仪屏幕显示出边带信号频谱对称的特点，在通信领域中，为了节省带宽，通常只发送上边带信号或者下边带信号给接收机，称为单边带调制（SSB）技术。发送上边带和部分下边带信号或者下边带和部分上边带信号给接收机的调制技术称为残留边带调制（VSB）技术。 实际的滤波器由于滤波的效果不理想，在传送单边带信号的同时，还适当保留另外一个边带的